專利名稱：無水鈉或鉀的硅酸鹽的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無水鈉或鉀的硅酸鹽的生產(chǎn)方法，尤其是一種粉狀硅酸鹽的直接生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
硅酸鈉又名泡花堿、水玻璃(Na2O.MSiO2，常用的有M＝0.5，1，1-3.5)，無色、青綠色或棕色的固體或粘稠液體。目前的生產(chǎn)方法主要有干法和濕法兩種a)干法用純堿(或硫酸鈉加煤粉)和石英砂在高溫下熔融反應(yīng)而得，此法又分碳酸鈉法和硫酸鈉法，可制作各種模數(shù)的水玻璃，水淬后包裝即為固體泡花堿。固體泡花堿有利于運輸、貯存。將固體泡花堿在一定溫度、壓力下將其溶化成液體即為液體泡花堿。
b)濕法用液體燒堿和石英砂在反應(yīng)器中加溫加壓而得。此法難于制造高模數(shù)的產(chǎn)品，在燒堿比較充足的地方可采用此法。
泡花堿的用途非常廣泛，幾乎遍及國民經(jīng)濟的各個部門。在化工系統(tǒng)被用來制造硅膠、白炭黑、沸石分子篩、偏硅酸鈉、硅溶膠、層硅及速溶粉狀泡花堿、硅酸鉀鈉等各種硅酸鹽類產(chǎn)品，是硅化合物的基本原料；在輕工業(yè)中是洗衣粉、肥皂等洗滌劑中不可缺少的原料，也是水質(zhì)軟化劑、助沉劑；在紡織工業(yè)中用于助染、漂白和漿紗；在機械行業(yè)中廣泛用于鑄造、砂輪制造和金屬防腐劑等；在建筑行業(yè)中用于制造快干水泥、耐酸水泥、防水油、土壤固化劑、耐火材料等；在農(nóng)業(yè)方面可制造硅素肥料；另外泡花堿作為粘合劑，廣泛應(yīng)用于紙板紙箱的粘合劑。
無水硅酸鈉包括粉狀硅酸鈉和固體塊狀硅酸鈉。粉狀硅酸鈉又稱無水硅酸鈉、粉狀泡花堿，包括各種模數(shù)的粉狀無定型速溶硅酸鈉和速溶結(jié)晶型硅酸鈉(如層狀結(jié)晶偏硅酸鈉和層狀二硅酸鈉)。粉狀硅酸鈉為白色粉末，無味無毒，常溫常壓下可快速溶解于水中。粉狀硅酸鈉可用于液體硅酸鈉所能適用的范圍，其目前的生產(chǎn)方法是以工業(yè)燒堿及工業(yè)泡花堿為原料，經(jīng)調(diào)模反應(yīng)、熱空氣干燥、冷卻、粉碎得到粉狀產(chǎn)品。
偏硅酸鈉有粉狀無水偏硅酸鈉，含五水或九水偏硅酸鈉，在無水偏硅酸鈉的基礎(chǔ)上又可以加工制造速溶層狀結(jié)晶偏硅酸鈉。原硅酸鈉(模數(shù)M＝0.5)主要用途為可替代三聚謗酸鈉，磷酸一鈉等可用于制造無磷產(chǎn)品洗衣粉、金屬脫脂劑、食品清洗劑、紡織脫脂劑、油田無磷清洗劑。層狀結(jié)晶二硅酸鈉生產(chǎn)方法屬化工領(lǐng)域，是一種無磷粉助洗劑。硅酸鉀鈉主要用于電焊條制造中作粘合劑，具有良好的可塑性，烘干快，不易吸潮，焊接時電弧穩(wěn)定，飛濺少。
現(xiàn)有的無水硅酸鈉主要采用上述的干法生產(chǎn)，其涉及高溫反應(yīng)條件，所以耗能較大，而各種模數(shù)的粉狀硅酸鈉，硅酸鉀或硅酸鉀鈉的生產(chǎn)都需要間接地經(jīng)過液體溶解濃縮蒸發(fā)，噴霧、高溫空氣干燥過程，如日本專利03-164422和美國專利US5,229,095中所公開的技術(shù)。因此，增加了生產(chǎn)中能源消耗，且生產(chǎn)工藝也較復(fù)雜。