一种利用硅溶胶在酸体系中深度脱硅的方法
【专利摘要】本发明为一种利用硅溶胶在酸体系中深度脱硅的方法，包括1）可溶性硅酸盐的水溶液与酸反应，得到硅溶胶；2)将硅溶胶加入至待处理的酸性含硅液体中反应，得到待絮凝液体；3)向待絮凝液体中加入絮凝剂进行絮凝，之后进行固液分离，得到脱硅后的溶液。本发明使用可溶性硅酸盐为原料，配制成一定浓度的溶液，用酸调节pH，熟化制备硅溶胶，该方法可实现酸度体系硅的深度脱除，硅含量可降至0.001%以下，且操作简单，成本低，简单易行。
【专利说明】一种利用硅溶胶在酸体系中深度脱硅的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机化合物加工领域，具体涉及到一种利用硅溶胶在酸体系中深度脱硅的方法。
【背景技术】
[0002]在钛白粉、氧氯化锆等无机化工产品的生产过程中，对最终产品的杂质含量有一定的要求，特别是硅元素的含量要求较高。钛白粉中硅含量偏高将导致偏钛酸煅烧过程中金红石转化率降低，钛白粉白度下降，颜料性能不佳。而在氧氯化锆冶金过程中硅含量偏高则会降低产品氧氯化锆的纯度，使产品的应用受到限制。
[0003]传统脱硅方法包括碱洗脱硅，即采用氢氧化钠碱溶液将硅以硅酸钠的形式溶解至溶液；而对酸体系脱硅，现有方法难以将硅含量降至10μ g/L以下，这必将影响产品的应用，例如二氧化钛及氧氯化锆硅含量较高时难以在高端领域获得应用。
[0004]目前关于硅溶胶的制备工艺，主要集中在提高硅溶胶浓度，调高硅溶胶稳定性，提高硅溶胶吸附能力等方面，而关于其在酸体系中脱硅的工业应用还未见报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种利用硅溶胶在酸性液体中深度脱硅的方法，该方法可以广泛的应用于无机物加工领域，如钛白粉、氧氯化锆的生产中。该方法包括了硅溶胶的制备及表征方法，并将这种硅溶胶和絮凝剂混合使用，达到脱硅目的。
[0006]本发明公开的方法包括:
[0007]I)可溶性硅酸盐的水溶液与酸反应，得到硅溶胶。
[0008]本步骤中可溶性硅酸盐，优选硅酸钠、硅酸钾或两者的混合物，之后加入酸调节pH值，静置熟化得到溶胶态的硅溶胶，此硅溶胶的粘度应当满足0.6~10.0mm2/S，该溶胶可以用作晶种用于含硅液体中硅的去处。
[0009]优选的，所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾固体或其水溶液，或者前述物质中两种或两种以上的混合物。
[0010]优选的，所述硅溶胶的粘度为0.6~10.0mm2/s。硅溶胶产品的粘度对于实现本发明非常重要。在反应过程中，其粘度的变化趋势为:第一阶段溶液区，其特点为粘度缓慢增大，体系为透明溶液；第二阶段为亚稳态溶胶区，其特点为溶液粘度增大速度明显加快;第三阶段溶液为凝胶区。
[0011]优选的，步骤为:将可溶性硅酸盐，溶解到水中形成硅酸盐溶液，得到浓度为2-20% (以H2SiO3计)的溶液，再加入酸调整pH，使pH为2.0-8.0，静置熟化一段时间，得到硅溶胶，并用粘度测定其粘度。
[0012]2)将硅溶胶加入至待处理的酸性含硅液体中反应，得到待絮凝液体；
[0013]优选的，所述硅溶胶 的粘度为在0.6-10.0mm2/s。
[0014]优选的，步骤2)反应温度为30_90°C。[0015]更优选的，该步骤包括在此温度下保温搅拌2~12h。
[0016]3)向待絮凝液体中加入阳离子絮凝剂进行絮凝，之后进行沉降、固液分离，得到脱娃后的溶液。
[0017]优选的，步骤3)还包括:在向液体中加入阳离子絮凝剂前，将液体35_85°C保温2 ~12h。
[0018]优选的，阳离子絮凝剂为聚丙烯酰胺类或季铵盐类絮凝剂。
[0019]优选的，步骤3)中絮凝时间为0.5_72h。
[0020]更优选的，步骤3)絮凝后的反应体系沉降lh-10d。
[0021]本发明以可溶性硅酸盐，优选硅酸钠或者水玻璃，作为原料，制备出硅溶胶，并将其作为活性除硅剂应用在酸性体系中，实现硅的脱除，可将硅含量降至0.001%以下，甚至降到O ;而且本发明操作简单，成本低，简单易行。
【具体实施方式】
[0022]实例I
