專(zhuān)利名稱(chēng)：一種生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉煤灰類(lèi)工業(yè)廢物的綜合利用及無(wú)機(jī)鹽--硅酸鈉的制 備，屬于一種用粉煤灰類(lèi)工業(yè)廢物制備高模數(shù)硅酸鈉的技術(shù)。
背景技術(shù)：
硅酸鈉常被稱(chēng)作水玻璃或泡花堿，是一種應(yīng)用范圍極廣的無(wú)機(jī)鹽產(chǎn) 品，主要應(yīng)用于洗滌劑、制皂業(yè)、包裝業(yè)、精密鑄造、電焊條生產(chǎn)、涂 料、建材及冶金等行業(yè)，也是生產(chǎn)硅膠、分子篩和白炭黑的基本原料。
硅酸鈉溶液的表征指標(biāo)之一是模數(shù)即硅酸鈉溶液中的SK)2和Na20的質(zhì) 量比，目前高模數(shù)硅酸鈉溶液的使用場(chǎng)合占據(jù)主導(dǎo)地位。
硅酸鈉的制造方法一般分為干法和濕法兩種。其中干法是將石英砂 和純堿或硫酸鈉混勻，在1400 150(TC的高溫爐中進(jìn)行6 7小時(shí)熔融反 應(yīng)，反應(yīng)物需在熔融態(tài)水淬冷卻成玻璃狀料，然后再將該料移至溶解槽 內(nèi)，通入熱蒸汽溶解，蒸汽壓力約為0.4MPa，溶解好的物料被泄到澄清 槽內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間自然沉降或過(guò)濾去除殘?jiān)?，澄清的上清液再用泵送到蒸發(fā)濃 縮器中濃縮至要求濃度即為硅酸鈉產(chǎn)品，其優(yōu)點(diǎn)是可制取各種模數(shù)的硅 酸鈉，如M為0.5-4.0，尤其是M〉2.5的高模數(shù)硅酸鈉，不足之處是能耗 高、污染重。濕法是以苛性堿和石英粉為原料，在約160°C、 0.6 0.8MPa 壓力的條件下，在溶解釜中攪拌反應(yīng)6 8小時(shí)制成。同干法一樣，濕法 也需去除殘?jiān)笳舭l(fā)濃縮才能獲得產(chǎn)品，其優(yōu)點(diǎn)是避開(kāi)了高溫反應(yīng)，但 存在原料消耗高，只能制備低模數(shù)硅酸鈉的缺點(diǎn)。
此外，無(wú)論濕法還是干法，在現(xiàn)有技術(shù)中都沒(méi)有充分利用粉煤灰這樣的工業(yè)廢棄物來(lái)制備高模數(shù)硅酸鈉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以粉煤灰類(lèi)等 富含活性二氧化硅的工業(yè)廢棄物作為原料，在低溫常壓下制備各種模數(shù) 硅酸鈉的方法，尤其是生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉，達(dá)到節(jié)能降耗的效果，充分 體現(xiàn)環(huán)境友好。
本發(fā)明涉及一種在低溫常壓下生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法，其包括如 下步驟用苛性堿液浸溶含有較多活性Si02的粉煤灰類(lèi)工業(yè)廢棄物，以 制備低模數(shù)硅酸鈉溶液；液固分離后，用脫硫C02煙氣碳酸化分解該溶 液，使溶液中的硅酸鈉轉(zhuǎn)變成硅酸(Si02，nH20)沉淀析出，再過(guò)濾分離， 濾液為碳酸鈉溶液，經(jīng)苛化后再補(bǔ)堿或蒸發(fā)濃縮后循環(huán)使用；所得濾餅 經(jīng)簡(jiǎn)單洗滌去除硅酸吸附的Na2CCb后，與上述過(guò)濾分離出的低模數(shù)硅酸 鈉溶液和/或苛性堿液按最終硅酸鈉產(chǎn)品所需模數(shù)的化學(xué)成分配兌，在小 于該溶液沸點(diǎn)的溫度下攪溶，即可快速合成高模數(shù)硅酸鈉。
優(yōu)選的是，所述苛性堿液濃度是指NaOH含量》5%的任意苛性堿液。
優(yōu)選的是，所述堿浸條件是常壓下小于該溶液沸點(diǎn)的任意溫度，或 高壓下大于該溶液沸點(diǎn)的任意溫度。
優(yōu)選的是，所述含有較多活性Si02的粉煤灰類(lèi)工業(yè)廢棄物是粉煤灰、 焙燒的煤矸石、焙燒的高嶺土、霞石及化工和/或冶金礦渣物料。
優(yōu)選的是，所述C02煙氣是經(jīng)脫硫處理后的CO2含量》10。/。的煙氣。
