一種利用脫硅堿液制備硅酸鈉的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種硅酸鈉的生產(chǎn)方法，特別涉及一種利用脫硅堿液制備硅酸鈉的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅酸鈉常被稱作水玻璃或泡花堿，是一種應(yīng)用范圍極廣的無機鹽產(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S1#P Na2O的質(zhì)量比，目前高模數(shù)硅酸鈉溶液的使用場合占據(jù)主導(dǎo)地位。
[0003]硅酸鈉的制造方法一般分為干法和濕法兩種。其中干法生產(chǎn)是將純堿和石英砂按一定比例混合后在反射爐中加熱至1400°C左右進行6?7小時熔融反應(yīng)，生產(chǎn)熔融狀硅酸鈉，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)長時間自然沉降或過濾去除殘渣，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)點是可根據(jù)應(yīng)用需求制備出不同模數(shù)的硅酸鈉，缺點是生產(chǎn)能耗偏大，污染重、生產(chǎn)成本高；濕法生產(chǎn)是以燒堿和石英砂，在溫度為140?180°C，壓力為0.35?1.0MPa的高壓蒸鍋內(nèi)直接生成液體硅酸鈉，其優(yōu)點是避開了高溫反應(yīng)，但存在堿耗偏高、只能制備低模數(shù)硅酸鈉的缺點。
[0004]無論濕法還是干法，這些方法的原料大多采用粉煤灰或者煤矸石等含鋁原料。例如:CN1736863A公開了以煤矸石的一種一一煤系高嶺巖為主要原料，經(jīng)過酸浸，酸浸渣分粗細兩部分，然后堿溶生產(chǎn)聚合氯化鋁和高模數(shù)液體硅酸鈉的方法；CN1915829A公開了一種將煤矸石與濃度40?60%的硫酸在反應(yīng)釜中反應(yīng)生成硫酸鋁溶液，將生成的硫酸鋁溶液過濾、送入精制罐中，加入硫化鋇除鐵，將二氧化硅濾渣置于反應(yīng)釜中與液堿在壓力0.7?0.8Mpa、溫度120°C?160°C反應(yīng)3_5小時，過濾得液體硅酸鈉的方法。這些現(xiàn)有技術(shù)的工藝都需要另加各種堿液來處理上一步酸浸的中間產(chǎn)物，不僅工藝繁瑣，硅酸鈉的生產(chǎn)成本也居高不下。
[0005]為了尋求最佳的經(jīng)濟性指標(biāo)，降低硅酸鈉生產(chǎn)成本，國內(nèi)外對生產(chǎn)硅酸鈉的新技術(shù)這一課題進行了廣泛的研宄，提出了多種生產(chǎn)方法。對于采用脫硅堿液制備硅酸鈉的技術(shù)則沒有相關(guān)專利報道和應(yīng)用。
[0006]脫硅堿液是利用高鋁粉煤灰、煤矸石、霞石、鉀長石等含鋁原料提取氧化鋁預(yù)脫硅工序產(chǎn)出的中間產(chǎn)物，其主要成分為硅酸鈉與氫氧化鈉的混合物。目前工業(yè)上為了回收脫硅堿液中的堿，采用脫硅堿液加入石灰乳反應(yīng)的方式回收其中的氫氧化鈉，經(jīng)蒸發(fā)濃縮后循環(huán)利用；采用上述方式處理脫硅堿液產(chǎn)生了大量的活性硅酸鈣副產(chǎn)品，目前該副產(chǎn)品仍未在市場大范圍推廣，成為了制約含鋁原料提取氧化鋁項目發(fā)展的瓶頸問題。因此以脫硅堿液為原料制備高模數(shù)硅酸鈉，是粉煤灰等含鋁原料預(yù)脫硅工序中間產(chǎn)物高值化利用和減少硅產(chǎn)品二次污染的有效方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種利用含鋁原料預(yù)脫硅工序產(chǎn)出的中間產(chǎn)物一一脫硅堿液，制備模數(shù)不同且其中二氧化硅濃度較高的硅酸鈉的工藝方法。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0009]本發(fā)明提供了一種利用脫硅堿液制備硅酸鈉的方法，該方法包括如下步驟:1)向50?100°C的脫硅堿液通入二氧化碳氣體，至二氧化硅不再析出為止，然后依次進行過濾、洗滌、分離和干燥，得到二氧化硅濾餅；2)將二氧化硅濾餅再次與脫硅堿液在70?100°C混合攪拌后，過濾除渣得到模數(shù)為1.5?3.8的硅酸鈉產(chǎn)品。
[0010]在本發(fā)明的一個實施方案中，步驟I)中脫硅堿液中的二氧化硅濃度為40?80g/L，氧化鈉濃度為50?120g/L，偏鋁酸鈉濃度小于5g/L，碳酸鈉濃度小于17.lg/L。