[0023]取4.5g硅酸钠固体，溶解在IOOmL水中，配成4.5%的硅酸钠溶液，用12%盐酸中和酸化硅酸钠溶液，使pH=6.0，此时硅酸钠经过中和后主要的产物为硅酸。将上述硅酸溶液静置一段时间，在静置过程中测定该溶液的粘度变化。约2h以后溶液的粘度增大到10.0mm2/s，得到硅溶胶。此时将上述硅溶胶30mL加入到300mL钛液中。该钛液为强酸体系，硫酸浓度约为400g/L。加入后60°C保温约2h，之后加入阳离子型聚丙烯酰胺类絮凝剂，保温絮凝3h，沉降约24h后， 过滤。取过滤后的溶液水解，测定其固相水解物中的硅含量，发现其硅含量低于0.001%(以Si02)。而未添加硅溶胶，直接加入阳离子型聚丙烯酰胺类絮凝剂的方法得到的产品中二氧化硅含量为0.8%。
[0024]实例2
[0025]取15mL水玻璃，溶解在IOOmL水中，配成硅酸钠溶液，用20%硫酸中和酸化上述溶液，使pH=4.5。将上述硅酸钠溶液静置一段时间，静置过程中，测定溶液的粘度变化。约5h后，溶液的粘度增大到1.6mm2/s，得到硅溶胶。此时，将上述硅溶胶加入到酸性钛液中，该钛液中硫酸含量为420g/L。加入后在60°C保温12h，之后加入阳离子型聚丙烯酰胺类絮凝剂，保温絮凝0.5h，沉降约5h后，过滤。将过滤后得到的溶液水解煅烧后发现，产物二氧化钛中的硅含量降低到0，而未添加硅溶胶，直接采取加入阳离子型聚丙烯酰胺类絮凝剂的方法，得到产品中二氧化硅含量为0.8%。
[0026]实例3
[0027]取15g硅酸钾固体，溶解在IOOmL水中，配成15%的硅酸钾溶液，用5%盐酸中和酸化硅酸钾溶液，使pH=3.5，此时硅酸钾经过中和后主要的产物为硅酸。将上述硅酸溶液静置一段时间，在静置过程中测定该溶液的粘度变化。约12h以后溶液的粘度增大到3.0mm2/s，得到硅溶胶。此时取上述溶胶IOmL加入到300mL钛液中。该钛液为酸性体系，硫酸浓度约为400g/L。加入后50°C保温约5h，之后加入阳离子型季铵盐类絮凝剂，保温絮凝lh，沉降约Ih后，过滤。取过滤后的溶液水解，测定其固相水解物中的硅含量，发现其硅含量为O(以Si02)。而未添加硅溶胶，直接采取阳离子型季铵盐类絮凝剂的方法，得到的产品中二氧化硅含量为0.8%。
【权利要求】
1.一种利用硅溶胶在酸体系中深度脱硅的方法，包括: 1)可溶性硅酸盐的水溶液与酸反应，得到硅溶胶； 2)将硅溶胶加入至待处理的酸性含硅液体中反应，得到待絮凝液体； 3)向待絮凝液体中加入絮凝剂进行絮凝，之后沉降、固液分离，得到脱硅后的溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可溶性硅酸盐包括硅酸钠、硅酸钾，或其混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所使用的硅溶胶的粘度为0.6 ~10.0mm2/s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤I)包括:配制可溶性硅酸盐的水溶液，该溶液以H2SiO3计质量浓度为2-20%，再加入酸调整pH，使pH为2.0-8.0，静置熟化。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)反应温度为30-90°C。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)还包括反应完成后，在反应温度下保温搅拌一段时间。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)还包括:在向待絮凝液体中加入絮凝剂前，将液体35-85°C保温2~12h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中絮凝时间为0.5-72h，絮凝完成后过滤。
9.根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，步骤3)絮凝后的反应体系沉降lh-10d。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述絮凝剂为阳离子絮凝剂，优选聚丙烯酰胺类或季铵盐类絮凝剂。
【文档编号】C01B33/142GK103739010SQ201410006640
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】薛天艳, 杨轩, 刘亚辉, 齐涛 申请人:中国科学院过程工程研究所