專利名稱：：用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的工藝屬一種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝方法，特別是涉及用芒硝為原料，在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中批量生產(chǎn)硅酸鈉的一種工藝方法。硅酸鈉，俗名泡花堿，又名水玻璃，是可溶性硅酸鹽。在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，硅酸鈉的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法分干法和濕法兩種，干法是二氧化硅和純堿加熱熔融而成;濕法是二氧化硅和燒堿水加熱反應(yīng)而成，由于純堿和燒堿緊缺而價(jià)格昂貴，因此，干法和濕法生產(chǎn)成本高。目前我國有的廠家和研究單位采用芒硝代替碳酸鈉或燒堿生產(chǎn)硅酸鈉，但始終存在著產(chǎn)品發(fā)溴、水淬爆炸、腐蝕爐子和含硫氣體污染環(huán)境等問題。本發(fā)明委托中國專利局審查部門檢索，收到了四篇檢索文件，其一，專利申請?zhí)枮?7215562的實(shí)用新型專利申請所涉及新的窯爐-雙拱頂窯爐結(jié)構(gòu)，無除硫措施，與本發(fā)明的爐型結(jié)構(gòu)不相同。其二，《無機(jī)鹽工業(yè)》1985年1月登刊的“用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的方法”一文，該文偏重于理論推算，該文與本發(fā)明的主要差別在于1.化學(xué)方程式有誤上式反應(yīng)過程尚未完成，而應(yīng)該是下式2.該文的配比計(jì)算公式是對的，但僅是理論推算，尚缺實(shí)際生產(chǎn)中的補(bǔ)償系數(shù)值。3.該文所提出1200℃～1300℃的加熱溫度指標(biāo)偏低，應(yīng)該是1380～1400℃，才能使反應(yīng)完成。4.該文沒有提出對SO2有害氣體的治理措施。5.該文雖然提到“芒硝和碳的配比是芒硝還原的關(guān)鍵”，但未提出溫度與工藝的重要性。USP2352738(例2)和USP2277355是1942年和1944年的兩份美國專利，主要談及硅膠的生產(chǎn)，僅提及用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的生成溫度是1300～1415℃溫度范圍相差115℃。而我們提出的溫度范圍是1380℃～1400℃，溫度范圍相差僅20℃。綜上所述，我們有信心提出用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的工藝的發(fā)明專利申請。本發(fā)明的用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的工藝的目的是要利用資源豐富、價(jià)格低廉的芒硝代替碳酸鈉或純堿，選用合適的原料配方、配比，設(shè)計(jì)具有除硫措施的爐型，提出一種在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中批量生產(chǎn)硅酸鈉的一種新工藝。本發(fā)明的用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的工藝方法在大量生產(chǎn)實(shí)踐摸索過程中總結(jié)出芒硝與碳在熱反應(yīng)過程中，不僅與反應(yīng)溫度高低有關(guān)，而且與溫度的穩(wěn)定性有關(guān)，該反應(yīng)完成的速度不僅與熱反應(yīng)的生成溫度積有關(guān)，而且與碳的配量直接有關(guān)。本發(fā)明的用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的工藝方法的原理是1.芒硝與適量的碳在穩(wěn)定的1400℃高溫下，共熱48分鐘，生成溫度積達(dá)到67200℃時(shí)，芒硝的酸根被分解，能被碳還原成氧化鈉，其化學(xué)反應(yīng)過程為2.氧化鈉能夠與二氧化硅生成硅酸鈉(固態(tài))其總的反應(yīng)過程為3.固態(tài)硅酸鈉能夠被溶解為成品硅酸鈉(液態(tài))其化學(xué)反應(yīng)過程為本發(fā)明的配方及其配量計(jì)算是1.配方選用含量為95%以上的無水芒硝作為基準(zhǔn)物料，細(xì)度為40目。