CN1982214A - 无水钠或钾的硅酸盐的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种无水钠或钾的硅酸盐的生产方法，通过采用具有高反应活性的草木灰与氢氧化钠或氢氧化钾或碳酸钠或碳酸钾，或它们的混合物在炉窑内进行反应直接生产制造无水钠、钾硅酸盐，以达到降低生产过程中的能源消耗，简化生产工艺的目的。

Description

无水钠或钾的硅酸盐的生产方法

技术领域

本发明涉及一种无水钠或钾的硅酸盐的生产方法，尤其是一种粉状硅酸盐的直接生产方法。

背景技术

硅酸钠又名泡花碱、水玻璃(Na2O.MSiO2，常用的有M＝0.5，1，1-3.5)，无色、青绿色或棕色的固体或粘稠液体。目前的生产方法主要有干法和湿法两种：

a)干法用纯碱(或硫酸钠加煤粉)和石英砂在高温下熔融反应而得，此法又分碳酸钠法和硫酸钠法，可制作各种模数的水玻璃，水淬后包装即为固体泡花碱。固体泡花碱有利于运输、贮存。将固体泡花碱在一定温度、压力下将其溶化成液体即为液体泡花碱。

b)湿法用液体烧碱和石英砂在反应器中加温加压而得。此法难于制造高模数的产品，在烧碱比较充足的地方可采用此法。

泡花碱的用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。在化工系统被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状泡花碱、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料；在轻工业中是洗衣粉、肥皂等洗涤剂中不可缺少的原料，也是水质软化剂、助沉剂；在纺织工业中用于助染、漂白和浆纱；在机械行业中广泛用于铸造、砂轮制造和金属防腐剂等；在建筑行业中用于制造快干水泥、耐酸水泥、防水油、土壤固化剂、耐火材料等；在农业方面可制造硅素肥料；另外泡花碱作为粘合剂，广泛应用于纸板纸箱的粘合剂。

无水硅酸钠包括粉状硅酸钠和固体块状硅酸钠。粉状硅酸钠又称无水硅酸钠、粉状泡花碱，包括各种模数的粉状无定型速溶硅酸钠和速溶结晶型硅酸钠(如层状结晶偏硅酸钠和层状二硅酸钠)。粉状硅酸钠为白色粉末，无味无毒，常温常压下可快速溶解于水中。粉状硅酸钠可用于液体硅酸钠所能适用的范围，其目前的生产方法是以工业烧碱及工业泡花碱为原料，经调模反应、热空气干燥、冷却、粉碎得到粉状产品。

偏硅酸钠有粉状无水偏硅酸钠，含五水或九水偏硅酸钠，在无水偏硅酸钠的基础上又可以加工制造速溶层状结晶偏硅酸钠。原硅酸钠(模数M＝0.5)主要用途为：可替代三聚谤酸钠，磷酸一钠等可用于制造无磷产品：洗衣粉、金属脱脂剂、食品清洗剂、纺织脱脂剂、油田无磷清洗剂。层状结晶二硅酸钠生产方法属化工领域，是一种无磷粉助洗剂。硅酸钾钠主要用于电焊条制造中作粘合剂，具有良好的可塑性，烘干快，不易吸潮，焊接时电弧稳定，飞溅少。

现有的无水硅酸钠主要采用上述的干法生产，其涉及高温反应条件，所以耗能较大，而各种模数的粉状硅酸钠，硅酸钾或硅酸钾钠的生产都需要间接地经过液体溶解浓缩蒸发，喷雾、高温空气干燥过程，如日本专利03-164422和美国专利US5,229,095中所公开的技术。因此，增加了生产中能源消耗，且生产工艺也较复杂。中国专利申请号为CN02113068的专利申请中公开了一种生产无水硅酸钠的方法，采用了液碱与细石英沙加热反应实现无水硅酸钠的生产；因为石英砂一般是晶体结构，因此其反应活性明显低于存在于生物质燃烧后灰烬中的氧化硅的反应活性。

发明内容

本发明的目的是通过采用具有高反应活性的草木灰与氢氧化钠或氢氧化钾或碳酸钠或碳酸钾，或它们的混合物在炉窑内进行反应生产相应的无水硅酸盐，尤其是可以在低于相应模数硅酸盐的熔点以下温度时直接生产制造粉状速溶钠、钾硅酸盐，避免了上述干法高温熔融反应，达到降低生产过程中能源消耗，简化生产工艺的目的。当采用高反应温度时，还可以达到将所生成的粉状硅酸盐转化为固体块状硅酸盐的目的。与前述干法或湿法生产硅酸钠(钾)相比，本发明的方法也具有能耗低，工艺简单的优点。

