专利名称：一种生产高模数硅酸钠的方法
技术领域：
本发明涉及粉煤灰类工业废物的综合利用及无机盐--硅酸钠的制 备，属于一种用粉煤灰类工业废物制备高模数硅酸钠的技术。
背景技术：
硅酸钠常被称作水玻璃或泡花碱，是一种应用范围极广的无机盐产 品，主要应用于洗涤剂、制皂业、包装业、精密铸造、电焊条生产、涂 料、建材及冶金等行业，也是生产硅胶、分子筛和白炭黑的基本原料。
硅酸钠溶液的表征指标之一是模数即硅酸钠溶液中的SK)2和Na20的质 量比，目前高模数硅酸钠溶液的使用场合占据主导地位。
硅酸钠的制造方法一般分为干法和湿法两种。其中干法是将石英砂 和纯碱或硫酸钠混匀，在1400 150(TC的高温炉中进行6 7小时熔融反 应，反应物需在熔融态水淬冷却成玻璃状料，然后再将该料移至溶解槽 内，通入热蒸汽溶解，蒸汽压力约为0.4MPa，溶解好的物料被泄到澄清 槽内长时间自然沉降或过滤去除残渣，澄清的上清液再用泵送到蒸发浓 縮器中浓縮至要求浓度即为硅酸钠产品，其优点是可制取各种模数的硅 酸钠，如M为0.5-4.0，尤其是M〉2.5的高模数硅酸钠，不足之处是能耗 高、污染重。湿法是以苛性碱和石英粉为原料，在约160°C、 0.6 0.8MPa 压力的条件下，在溶解釜中搅拌反应6 8小时制成。同干法一样，湿法 也需去除残渣后蒸发浓縮才能获得产品，其优点是避开了高温反应，但 存在原料消耗高，只能制备低模数硅酸钠的缺点。
此外，无论湿法还是干法，在现有技术中都没有充分利用粉煤灰这样的工业废弃物来制备高模数硅酸钠。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种以粉煤灰类等 富含活性二氧化硅的工业废弃物作为原料，在低温常压下制备各种模数 硅酸钠的方法，尤其是生产高模数硅酸钠，达到节能降耗的效果，充分 体现环境友好。
本发明涉及一种在低温常压下生产高模数硅酸钠的方法，其包括如 下步骤用苛性碱液浸溶含有较多活性Si02的粉煤灰类工业废弃物，以 制备低模数硅酸钠溶液；液固分离后，用脱硫C02烟气碳酸化分解该溶 液，使溶液中的硅酸钠转变成硅酸(Si02，nH20)沉淀析出，再过滤分离， 滤液为碳酸钠溶液，经苛化后再补碱或蒸发浓縮后循环使用；所得滤饼 经简单洗涤去除硅酸吸附的Na2CCb后，与上述过滤分离出的低模数硅酸 钠溶液和/或苛性碱液按最终硅酸钠产品所需模数的化学成分配兑，在小 于该溶液沸点的温度下搅溶，即可快速合成高模数硅酸钠。
优选的是，所述苛性碱液浓度是指NaOH含量》5%的任意苛性碱液。
优选的是，所述碱浸条件是常压下小于该溶液沸点的任意温度，或 高压下大于该溶液沸点的任意温度。
优选的是，所述含有较多活性Si02的粉煤灰类工业废弃物是粉煤灰、 焙烧的煤矸石、焙烧的高岭土、霞石及化工和/或冶金矿渣物料。
优选的是，所述C02烟气是经脱硫处理后的CO2含量》10。/。的烟气。
优选的是，所述碳酸化分解条件是指将低模硅酸钠溶液碳分至溶液 中Na2SK)3几乎全部转化为Si02 nH20的条件。
优选的是，所述苛化后再补碱或蒸发浓縮这样来实施，即，当用低 浓度苛性碱液浸溶粉煤灰类工业废弃物制备的低模数硅酸钠溶液时，经碳分并过滤去除硅酸后的碳酸钠溶液，采用直接苛化再补碱至原始浓度
后循环使用；而当用高浓度苛性碱液浸溶粉煤灰类工业废弃物制备的低 模数硅酸钠溶液时，经碳分并过滤得到的碳酸钠溶液，采用直接苛化再 蒸发浓縮至原始浓度后再循环使用。
优选的是，在所述用低模数硅酸钠与硅酸配兑步骤中，严格分析测 定二者的化学组分。
优选的是，所述合成的温度选择室温至溶液沸点间的任意温度，在 该温度区间确保反应在常压下进行，温度接近沸点，合成反应时间小于 25分钟。
优选的是，所述合成的温度选择高于溶液沸点的温度。 上述优选特征的任意组合都可以构成本发明的一个方案，例如一具
体方案包括如下步骤
(1)在小于溶液沸点的温度下,用质量百分比浓度》5。/。的NaOH溶