中國專利申請?zhí)枮镃N02113068的專利申請中公開了一種生產(chǎn)無水硅酸鈉的方法，采用了液堿與細石英沙加熱反應(yīng)實現(xiàn)無水硅酸鈉的生產(chǎn)；因為石英砂一般是晶體結(jié)構(gòu)，因此其反應(yīng)活性明顯低于存在于生物質(zhì)燃燒后灰燼中的氧化硅的反應(yīng)活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過采用具有高反應(yīng)活性的草木灰與氫氧化鈉或氫氧化鉀或碳酸鈉或碳酸鉀，或它們的混合物在爐窯內(nèi)進行反應(yīng)生產(chǎn)相應(yīng)的無水硅酸鹽，尤其是可以在低于相應(yīng)模數(shù)硅酸鹽的熔點以下溫度時直接生產(chǎn)制造粉狀速溶鈉、鉀硅酸鹽，避免了上述干法高溫熔融反應(yīng)，達到降低生產(chǎn)過程中能源消耗，簡化生產(chǎn)工藝的目的。當(dāng)采用高反應(yīng)溫度時，還可以達到將所生成的粉狀硅酸鹽轉(zhuǎn)化為固體塊狀硅酸鹽的目的。與前述干法或濕法生產(chǎn)硅酸鈉(鉀)相比，本發(fā)明的方法也具有能耗低，工藝簡單的優(yōu)點。
生物質(zhì)原材料是可再生資源，不僅可以提供熱能，如中國專利申請?zhí)枮?004100948918所提供的燃燒技術(shù)，而其燃燒后形成的灰燼含有粉末狀無定型和具有較高反應(yīng)活性的微細二氧化硅，因此，在較低的反應(yīng)溫度下，與鈉或鉀的氫氧化物熔體或鈉、鉀的碳酸鹽即可發(fā)生強反應(yīng)生成相應(yīng)的粉狀硅酸鹽。在適當(dāng)?shù)偷臏囟葧r(如小于900℃)，由于反應(yīng)中形成的水汽或二氧化碳對所生成的硅酸鹽具有粉化破碎作用，因此，可以更容易地直接得到細小的硅酸鹽顆粒組成的疏松塊體。另外一個優(yōu)勢是其燃燒灰燼含剩余碳，在缺氧環(huán)境下，如采用反射熔爐時，通過碳與氧氣或產(chǎn)物水與碳的的反應(yīng)生成一氧化碳，從而減少二氧化碳的生成，而二氧化碳能與氫氧化鈉或氫氧化鉀反應(yīng)生成高溫時才能與氧化硅反應(yīng)的碳酸鹽，減少了在用氫氧化鈉或氫氧化鉀與含硅材料反應(yīng)時苛性鈉、鉀的損耗。
生物質(zhì)材料(如秸桿類或顆粒類或流體類生物質(zhì)材料或它們的混合物)燃燒后的殘留物。燃燒剩余物，即其灰燼，大多含有氧化硅，但尤以稻草、稻殼含量較高，麥草也含有大量的氧化硅，因此，優(yōu)選的生物質(zhì)材料是稻草、稻殼和麥草，其它生物質(zhì)材料當(dāng)然也可以使用。在先技術(shù)在利用生物質(zhì)材料中的氧化硅的方法，如中國專利CN98113837.3，CN90106479.3，CN88105429.1所公開的技術(shù)，都是通過濕法，即將稻殼灰與氫氧化鈉溶液在高溫高壓的反應(yīng)釜內(nèi)進行反應(yīng)生成液體硅酸鹽。
具體實施例方式
舉例實施例1將干稻草堆放或在爐具內(nèi)燃燒成黑色的草木灰，或取自經(jīng)爐具燃燒后的各種生物質(zhì)的草木灰，每次取草木灰1Kg(約含二氧化硅600g)，分別與1200，600，300，200，150g片狀或顆粒狀氫氧化鈉(或鉀或它們的混合物)均勻攪拌混合放入爐窯內(nèi)的反應(yīng)熔池或?qū)⒎磻?yīng)物壓縮成型為一具有中心通道的結(jié)構(gòu)置于一耐火的平板上，再連同該平板一起放入爐窯內(nèi)加熱，平板底部相應(yīng)位置也可以開有對應(yīng)開口與中心通道連通，以便反應(yīng)混合物更有效的被均勻加熱。氫氧化鈉或鉀也可先溶于水再與草木灰混合，在電爐或用煤、油、天然氣或生物質(zhì)燃燒爐加熱熔池的條件下，將上述混合物分別加熱反應(yīng)。