生物质原材料是可再生资源，不仅可以提供热能，如中国专利申请号为2004100948918所提供的燃烧技术，而其燃烧后形成的灰烬含有粉末状无定型和具有较高反应活性的微细二氧化硅，因此，在较低的反应温度下，与钠或钾的氢氧化物熔体或钠、钾的碳酸盐即可发生强反应生成相应的粉状硅酸盐。在适当低的温度时(如小于900℃)，由于反应中形成的水汽或二氧化碳对所生成的硅酸盐具有粉化破碎作用，因此，可以更容易地直接得到细小的硅酸盐颗粒组成的疏松块体。另外一个优势是其燃烧灰烬含剩余碳，在缺氧环境下，如采用反射熔炉时，通过碳与氧气或产物水与碳的的反应生成一氧化碳，从而减少二氧化碳的生成，而二氧化碳能与氢氧化钠或氢氧化钾反应生成高温时才能与氧化硅反应的碳酸盐，减少了在用氢氧化钠或氢氧化钾与含硅材料反应时苛性钠、钾的损耗。

生物质材料(如秸杆类或颗粒类或流体类生物质材料或它们的混合物)燃烧后的残留物。燃烧剩余物，即其灰烬，大多含有氧化硅，但尤以稻草、稻壳含量较高，麦草也含有大量的氧化硅，因此，优选的生物质材料是稻草、稻壳和麦草，其它生物质材料当然也可以使用。在先技术在利用生物质材料中的氧化硅的方法，如中国专利CN98113837.3，CN90106479.3，CN88105429.1所公开的技术，都是通过湿法，即将稻壳灰与氢氧化钠溶液在高温高压的反应釜内进行反应生成液体硅酸盐。

具体实施方式举例

实施例1

将干稻草堆放或在炉具内燃烧成黑色的草木灰，或取自经炉具燃烧后的各种生物质的草木灰，每次取草木灰1Kg(约含二氧化硅600g)，分别与1200，600，300，200，150g片状或颗粒状氢氧化钠(或钾或它们的混合物)均匀搅拌混合放入炉窑内的反应熔池或将反应物压缩成型为一具有中心通道的结构置于一耐火的平板上，再连同该平板一起放入炉窑内加热，平板底部相应位置也可以开有对应开口与中心通道连通，以便反应混合物更有效的被均匀加热。氢氧化钠或钾也可先溶于水再与草木灰混合，在电炉或用煤、油、天然气或生物质燃烧炉加热熔池的条件下，将上述混合物分别加热反应。当温度大于320℃时，固体的氢氧化钠(或钾)开始熔化成无色流动液体并与草木灰中的无定型氧化硅发生反应生成白色的疏松块状含粉状硅酸钠(或钾)的固体物质，继续升温，反应产物可变为青绿色；当反应温度大于600℃时，生成的硅酸钠(或钾)明显结节成仍然疏松的块状；当反应温度达到900℃时，反应产物可为半熔状态，当反应温度达到1200℃以上时，反应产物为熔融液体状态，即玻璃态固体硅酸盐。表观反应完成时间约20分钟，增加反应时间使反应更加充分。在电炉加热情况下，由于反应物暴露在空气中，草木灰中的剩余碳被氧化减少，而在用煤、油、天然气或生物质燃烧反射炉加热时，由于有缺氧的烟气保护，草木灰中的剩余碳大部分仍得到保留。

将所得疏松反应产物放入冷水中，数秒之内即可见开始溶解，因此，所得疏松硅酸钠具有速溶性质。当模数M＝1时，所得硅酸盐应为无定型或结晶型层状速溶偏硅酸钠；但所得半熔或熔融状态固体块状产物放入冷水中未件见明显溶解。根据配料的不同，最终硅酸钠(或钾)产品的模数，即含SiO2和Na2O的比值，在0.5至4之间变化。上述反应中结晶型硅酸盐的形成也可受到了草木灰中的杂质，如铁、铝、钙、镁、氯、硫等的催化促进。