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的方法，首先向所得到的脫硅堿液中通入二氧化碳收取富集的二氧化硅，所述二氧化碳氣可以是工業(yè)二氧化碳氣或其它來源的工業(yè)排放氣，只要其中所含二氧化碳能滿足反應(yīng)需要即可，氣體通入量和反應(yīng)時間根據(jù)氣源中二氧化碳的含量確定。在本發(fā)明的一個實施方案中，步驟I)中二氧化碳氣體可以為石灰窯尾氣，其中的二氧化碳濃度為30?40% (體積濃度)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的方法，脫硅堿液可以選擇不同的現(xiàn)有技術(shù)制備得到，其原料可以是富鉀巖石，也可以是粉煤灰或煤矸石，導(dǎo)致脫硅堿液中不同組分的濃度會有差別。當(dāng)這些不同的濃度組分組成的脫硅堿液與二氧化碳氣體反應(yīng)時，反應(yīng)時間可以根據(jù)脫硅堿液中具體組分的濃度以及二氧化碳含量不同而靈活控制。一般來說，通入二氧化碳氣體反應(yīng)時間為0.5 ?2h0
[0013]根據(jù)本發(fā)明的方法，步驟I)的體系不再出現(xiàn)二氧化硅析出時，認為反應(yīng)完成，對于所析出的二氧化硅依次進行過濾、洗滌、分離和干燥，得到所述二氧化硅濾餅，一般需反復(fù)過濾、洗滌2?3次。具體操作中，可以通過測定過濾得到的二氧化硅濾餅達到弱堿性來確定過濾、洗滌的完成，即可進行干燥。在本發(fā)明的一個實施方案中，控制步驟I)中過濾洗滌后二氧化硅濾餅pH彡10。
[0014]按照本發(fā)明方法，經(jīng)步驟2)處理得到的硅酸鈉產(chǎn)品一般為液體，其中的二氧化硅濃度可以通過物料組成來調(diào)整。在本發(fā)明的一個實施方案中，步驟2)硅酸鈉中二氧化硅濃度在100?400g/L之間。
[0015]本發(fā)明中所使用的脫硅堿液可以通過現(xiàn)有的技術(shù)制備得到，例如可以是采用CN101798095A記載的通過富鉀巖石預(yù)脫硅制備硅酸鉀鈉溶液的工藝制成；也可以是按照CN102249253A記載方法，利用作為硅質(zhì)原料的粉煤灰或煤矸石與氫氧化鈉溶液進行脫硅反應(yīng)得到，具體制備過程如下:將作為硅質(zhì)原料的粉煤灰或煤矸石加入到質(zhì)量百分數(shù)為10?15%的氫氧化鈉溶液中，控制氫氧化鈉與硅質(zhì)原料的質(zhì)量比為(0.3?0.7):1，反應(yīng)溫度為90?130°C，反應(yīng)時間為I?3h進行脫硅反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后進行固液分離，固體物質(zhì)作為生產(chǎn)氧化鋁的原料，液體物質(zhì)即為脫硅堿液。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的方法，整個生產(chǎn)過程只需采用脫硅堿液和二氧化碳氣體兩種原料，通過兩步操作，首先得到二氧化硅濾餅，然后再將二氧化硅濾餅進一步與脫硅堿液反應(yīng)，控制物料的投入及反應(yīng)時間/溫度等條件，可以得到模數(shù)不同的硅酸鈉產(chǎn)品且其中的二氧化硅濃度在100?400g/L之間，符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且生產(chǎn)操作過程簡便、生產(chǎn)成本低。
[0017]在本發(fā)明的具體方案中，作為原料之一的脫硅堿液，由于其來自高鋁礦物材料的預(yù)脫硅工序，通常會含有一定的偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉的存在會導(dǎo)致通入二氧化碳氣體后出現(xiàn)少量的氫氧化鋁混雜于二氧化硅濾餅中，但該部分氫氧化鋁在常壓條件下不溶于脫硅堿液，所以，本發(fā)明的方法將脫硅堿液與二氧化碳反應(yīng)后富集了硅的二氧化硅濾餅進一步與脫硅堿液反應(yīng)制備不同模數(shù)的硅酸鈉產(chǎn)品時，需要對反應(yīng)產(chǎn)物進行過濾除渣，以除去其中的氛氧化銷等雜質(zhì)。
[0018]本發(fā)明對于脫硅堿液沒有非常嚴格的限制，但其中偏鋁酸鈉含量盡可能低，對于本發(fā)明實施是有利的。本發(fā)明的實施方案中，作為原料的脫硅堿液中，二氧化硅濃度為40?80g/L，氧化鈉濃度為50?120g/L，偏鋁酸鈉濃度小于5g/L，碳酸鈉濃度小于17.1g/L0
[0019]本發(fā)明方案的實施，至少具有以下優(yōu)勢:
[0020]I)相對于目前的硅酸鈉的制造方法，本發(fā)明方案主要原料為一種含鋁原料預(yù)脫硅工序產(chǎn)出的工業(yè)中間產(chǎn)物一一脫硅堿液，價廉易得，性能穩(wěn)定；
[0021]2)整個生產(chǎn)過程采用脫硅堿液以及各種來源的二氧化碳氣(例如石灰窯尾氣)，