當(dāng)溫度大于320℃時，固體的氫氧化鈉(或鉀)開始熔化成無色流動液體并與草木灰中的無定型氧化硅發(fā)生反應(yīng)生成白色的疏松塊狀含粉狀硅酸鈉(或鉀)的固體物質(zhì)，繼續(xù)升溫，反應(yīng)產(chǎn)物可變?yōu)榍嗑G色；當(dāng)反應(yīng)溫度大于600℃時，生成的硅酸鈉(或鉀)明顯結(jié)節(jié)成仍然疏松的塊狀；當(dāng)反應(yīng)溫度達到900℃時，反應(yīng)產(chǎn)物可為半熔狀態(tài)，當(dāng)反應(yīng)溫度達到1200℃以上時，反應(yīng)產(chǎn)物為熔融液體狀態(tài)，即玻璃態(tài)固體硅酸鹽。表觀反應(yīng)完成時間約20分鐘，增加反應(yīng)時間使反應(yīng)更加充分。在電爐加熱情況下，由于反應(yīng)物暴露在空氣中，草木灰中的剩余碳被氧化減少，而在用煤、油、天然氣或生物質(zhì)燃燒反射爐加熱時，由于有缺氧的煙氣保護，草木灰中的剩余碳大部分仍得到保留。
將所得疏松反應(yīng)產(chǎn)物放入冷水中，數(shù)秒之內(nèi)即可見開始溶解，因此，所得疏松硅酸鈉具有速溶性質(zhì)。當(dāng)模數(shù)M＝1時，所得硅酸鹽應(yīng)為無定型或結(jié)晶型層狀速溶偏硅酸鈉；但所得半熔或熔融狀態(tài)固體塊狀產(chǎn)物放入冷水中未件見明顯溶解。根據(jù)配料的不同，最終硅酸鈉(或鉀)產(chǎn)品的模數(shù)，即含SiO2和Na2O的比值，在0.5至4之間變化。上述反應(yīng)中結(jié)晶型硅酸鹽的形成也可受到了草木灰中的雜質(zhì)，如鐵、鋁、鈣、鎂、氯、硫等的催化促進。
反應(yīng)產(chǎn)物主要含鈉或鉀的硅酸鹽、剩余碳及來自草木灰中的金屬氧化物雜質(zhì)所形成的鹽類。因剩余碳具有疏松松多孔吸附等作用，剩余碳可以作為一種硅酸鹽產(chǎn)品中的有效成分發(fā)揮作用，因此，所得產(chǎn)物也可以直接作為工業(yè)洗滌劑等領(lǐng)域的添加劑來使用。上述疏松硅酸鹽產(chǎn)物再經(jīng)研磨粉碎過篩即得到各種規(guī)格顆粒大小的粉狀硅酸鹽。
實施例2其它步驟如實施例1，為了使反應(yīng)產(chǎn)物中的雜質(zhì)盡量減少，將草木灰用磁鐵除鐵質(zhì)及再用清水或0.5M的鹽酸或硫酸溶液清洗過濾。反應(yīng)結(jié)束后，在水中溶解所制得的最終產(chǎn)物，得到液體水玻璃和粉末碳混合物，過濾分離后得到水玻璃和粉末碳，粉末碳可以作為活性炭的原料。
實施例3其它步驟如實施例1和/或2，為利用草木灰中剩余碳的熱能，當(dāng)鈉或鉀的氫氧化物完全轉(zhuǎn)化為鈉或鉀鹽后，或在停止加熱熔池或熔池仍處在高溫狀態(tài)時，將氧氣或空氣通過管道通入熔池內(nèi)，最好直接通入反應(yīng)產(chǎn)物內(nèi)部，使剩余碳發(fā)生氧化反應(yīng)放熱；或者，將最后反應(yīng)產(chǎn)物送入電爐內(nèi)，在空氣氣氛或通氧氣氣氛下加熱到700℃除去剩余的碳。最后經(jīng)冷卻破碎過篩得到硅酸鹽粉末。
實施例4其它步驟如實施例1，為了保護熔池壁和爐底不與苛性堿物質(zhì)接觸，可以鋪設(shè)草木灰或石英砂或純碳材料作為熔池墻壁，該壁厚度一般在10厘米。為了避免爐壁被氫氧化物所侵蝕，爐壁溫度可以控制在低于氫氧化鈉或氫氧化鉀及硅酸鈉的熔點溫度，因此，液體反應(yīng)物或反應(yīng)產(chǎn)物流近爐壁時會自動在所鋪設(shè)的草木灰或石英砂或純碳材料中固化而不會侵蝕真正的爐壁。進一步地，為使反應(yīng)混合物與燃燒爐中煙氣或空氣直接接觸，反應(yīng)物上方鋪設(shè)草木灰或純碳材料。