選用含量為97%以上的二氧化硅(SiO2)，其含水量不大于1%，細(xì)度為40～60目;選用固定碳含量為70%以上的碳粉作還原劑，細(xì)度為20～40目，含硫量不得大于0.05%，比熱在7000大卡/千克。2.配量計(jì)算(1)碳配量計(jì)算公式nC=(BX·BN·CM)/(BM·CN)+2.4/100(nC)式中nC-碳配量Bx-Na2SO4加量BN-Na2SO4含量Cm-碳分子量Bm-Na2SO4分子量CN-碳含量2.4/100(nC)-常數(shù)(2)SiO2配量的計(jì)算公式X=(BX·BN·M·XM)/(BM·XN)上式中X-SiO2配量Bx-Na2SO4加量BN-Na2SO4含量M-生產(chǎn)模數(shù)Xm-SiO2分子量Bm-Na2SO4分子量XN-SiO2含量(3)Na2SO4實(shí)際配量計(jì)算公式Bx＝Bx+(Bx·20/100)n上式中B′x-Na2SO4實(shí)際配量Bx-Na2SO4加量n-Na2SO4的配量常數(shù)20/100本發(fā)明的用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的工藝的技術(shù)要求1.加熱反射爐內(nèi)的溫度必須保證穩(wěn)定在1400℃方可下料，并在1400℃高溫下持續(xù)48分鐘，待原料反應(yīng)徹底完成后方可再次加料。2.氧化鈉生成的初始溫度為1380℃(低于這一溫度不能生成穩(wěn)定狀態(tài)的氧化鈉)并且在此溫度下保持恒溫48分鐘，使有效熱積溫達(dá)到67200℃(△At)。3.二氧化硅與碳粉、芒硝加熱過程的反應(yīng)情況如下表</tables>4.融態(tài)硅酸鈉必須經(jīng)水淬后成為固體碎塊。5.固體硅酸鈉的液化，必須在4Kg/cm3、120℃的蒸氣球內(nèi)進(jìn)行溶解6.對加熱反應(yīng)工具-加熱反射爐的技術(shù)要求(1)加熱反射爐用高鋁、鎂鉻耐火材料砌筑而成。(2)該反射爐設(shè)計(jì)有六個(gè)加煤口的燃燒室;有絕熱系統(tǒng)的反應(yīng)室和貯料室;多孔道的帶有除塵系統(tǒng)的貯熱室(煤氣燃燒室)及有除塵、除硫功能的32米長的，設(shè)有地下除硫凈化池的地下煙道和38米高的煙囪，該地下除硫凈化池水面浮置40cm厚的一層木炭。(3)該反射爐為負(fù)壓操作，設(shè)計(jì)有散熱、貯熱、絕熱和爐頂?shù)牟坏葔貉b置，將迫使高速熱流呈渦旋運(yùn)動，借以持續(xù)增溫的加熱目的。7.對三廢，特別對二氧化硫氣體，通過合理搭配配方劑量，特別是恰如其分地使用碳元素還原和在加熱反射爐內(nèi)設(shè)計(jì)消煙、除塵、除硫裝置以有效地處理和減少含硫氣體和其它有害廢物對環(huán)境的污染。在本工藝生產(chǎn)過程中有一氧化碳產(chǎn)生，一氧化碳與二氧化硫隨熱流進(jìn)入貯熱室內(nèi)，使兩種氣體集聚在室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)過程是二氧化硫被一氧化碳還原成硫的粘性物質(zhì)，沉淀于貯熱室內(nèi)的除硫沉淀室的底層，多孔道的曲形巡回層底部和32米長的地下煙道底面均放有30cm厚的經(jīng)處理的碳酸鈣塊狀物。硫在高熱下是一種粘性的融態(tài)物質(zhì)，比重大，隨溫度的降低宜于沉淀而被碳酸鈣吸附。爐內(nèi)煙氣在進(jìn)入煙囪時(shí)又將被地下煙道的凈化池內(nèi)的木炭層過濾吸附其中的二氧化硫氣體，其反應(yīng)過程為在本發(fā)明用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的生產(chǎn)過程中，用煤作燃料，所產(chǎn)生的廢渣，有80%又被回收用作生產(chǎn)助劑，所產(chǎn)生的“廢”水，全部已回收利用，經(jīng)過以上多項(xiàng)除硫措施，殘存的二氧化硫廢氣隨高速熱流排放于38米高的煙囪之外的排放濃度已大大低于國家標(biāo)準(zhǔn)的51～55Kg/小時(shí)，僅為7.8Kg/小時(shí)。用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的工藝流程及加熱反射爐爐型如附圖所示1-是選料、粉碎、稱量工序、要求將原料Na2SO4和SiO2和燃料碳粉，嚴(yán)格按照配方要求及配量計(jì)算進(jìn)行選料、粉碎、稱量。1-是選料、粉碎、稱量工序、要求將原料Na2SO4和SiO2和燃料碳粉，嚴(yán)格按照配方要求及配量計(jì)算進(jìn)行選料、粉碎、稱量。2-是混料工序，要求采用拌合機(jī)械混合原料。