優(yōu)選的是，所述碳酸化分解條件是指將低模硅酸鈉溶液碳分至溶液 中Na2SK)3幾乎全部轉(zhuǎn)化為Si02 nH20的條件。
優(yōu)選的是，所述苛化后再補(bǔ)堿或蒸發(fā)濃縮這樣來(lái)實(shí)施，即，當(dāng)用低 濃度苛性堿液浸溶粉煤灰類(lèi)工業(yè)廢棄物制備的低模數(shù)硅酸鈉溶液時(shí)，經(jīng)碳分并過(guò)濾去除硅酸后的碳酸鈉溶液，采用直接苛化再補(bǔ)堿至原始濃度
后循環(huán)使用；而當(dāng)用高濃度苛性堿液浸溶粉煤灰類(lèi)工業(yè)廢棄物制備的低 模數(shù)硅酸鈉溶液時(shí)，經(jīng)碳分并過(guò)濾得到的碳酸鈉溶液，采用直接苛化再 蒸發(fā)濃縮至原始濃度后再循環(huán)使用。
優(yōu)選的是，在所述用低模數(shù)硅酸鈉與硅酸配兌步驟中，嚴(yán)格分析測(cè) 定二者的化學(xué)組分。
優(yōu)選的是，所述合成的溫度選擇室溫至溶液沸點(diǎn)間的任意溫度，在 該溫度區(qū)間確保反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，溫度接近沸點(diǎn)，合成反應(yīng)時(shí)間小于 25分鐘。
優(yōu)選的是，所述合成的溫度選擇高于溶液沸點(diǎn)的溫度。 上述優(yōu)選特征的任意組合都可以構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)方案，例如一具
體方案包括如下步驟
(1)在小于溶液沸點(diǎn)的溫度下,用質(zhì)量百分比濃度》5。/。的NaOH溶
液熱浸粉煤灰類(lèi)富含Si()2的原料，以制備低模數(shù)的硅酸鈉液，堿浸時(shí)的
NaOH溶液與所述原料的液固比(重量比)為0.7 30: 1，溫度為20 125
°C，時(shí)間為40分鐘-3小時(shí)；
(2) 用脫硫C02煙氣碳酸化分解固液分離出的低模數(shù)硅酸鈉溶液，使 溶液中Na2Si()3幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣杷?Si02 tiH20), 0)2煙氣濃度》10%; 碳酸化分解溫度為55 95'C;
(3) 用60 8(TC清水逆流洗滌上述固液分離得到的硅酸，去除吸附的 Na2C03，測(cè)定所得濾餅的化學(xué)成分，特別是含水率后，與低模數(shù)的硅酸 鈉溶液和/或純苛性堿液配兌制備硅酸鈉，合成溫度為《溶液沸點(diǎn)，合成 反應(yīng)時(shí)間為《25分鐘；也可采用高于溶液沸點(diǎn)的溫度以大幅縮短合成反 應(yīng)時(shí)間，如高于溶液沸點(diǎn)溫度約IO'C時(shí)，7-9分鐘即可完成合成反應(yīng)。
(4) 按最終硅酸鈉產(chǎn)品所需模數(shù)的化學(xué)成分配兌，攪拌熱煮即制備M為1 4的各種硅酸鈉；
(5)將碳分母液即上述析出硅酸后的碳酸鈉溶液送去苛化或蒸濃至原 始苛性堿濃度后返至堿浸工序循環(huán)使用。
本發(fā)明所述制備硅酸鈉的方法的特征在于物料為富含活性Si02的
原料，其中Si02含量應(yīng)》35。/。；活性Si02包括非晶Si02和無(wú)定型Si02;
活性Si02在低溫常壓下能與苛性堿反應(yīng)生成硅酸鈉，而石英Si02反應(yīng)很
慢。所述含較多活性之物料不僅表現(xiàn)出在低溫常壓下與苛性堿發(fā)生反應(yīng)， 且在一定溫度下能自發(fā)劇烈反應(yīng)，使料液沸騰。這類(lèi)原料包括粉煤灰、 焙燒的煤矸石、焙燒的高嶺土、蛋白石、霞石及化工和冶金礦渣等，當(dāng) 物料較粗時(shí)，需經(jīng)破碎研磨至粒度《200目。
本發(fā)明并不局限于這一具體方案，而是包括如上所述各特征的任意 組合，由于這些組合構(gòu)成的所有技術(shù)方案對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō) 是非常容易實(shí)施的，所以這里沒(méi)有一一列舉。