實施例5如實施例1，將鈉或鉀的氫氧化物變?yōu)橄鄳?yīng)的碳酸鹽。每次取草木灰1Kg，分別與2000，1000，500，250g粉狀碳酸鈉(或鉀或它們的混合物)均勻攪拌混合放入反應(yīng)熔池。碳酸鈉或鉀也可先溶于水再與草木灰混合。當(dāng)溫度大于850℃時，白色的疏松硅酸鈉(或鉀)的固體物質(zhì)可見開始生成，繼續(xù)升溫，反應(yīng)產(chǎn)物可變?yōu)榍嗑G色；當(dāng)反應(yīng)溫度達到900℃時，反應(yīng)產(chǎn)物可為半熔狀態(tài)，當(dāng)反應(yīng)溫度達到1200℃以上時，反應(yīng)產(chǎn)物為熔融液體狀態(tài)，即玻璃態(tài)固體硅酸鹽。反應(yīng)完成時間約30分鐘，增加反應(yīng)時間使反應(yīng)更加充分。如實施例1，將所得疏松反應(yīng)產(chǎn)物放入冷水中，數(shù)秒之內(nèi)即可見開始溶解，因此，所得疏松硅酸鈉具有速溶性質(zhì)。根據(jù)配料的不同，最終硅酸鈉(或鉀)產(chǎn)品的模數(shù)，即含SiO2和Na2O的比值，在0.5至4之間變化。
權(quán)利要求
1.一種無水鈉或鉀的硅酸鹽的生產(chǎn)方法，其特征是將鈉或鉀的氫氧化物或碳酸鹽或它們的混合物與生物質(zhì)材料燃燒后的灰燼混合在一爐窯內(nèi)進行加熱反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無水鈉或鉀的硅酸鹽的生產(chǎn)方法，其特征是所述鈉或鉀的氫氧化物或碳酸鹽為粉狀或塊狀或含水液體狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無水鈉或鉀的硅酸鹽的生產(chǎn)方法，其特征是所述生物質(zhì)材料或它們的混合物燃燒后的殘留物為稻草或稻殼或麥草稈的灰燼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無水鈉或鉀的硅酸鹽的生產(chǎn)方法，其特征是所述反應(yīng)的產(chǎn)物為粉狀硅酸鈉和/或硅酸鉀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無水鈉或鉀的硅酸鹽的生產(chǎn)方法，其特征是所述反應(yīng)的產(chǎn)物為固體塊狀硅酸鈉和/或硅酸鉀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無水鈉或鉀的硅酸鹽的生產(chǎn)方法，其特征是所述反應(yīng)的產(chǎn)物為硅酸鈉和/或硅酸鉀及剩余碳的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無水鈉或鉀的硅酸鹽的生產(chǎn)方法，其特征是所述混合物成型為一具有中心通道的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉狀鈉或鉀的硅酸鹽的直接生產(chǎn)方法，其特征是當(dāng)鈉或鉀的氫氧化物或碳酸鹽完全轉(zhuǎn)化反應(yīng)完成后，向熔池內(nèi)或反應(yīng)混合物內(nèi)部通入氧氣或空氣，使熔池內(nèi)的剩余可燃物質(zhì)燃燒脫除。
全文摘要
一種無水鈉或鉀的硅酸鹽的生產(chǎn)方法，通過采用具有高反應(yīng)活性的草木灰與氫氧化鈉或氫氧化鉀或碳酸鈉或碳酸鉀，或它們的混合物在爐窯內(nèi)進行反應(yīng)直接生產(chǎn)制造無水鈉、鉀硅酸鹽，以達到降低生產(chǎn)過程中的能源消耗，簡化生產(chǎn)工藝的目的。
文檔編號C01B33/00GK1982214SQ20051012993
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者秦才東 申請人:秦才東