3-是加熱反應(yīng)工序，該加熱反射爐由燃燒室、反應(yīng)室、儲料室、儲熱室、地下煙道和煙囪組合而成，能保證實(shí)現(xiàn)持續(xù)48分鐘的1400℃溫度和有效熱積溫條件，并在儲熱室內(nèi)設(shè)置除硫沉淀室;在水平地下煙道設(shè)置除硫凈化池，兩米深的池內(nèi)盛水，水面浮裝40cm的木炭層，同時(shí)在除硫沉淀室和水平地下煙道底部鋪設(shè)30cm厚的CaCO3塊狀物。4-是水淬工序，加熱反應(yīng)生成的融態(tài)硅酸鈉從爐料出口流入水池，經(jīng)水淬成固體硅酸鈉。5-是溶解工序，將固體硅酸鈉撈出放入4Kg/cm3壓力和120℃的蒸氣球內(nèi)溶解液化成液態(tài)硅酸鈉。6-是濃縮工序，除去溶解澄清的硅酸鈉溶液中的多余水分，成為成品硅酸鈉。3.1-煙筒、3.2-地下煙道、3.3-貯熱室、3.4-貯料室、3.5-出料口、3.6-進(jìn)料口、3.7-反應(yīng)室3.8-燃燒室3.9-煙道擋板3.10-木炭層3.11-清水3.12-除硫凈化池3.13-碳酸鈣塊狀物3.14-除硫沉淀室權(quán)利要求1.一種用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的工藝，其特征是選用含量為95%以上的，細(xì)度為40目的無水芒硝作為基準(zhǔn)物料和含量為97%以上，水份不大于1%，細(xì)度為40～60目的二氧化硅為原料，同時(shí)加入固定碳含量為70%以上，細(xì)度為20～40目，含硫量不大于0.05%，比熱大于或等于7000大卡/千克的碳粉作還原劑和燃料，并且嚴(yán)格按照硫酸鈉的實(shí)際配量計(jì)算公式BX=BX+(BX·20/100)n二氧化硅的配量計(jì)算公式X=(BX·BN·M·XM)/(BM·XN)碳的配量計(jì)算公式nC=(BX·BN·CM)/(BM·CN)+2.4/100(nC)進(jìn)行配量。經(jīng)粉碎后均勻混合，在特制的硅酸鈉加熱反射爐內(nèi)加熱到1380～1400℃，并在該加熱溫度范圍內(nèi)，持續(xù)穩(wěn)定的加熱48分鐘；生成的融態(tài)硅酸鈉經(jīng)水淬成固體碎塊，固體硅酸鈉再放入4kg/cm3壓力、120℃的蒸氣球內(nèi)進(jìn)行溶解液化；該硅酸鈉加熱反射爐內(nèi)設(shè)置有六個(gè)加煤口的燃燒室，帶有絕熱、保溫、隔熱、儲熱孔道的反應(yīng)室和貯料室，有多孔道的帶有除硫沉淀室的利于二氧化硫和一氧化碳?xì)怏w反應(yīng)的貯熱室。32米長的底部放置有30cm厚度的經(jīng)處理的碳酸鈣塊狀物，尾部設(shè)置有除硫凈化池的地下煙道和38米高的煙囪。2.如權(quán)力要求1所述的用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的工藝，其特征是硅酸鈉加熱反射爐設(shè)置有三處除硫裝置;一是二氧化硫和一氧化碳?xì)怏w在貯熱室生成硫的粘態(tài)物質(zhì)，能在貯熱室底部的除硫沉淀室隨溫度降低而沉淀，并被碳酸鈣吸附，二是貯熱室的除硫沉淀室底部和水平地下煙道底部均放置在30cm厚度的經(jīng)處理的碳酸鈣塊狀物。三是水平地下煙道尾部設(shè)置有2米深的除硫凈化池，池內(nèi)注有清水，其水面浮裝40cm厚的木炭層，池內(nèi)清水在高溫作用下形成能加強(qiáng)對含硫煙氣的過濾吸附作用的水蒸汽汽團(tuán)。3.如權(quán)力要求1和權(quán)力要求2所述的用芒硝生產(chǎn)硅酸鈉的工藝，其特征是加熱反應(yīng)用的硅酸鈉反射爐設(shè)計(jì)有絕熱、保溫、散熱、儲熱結(jié)構(gòu)和爐頂不等壓結(jié)構(gòu)。全文摘要本發(fā)明是用芒硝作原料生產(chǎn)硅酸鈉的一種工藝方法，該工藝方法提出了芒硝、二氧化硅和碳粉的適當(dāng)配方及配比計(jì)算公式，提出了加熱反應(yīng)的溫度條件和具體爐型，保證了加熱反應(yīng)的順利進(jìn)行和含硫氣體的治理排放。該工藝方法對二氧化硫污染設(shè)計(jì)了多重治理方案，該爐型結(jié)構(gòu)和操作規(guī)范能夠在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中克服產(chǎn)品發(fā)臭、水淬爆炸和腐蝕爐壁等弊端。文檔編號C01B33/32GK1044269SQ9010041公開日1990年8月1日申請日期1990年1月23日優(yōu)先權(quán)日1990年1月23日發(fā)明者馮中一申請人:馮中一