反应产物主要含钠或钾的硅酸盐、剩余碳及来自草木灰中的金属氧化物杂质所形成的盐类。因剩余碳具有疏松松多孔吸附等作用，剩余碳可以作为一种硅酸盐产品中的有效成分发挥作用，因此，所得产物也可以直接作为工业洗涤剂等领域的添加剂来使用。上述疏松硅酸盐产物再经研磨粉碎过筛即得到各种规格颗粒大小的粉状硅酸盐。

实施例2

其它步骤如实施例1，为了使反应产物中的杂质尽量减少，将草木灰用磁铁除铁质及再用清水或0.5M的盐酸或硫酸溶液清洗过滤。反应结束后，在水中溶解所制得的最终产物，得到液体水玻璃和粉末碳混合物，过滤分离后得到水玻璃和粉末碳，粉末碳可以作为活性炭的原料。

实施例3

其它步骤如实施例1和/或2，为利用草木灰中剩余碳的热能，当钠或钾的氢氧化物完全转化为钠或钾盐后，或在停止加热熔池或熔池仍处在高温状态时，将氧气或空气通过管道通入熔池内，最好直接通入反应产物内部，使剩余碳发生氧化反应放热；或者，将最后反应产物送入电炉内，在空气气氛或通氧气气氛下加热到700℃除去剩余的碳。最后经冷却破碎过筛得到硅酸盐粉末。

实施例4

其它步骤如实施例1，为了保护熔池壁和炉底不与苛性碱物质接触，可以铺设草木灰或石英砂或纯碳材料作为熔池墙壁，该壁厚度一般在10厘米。为了避免炉壁被氢氧化物所侵蚀，炉壁温度可以控制在低于氢氧化钠或氢氧化钾及硅酸钠的熔点温度，因此，液体反应物或反应产物流近炉壁时会自动在所铺设的草木灰或石英砂或纯碳材料中固化而不会侵蚀真正的炉壁。进一步地，为使反应混合物与燃烧炉中烟气或空气直接接触，反应物上方铺设草木灰或纯碳材料。

实施例5

如实施例1，将钠或钾的氢氧化物变为相应的碳酸盐。每次取草木灰1Kg，分别与2000，1000，500，250g粉状碳酸钠(或钾或它们的混合物)均匀搅拌混合放入反应熔池。碳酸钠或钾也可先溶于水再与草木灰混合。当温度大于850℃时，白色的疏松硅酸钠(或钾)的固体物质可见开始生成，继续升温，反应产物可变为青绿色；当反应温度达到900℃时，反应产物可为半熔状态，当反应温度达到1200℃以上时，反应产物为熔融液体状态，即玻璃态固体硅酸盐。反应完成时间约30分钟，增加反应时间使反应更加充分。如实施例1，将所得疏松反应产物放入冷水中，数秒之内即可见开始溶解，因此，所得疏松硅酸钠具有速溶性质。根据配料的不同，最终硅酸钠(或钾)产品的模数，即含SiO2和Na2O的比值，在0.5至4之间变化。

Claims (8)

1.一种无水钠或钾的硅酸盐的生产方法，其特征是：将钠或钾的氢氧化物或碳酸盐或它们的混合物与生物质材料燃烧后的灰烬混合在一炉窑内进行加热反应。

2.根据权利要求1所述的无水钠或钾的硅酸盐的生产方法，其特征是：所述钠或钾的氢氧化物或碳酸盐为粉状或块状或含水液体状。

3.根据权利要求1所述的无水钠或钾的硅酸盐的生产方法，其特征是：所述生物质材料或它们的混合物燃烧后的残留物为稻草或稻壳或麦草秆的灰烬。

4.根据权利要求1所述的无水钠或钾的硅酸盐的生产方法，其特征是：所述反应的产物为粉状硅酸钠和/或硅酸钾。

5.根据权利要求1所述的无水钠或钾的硅酸盐的生产方法，其特征是：所述反应的产物为固体块状硅酸钠和/或硅酸钾。

6.根据权利要求1所述的无水钠或钾的硅酸盐的生产方法，其特征是：所述反应的产物为硅酸钠和/或硅酸钾及剩余碳的混合物。

7.根据权利要求1所述的无水钠或钾的硅酸盐的生产方法，其特征是：所述混合物成型为一具有中心通道的结构。

8.根据权利要求1所述的粉状钠或钾的硅酸盐的直接生产方法，其特征是：当钠或钾的氢氧化物或碳酸盐完全转化反应完成后，向熔池内或反应混合物内部通入氧气或空气，使熔池内的剩余可燃物质燃烧脱除。