采用本發(fā)明的制備任意模數(shù)硅酸鈉的方法，尤其是生產(chǎn)高模數(shù)硅酸 鈉的方法，所用原料來(lái)源廣、價(jià)格低，避免了使用高溫熔融、水淬等高 耗能高污染作業(yè)，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，設(shè)備投入少，完全可用于燃煤電廠(chǎng)發(fā) 展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，增產(chǎn)增效，該工藝操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)品成本低，具有較大的經(jīng) 濟(jì)效益和社會(huì)效益。
具體實(shí)施例方式
用以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步的說(shuō)明，而不作為本發(fā)明保 護(hù)范圍的限定。 實(shí)施例1
使用36%的苛性堿液，按液固比(重量比)為4: 3，在12(TC下常壓熱 浸含Si02為47%的粉煤灰45分鐘，制備M為0.57的低模數(shù)硅酸鈉溶液， 其溶液中SiO2含量為60g/L。在8(TC的溫度下，用脫硫后的C02含量為38%的煙氣碳酸化分解該溶液，制備硅酸(Si02 nH20)。過(guò)濾分離，將硅
酸濾餅用7(TC左右的熱水逆流洗滌三次，然后測(cè)其含水率，按M為3.5
3.7的指標(biāo)，將低模數(shù)硅酸鈉、苛性堿和硅酸配兌，將配兌好的物料置于
釜中于95 11(TC間攪拌熱煮20分鐘，即制得M為3.5 3.7的硅酸鈉產(chǎn) a
叩o
將碳分后過(guò)濾出的碳酸鈉液用石灰乳于95 10(TC苛化后，用蒸發(fā)器 蒸濃至原始苛性堿濃度(36%)后返回堿浸工序循環(huán)使用。 實(shí)施例2
將高嶺土粉碎研磨至200目，于105(TC焙燒1小時(shí)，用18%的苛性 堿液，按液固比(重量比)為5: 1，于10(TC熱浸2小時(shí)后固液分離制備低 模數(shù)的硅酸鈉溶液，其溶液中Si02含量為41g/L。然后利用專(zhuān)利申請(qǐng) 200716062197.1中所述技術(shù)對(duì)該溶液進(jìn)行兩次碳分。 一次碳分去除溶液 中的鐵、鈦和鋁等雜質(zhì)，二次碳分制備較純的硅酸(Si02，nH20)。過(guò)濾分 離后，用65C的熱水洗滌硅酸數(shù)次，去除硅酸吸附的碳酸鈉后，測(cè)定硅 酸含水率，按M為3.1 3.5的指標(biāo)，將低模數(shù)硅酸鈉、苛性堿和硅酸配 兌，將配兌好的物料于95 10(TC間攪拌加熱20分鐘即制得M為3.1 3.5的硅酸鈉產(chǎn)品。
將過(guò)濾分離得到的碳酸鈉液用石灰苛化后，經(jīng)蒸發(fā)器簡(jiǎn)單蒸濃到原 始濃度后返回堿浸工序循環(huán)使用。
實(shí)施例3
將Si02含量大于45%的煤矸石破碎，于115(TC煅燒2小時(shí)，然后 研磨至200目，用15°/。的苛性堿液，按液固比(重量比)為8: 1,于105 'C，熱浸2小時(shí)制備低模數(shù)(M0.5)的硅酸鈉溶液。然后利用專(zhuān)利申請(qǐng) 200716062197.1中所述技術(shù)對(duì)該溶液進(jìn)行兩次碳分。 一次碳分去除鐵、 鈦和鋁等雜質(zhì)，二次碳分制備出較純的硅酸(Si02 nH20)。過(guò)濾分離后，用7(TC熱水將硅酸所吸附的碳酸鈉洗去。按M為2.5 3.0的指標(biāo)，將低 模數(shù)硅酸鈉、苛性堿和硅酸配兌，在11(TC下攪拌至硅酸完全溶解，反應(yīng) 時(shí)間約20分鐘，即制得M為2.5 3.1的硅酸鈉。
過(guò)濾分離得到的二次碳分母液用石灰苛化后少量補(bǔ)入苛性堿到原始 濃度后直接返回到堿浸工序循環(huán)使用。
權(quán)利要求
1.一種在低溫常壓下生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法，其包括如下步驟用苛性堿液浸溶含有較多活性SiO2的粉煤灰類(lèi)工業(yè)廢棄物，以制備低模數(shù)硅酸鈉溶液；液固分離后，用脫硫CO2煙氣碳酸化分解該溶液，使溶液中的硅酸鈉轉(zhuǎn)變成硅酸(SiO2·nH2O)沉淀析出，再過(guò)濾分離，濾液為碳酸鈉溶液，經(jīng)苛化后再補(bǔ)堿或蒸發(fā)濃縮后循環(huán)使用；所得濾餅經(jīng)簡(jiǎn)單洗滌去除硅酸吸附的Na2CO3后，與上述過(guò)濾分離出的低模數(shù)硅酸鈉溶液和/或苛性堿液按最終硅酸鈉產(chǎn)品所需模數(shù)的化學(xué)成分配兌，在小于該溶液沸點(diǎn)的溫度下攪溶，即可快速合成高模數(shù)硅酸鈉。