液热浸粉煤灰类富含Si()2的原料，以制备低模数的硅酸钠液，碱浸时的
NaOH溶液与所述原料的液固比(重量比)为0.7 30: 1，温度为20 125
°C，时间为40分钟-3小时；
(2) 用脱硫C02烟气碳酸化分解固液分离出的低模数硅酸钠溶液，使 溶液中Na2Si()3几乎全部转变为硅酸(Si02 tiH20), 0)2烟气浓度》10%; 碳酸化分解温度为55 95'C;
(3) 用60 8(TC清水逆流洗涤上述固液分离得到的硅酸，去除吸附的 Na2C03，测定所得滤饼的化学成分，特别是含水率后，与低模数的硅酸 钠溶液和/或纯苛性碱液配兑制备硅酸钠，合成温度为《溶液沸点，合成 反应时间为《25分钟；也可采用高于溶液沸点的温度以大幅縮短合成反 应时间，如高于溶液沸点温度约IO'C时，7-9分钟即可完成合成反应。
(4) 按最终硅酸钠产品所需模数的化学成分配兑，搅拌热煮即制备M为1 4的各种硅酸钠；
(5)将碳分母液即上述析出硅酸后的碳酸钠溶液送去苛化或蒸浓至原 始苛性碱浓度后返至碱浸工序循环使用。
本发明所述制备硅酸钠的方法的特征在于物料为富含活性Si02的
原料，其中Si02含量应》35。/。；活性Si02包括非晶Si02和无定型Si02;
活性Si02在低温常压下能与苛性碱反应生成硅酸钠，而石英Si02反应很
慢。所述含较多活性之物料不仅表现出在低温常压下与苛性碱发生反应， 且在一定温度下能自发剧烈反应，使料液沸腾。这类原料包括粉煤灰、 焙烧的煤矸石、焙烧的高岭土、蛋白石、霞石及化工和冶金矿渣等，当 物料较粗时，需经破碎研磨至粒度《200目。
本发明并不局限于这一具体方案，而是包括如上所述各特征的任意 组合，由于这些组合构成的所有技术方案对于本领域普通技术人员来说 是非常容易实施的，所以这里没有一一列举。
采用本发明的制备任意模数硅酸钠的方法，尤其是生产高模数硅酸 钠的方法，所用原料来源广、价格低，避免了使用高温熔融、水淬等高 耗能高污染作业，工艺过程简单，设备投入少，完全可用于燃煤电厂发 展循环经济，增产增效，该工艺操作简便，产品成本低，具有较大的经 济效益和社会效益。
具体实施例方式
用以下实施例对本发明的方法作进一步的说明，而不作为本发明保 护范围的限定。 实施例1
使用36%的苛性碱液，按液固比(重量比)为4: 3，在12(TC下常压热 浸含Si02为47%的粉煤灰45分钟，制备M为0.57的低模数硅酸钠溶液， 其溶液中SiO2含量为60g/L。在8(TC的温度下，用脱硫后的C02含量为38%的烟气碳酸化分解该溶液，制备硅酸(Si02 nH20)。过滤分离，将硅
酸滤饼用7(TC左右的热水逆流洗涤三次，然后测其含水率，按M为3.5
3.7的指标，将低模数硅酸钠、苛性碱和硅酸配兑，将配兑好的物料置于
釜中于95 11(TC间搅拌热煮20分钟，即制得M为3.5 3.7的硅酸钠产 a
叩o
将碳分后过滤出的碳酸钠液用石灰乳于95 10(TC苛化后，用蒸发器 蒸浓至原始苛性碱浓度(36%)后返回碱浸工序循环使用。 实施例2
将高岭土粉碎研磨至200目，于105(TC焙烧1小时，用18%的苛性 碱液，按液固比(重量比)为5: 1，于10(TC热浸2小时后固液分离制备低 模数的硅酸钠溶液，其溶液中Si02含量为41g/L。然后利用专利申请 200716062197.1中所述技术对该溶液进行两次碳分。 一次碳分去除溶液 中的铁、钛和铝等杂质，二次碳分制备较纯的硅酸(Si02，nH20)。过滤分 离后，用65C的热水洗涤硅酸数次，去除硅酸吸附的碳酸钠后，测定硅 酸含水率，按M为3.1 3.5的指标，将低模数硅酸钠、苛性碱和硅酸配 兑，将配兑好的物料于95 10(TC间搅拌加热20分钟即制得M为3.1 3.5的硅酸钠产品。
将过滤分离得到的碳酸钠液用石灰苛化后，经蒸发器简单蒸浓到原 始浓度后返回碱浸工序循环使用。
实施例3
