硅酸鈉的制備方法

[db:作者] / 2023-01-11 00:00

硅酸鈉

[物化性質(zhì)]又名水玻璃，泡花堿，為無(wú)色、淡黃色或青灰色透明的黏稠液體。溶于水呈堿性，遇酸分解而析出硅酸的膠質(zhì)沉淀，屬于玻璃體物質(zhì)，無(wú)固定熔點(diǎn)，水處理用一般模數(shù)為2.5～3.0。

[制備方法](1)傳統(tǒng)生產(chǎn)方法

硅酸鈉的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法分為干法、濕法和芒硝法三種。

①干法制備方法

a.純堿法將純堿和硅粉按比例混合后，在1300～1400℃下煅燒，熔融出來(lái)的物料經(jīng)冷卻變成固體。然后再經(jīng)溶解、澄清與濃縮，得到不同規(guī)格的液體硅酸鈉產(chǎn)品。該法的主要優(yōu)點(diǎn)是可制得模數(shù)為0.5～4.0的系列產(chǎn)品，尤其是模數(shù)2.5以上的產(chǎn)品均用該法生產(chǎn)；該法的缺點(diǎn)是對(duì)燃料的要求較高，需用優(yōu)質(zhì)煤、煤氣或重油。反應(yīng)方程式為：

Na2CO4+SiO2→Na2SiO4+CO2↑

b.天然堿法天然堿、硅砂、煤粉按比例混合，融熔反應(yīng)制得。

②濕法制備方法(液相法)該法以液體燒堿代替純堿，且對(duì)煤質(zhì)的要求低，所以生產(chǎn)成本比固相法低。生產(chǎn)同一牌號(hào)的產(chǎn)品，液相法的生產(chǎn)成本僅為固相法的1/3左右。該法的缺點(diǎn)是不能生產(chǎn)高模數(shù)的硅酸鈉品種，且硅粉的單程轉(zhuǎn)化率較低，僅為70%～80%。反應(yīng)方程式為：

2NaOH+SiO2→Na2SiO4+H2O

③芒硝法該法是用煤粉和芒硝取代純堿。主要優(yōu)點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單，對(duì)原料要求不苛刻，工業(yè)粗制芒硝和副產(chǎn)品芒硝均可使用。缺點(diǎn)是芒硝熔點(diǎn)較高，達(dá)884℃(純堿為851℃)，需要提高熔制溫度，熔融時(shí)有二氧化硫氣體產(chǎn)生，增加了對(duì)窯爐的腐蝕。

(2)制備實(shí)例

①稻殼灰與堿液反應(yīng)制備硅酸鈉

稻殼灰與堿液反應(yīng)制備硅酸鈉的工藝流程如圖6-8所示。

圖6-8 稻殼灰與堿液反應(yīng)制備硅酸鈉的工藝流程

反應(yīng)方程式為：

nSO2(s)+2NaOH(l)→Na2O·nSiO2+H2O

對(duì)稻殼灰制備硅酸鹽各影響因素的實(shí)驗(yàn)研究表明，常壓下由稻殼灰制備的硅酸鹽的最佳工藝條件為：物料比10：2，反應(yīng)溫度140℃，反應(yīng)時(shí)間6h。制備的硅酸鈉模數(shù)可以達(dá)到2.9，溶出率56.73%。在壓力0.6MPa下最佳工藝為物料比10：2，反應(yīng)時(shí)間4h，得到的硅酸鈉模數(shù)為2.77，溶出率62.03%。兩者均達(dá)到GB4209-1996優(yōu)等品指標(biāo)。

常壓最優(yōu)條件下得到的硅酸鈉產(chǎn)品較壓力最優(yōu)條件下得到產(chǎn)品模數(shù)高，但其耗時(shí)長(zhǎng)。加壓條件下可以縮短用時(shí)，但是加壓條件對(duì)儀器設(shè)備有一定的要求，操作難度較大，且得到產(chǎn)品的模數(shù)不如常壓常時(shí)的產(chǎn)品。在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)生產(chǎn)需要選用不同的工藝條件。

②蛋白土為原料制備硅酸鈉

蛋白土是一種無(wú)定形的硅質(zhì)礦產(chǎn)，其主要化學(xué)成分是SiO2·H2O。用蛋白土制備硅酸鈉的試驗(yàn)流程為：蛋白土→粉碎(至200目)→燒堿堿溶→固液分離→蒸發(fā)濃縮(堿渣另作處理)→硅酸鈉。由于蛋白土中所含的SiO2為無(wú)定型結(jié)構(gòu)，故堿溶條件較溫和，反應(yīng)可在常壓及100℃左右的條件下進(jìn)行。其化學(xué)反應(yīng)如下：

SiO2·nH2O+2NaOH→Na2O·mSiO2+(n+1)H2O

式中，m為硅鈉比，即硅酸鈉的模數(shù)。

具體的試驗(yàn)過(guò)程為：將蛋白土粉碎(200目)，置馬弗爐中650℃煅燒30min，煅燒后的蛋白土和氫氧化鈉溶液放在恒溫水浴鍋里加熱，加熱過(guò)程中不斷攪拌，一段時(shí)間后將混合溶液用真空泵過(guò)濾，除去濾渣所得濾液即為硅酸鈉溶液。工藝條件：投料比(蛋白土：水)=1：(0.3～0.35)：(3～4)；反應(yīng)(堿溶)時(shí)間75min；反應(yīng)溫度100℃。

利用蛋白土制備硅酸鈉的實(shí)驗(yàn)，具有工藝簡(jiǎn)單、能耗低、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐，可取得較高的經(jīng)濟(jì)效益，且生產(chǎn)過(guò)程的廢渣和廢水，不含限制排放的物質(zhì)，pH值也在可直接排放的范圍內(nèi)，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生污染。

③硅藻土為原料制備硅酸鈉

在制備硅酸鈉前，先將硅藻土過(guò)40目篩，置馬弗爐中700℃煅燒30min。煅燒使硅藻土中的FeO轉(zhuǎn)化為Fe2O3，去除有機(jī)質(zhì)。通過(guò)試驗(yàn)，硅藻土煅燒后的失重率為3.93%，煅燒后硅藻土中SiO2含量83.68%。用煅燒后的硅藻土加堿溶液進(jìn)行堿溶。工藝條件為：反應(yīng)時(shí)間75min，堿量：硅藻土量為0.31：1，液固比為2.5。

④煤矸石制備硅酸鈉

煤矸石主要成分是硅、鋁、鐵等元素，將酸處理后的煤矸石渣經(jīng)水洗至近中性并曬干。稱取一定量煤矸石與一定濃度、體積的氫氧化鈉溶液混合于三頸燒瓶中，浸泡一定時(shí)間，加熱、攪拌、回流，保持微沸一定時(shí)間后，趁熱抽濾，再將濾液水浴蒸發(fā)待液體成為黏稠狀，冷卻后即得硅酸鈉。

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