2. 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法，其特征在于所 述苛性堿液濃度是指NaOH含量》5%的任意苛性堿液。
3. 如權(quán)利要求1所述生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法，其特征在于所述 堿浸條件是常壓下小于該溶液沸點(diǎn)的任意溫度，或高壓下大于該溶液沸 點(diǎn)的任意溫度。
4. 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法，其特征在于所 述含有較多活性Si02的粉煤灰類(lèi)工業(yè)廢棄物是粉煤灰、焙燒的煤矸石、 焙燒的高嶺土、霞石及化工和/或冶金礦渣物料。
5. 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法，其特征在于所述C02煙氣是經(jīng)脫硫處理后的(:02含量>10%的煙氣。
6. 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法，其特征在于所述碳酸化分解條件為將低模硅酸鈉溶液碳分至溶液中Na2Si03幾乎全部 轉(zhuǎn)化為Si02 nH20的條件。
7. 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法，其特征在于所 述苛化后再補(bǔ)堿或蒸發(fā)濃縮這樣來(lái)實(shí)施，即，當(dāng)用低濃度苛性堿液浸溶粉煤灰類(lèi)工業(yè)廢棄物制備的低模數(shù)硅酸鈉溶液時(shí)，經(jīng)碳分并過(guò)濾去除硅酸后的碳酸鈉溶液，采用直接苛化再補(bǔ)堿至原始濃度后循環(huán)使用；而當(dāng) 用高濃度苛性堿液浸溶粉煤灰類(lèi)工業(yè)廢棄物制備的低模數(shù)硅酸鈉溶液 時(shí)，經(jīng)碳分并過(guò)濾得到的碳酸鈉溶液，采用直接苛化再蒸發(fā)濃縮至原始 濃度后再循環(huán)使用。
8. 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法，其特征在于在 所述用低模數(shù)硅酸鈉與硅酸配兌步驟中，嚴(yán)格分析測(cè)定二者的化學(xué)組分。
9. 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法，其特征在于所 述合成的溫度選擇室溫至溶液沸點(diǎn)間的任意溫度，在該溫度區(qū)間確保反 應(yīng)在常壓下進(jìn)行，溫度接近沸點(diǎn)，合成反應(yīng)時(shí)間小于25分鐘。
10. 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法，其特征在于所 述合成的溫度選擇高于溶液沸點(diǎn)的溫度。
全文摘要
一種低溫常壓下生產(chǎn)高模數(shù)硅酸鈉的方法。用燒堿液浸取粉煤灰類(lèi)工業(yè)廢棄物料中的活性二氧化硅，制備低模數(shù)的硅酸鈉溶液。然后，碳酸化分解該溶液制備硅酸(SiO₂·nH₂O)。再將該硅酸與上述低模數(shù)硅酸鈉和/或氫氧化鈉溶液按最終硅酸鈉產(chǎn)品所需模數(shù)指標(biāo)進(jìn)行配兌，在小于液體沸點(diǎn)的溫度下攪溶，即可制得高模數(shù)的硅酸鈉。這種生產(chǎn)方法與現(xiàn)有的生產(chǎn)硅酸鈉的干法和濕法工藝相比原料廣、成本低、能耗少、無(wú)污染，能生產(chǎn)M＝1～4間任意模數(shù)的硅酸鈉，尤其是高模數(shù)的硅酸鈉，有較大的工業(yè)化推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C01B33/32GK101318663SQ20081013227
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者頔 宋, 左春霞, 李桂艷, 秦晉國(guó), 郭繼萍 申請(qǐng)人:平朔煤炭工業(yè)公司