将Si02含量大于45%的煤矸石破碎，于115(TC煅烧2小时，然后 研磨至200目，用15°/。的苛性碱液，按液固比(重量比)为8: 1,于105 'C，热浸2小时制备低模数(M0.5)的硅酸钠溶液。然后利用专利申请 200716062197.1中所述技术对该溶液进行两次碳分。 一次碳分去除铁、 钛和铝等杂质，二次碳分制备出较纯的硅酸(Si02 nH20)。过滤分离后，用7(TC热水将硅酸所吸附的碳酸钠洗去。按M为2.5 3.0的指标，将低 模数硅酸钠、苛性碱和硅酸配兑，在11(TC下搅拌至硅酸完全溶解，反应 时间约20分钟，即制得M为2.5 3.1的硅酸钠。
过滤分离得到的二次碳分母液用石灰苛化后少量补入苛性碱到原始 浓度后直接返回到碱浸工序循环使用。
权利要求
1.一种在低温常压下生产高模数硅酸钠的方法，其包括如下步骤用苛性碱液浸溶含有较多活性SiO2的粉煤灰类工业废弃物，以制备低模数硅酸钠溶液；液固分离后，用脱硫CO2烟气碳酸化分解该溶液，使溶液中的硅酸钠转变成硅酸(SiO2·nH2O)沉淀析出，再过滤分离，滤液为碳酸钠溶液，经苛化后再补碱或蒸发浓缩后循环使用；所得滤饼经简单洗涤去除硅酸吸附的Na2CO3后，与上述过滤分离出的低模数硅酸钠溶液和/或苛性碱液按最终硅酸钠产品所需模数的化学成分配兑，在小于该溶液沸点的温度下搅溶，即可快速合成高模数硅酸钠。
2. 如权利要求1所述的生产高模数硅酸钠的方法，其特征在于所 述苛性碱液浓度是指NaOH含量》5%的任意苛性碱液。
3. 如权利要求1所述生产高模数硅酸钠的方法，其特征在于所述 碱浸条件是常压下小于该溶液沸点的任意温度，或高压下大于该溶液沸 点的任意温度。
4. 如权利要求1所述的生产高模数硅酸钠的方法，其特征在于所 述含有较多活性Si02的粉煤灰类工业废弃物是粉煤灰、焙烧的煤矸石、 焙烧的高岭土、霞石及化工和/或冶金矿渣物料。
5. 如权利要求1所述的生产高模数硅酸钠的方法，其特征在于所述C02烟气是经脱硫处理后的(:02含量>10%的烟气。
6. 如权利要求1所述的生产高模数硅酸钠的方法，其特征在于所述碳酸化分解条件为将低模硅酸钠溶液碳分至溶液中Na2Si03几乎全部 转化为Si02 nH20的条件。
7. 如权利要求1所述的生产高模数硅酸钠的方法，其特征在于所 述苛化后再补碱或蒸发浓縮这样来实施，即，当用低浓度苛性碱液浸溶粉煤灰类工业废弃物制备的低模数硅酸钠溶液时，经碳分并过滤去除硅酸后的碳酸钠溶液，采用直接苛化再补碱至原始浓度后循环使用；而当 用高浓度苛性碱液浸溶粉煤灰类工业废弃物制备的低模数硅酸钠溶液 时，经碳分并过滤得到的碳酸钠溶液，采用直接苛化再蒸发浓縮至原始 浓度后再循环使用。
8. 如权利要求1所述的生产高模数硅酸钠的方法，其特征在于在 所述用低模数硅酸钠与硅酸配兑步骤中，严格分析测定二者的化学组分。
9. 如权利要求1所述的生产高模数硅酸钠的方法，其特征在于所 述合成的温度选择室温至溶液沸点间的任意温度，在该温度区间确保反 应在常压下进行，温度接近沸点，合成反应时间小于25分钟。
10. 如权利要求1所述的生产高模数硅酸钠的方法，其特征在于所 述合成的温度选择高于溶液沸点的温度。
全文摘要
一种低温常压下生产高模数硅酸钠的方法。用烧碱液浸取粉煤灰类工业废弃物料中的活性二氧化硅，制备低模数的硅酸钠溶液。然后，碳酸化分解该溶液制备硅酸(SiO<sub>2</sub>·nH<sub>2</sub>O)。再将该硅酸与上述低模数硅酸钠和/或氢氧化钠溶液按最终硅酸钠产品所需模数指标进行配兑，在小于液体沸点的温度下搅溶，即可制得高模数的硅酸钠。这种生产方法与现有的生产硅酸钠的干法和湿法工艺相比原料广、成本低、能耗少、无污染，能生产M＝1～4间任意模数的硅酸钠，尤其是高模数的硅酸钠，有较大的工业化推广应用价值。
文档编号C01B33/32GK101318663SQ20081013227
公开日2008年12月10日 申请日期2008年7月23日 优先权日2008年7月23日
发明者頔 宋, 左春霞, 李桂艳, 秦晋国, 郭继萍 申请人:平朔煤炭工业公司