本发明涉及一种用于由包含结晶二氧化硅的草木灰生产硅酸盐、优选碱金属硅酸盐的方法。该方法包括在添加剂存在下使所述草木灰与碱反应，该添加剂是包含多价阴离子的盐。本发明还涉及一种能够由所述方法获得的硅酸盐以及一种用于由所述硅酸盐制备沉淀二氧化硅的方法。本发明还涉及一种待用于所述方法的反应混合物。
背景技术：
1、二氧化硅(silicon dioxide，sio2)，也称为二氧化硅(silica)，是自然界中常见的硅化合物。天然存在的二氧化硅以无定形和结晶形式存在，如方石英、鳞石英和石英，后者是砂子的主要成分。
2、石英砂经常用于生产硅酸盐(特别是硅酸钠)，该硅酸盐可以例如通过用强碱如氢氧化钠或氢氧化钾水热处理石英砂，或通过在约1400℃-1500℃的高温下将石英砂与碳酸钠熔融来获得。
3、硅酸钠通常用作用于制备沉淀二氧化硅的原料，沉淀二氧化硅是呈无定形形式的合成二氧化硅的一种形式。
4、硅酸盐和沉淀二氧化硅都是用途广泛的材料，在从建筑到洗涤剂、轮胎、粘合剂、食品和制药工业的最多样化的技术领域具有多种应用，并且它们的全球需求不断增加。
5、然而，上述方法的主要缺点是，用作原材料的砂子在人类时间尺度上不是可再生资源，因为它的补充是通过地质时期的岩石侵蚀和风化过程来实现的。
6、此外，前述通过砂熔融制造二氧化硅的常规方法由于需要将反应物加热至高温而需要高能量消耗。
7、因此，显然仍然需要找到一种不仅在环境上更可持续、而且具有成本效益的用于生产硅酸盐和二氧化硅的方法。
8、可以设想一种可能的可再生来源是衍生自植物燃烧的灰烬，并且特别是衍生自富含二氧化硅的植物和/或其部分(如稻壳)燃烧的草木灰。
9、稻壳是碾米工业的农业残留物，并且在稻生产国大量存在。燃烧后，约20％的稻壳重量转化为灰烬，该灰烬除了包含微量的碳杂质和各种金属外，还包含最高达97wt.％的二氧化硅。灰烬中所含的部分二氧化硅呈结晶形式，并且主要结晶相典型地是方石英。
10、类似地，特别富含二氧化硅的其他草木灰是衍生自树木和/或甘蔗燃烧、特别是衍生自树木木材和/或甘蔗渣燃烧的那些。同样在这种情况下，灰烬除了包含碳和金属杂质之外，还可以包含最高达97wt.％的二氧化硅，并且灰烬中所含的这种二氧化硅的一部分呈结晶形式，其中主结晶相典型地是石英。
11、鉴于这些灰烬中含有大量二氧化硅及其本质上可再生的性质，已经做出了许多努力来尝试从它们中提取二氧化硅，因为这可能代表用于获得硅酸盐和沉淀二氧化硅的经济上可行的选择。这还可以解决稻壳的适当处置问题(如前面所提到的，稻壳是碾磨工业的废料)。
12、us2020/0399134描述了由燃烧的有机物质的灰烬(如稻壳灰烬)生产硅酸钠溶液的方法，该方法通过洗涤灰烬并在氢氧化钠存在下使经漂洗的灰烬进行反应以获得硅酸钠溶液。
13、相比之下，wo 2017/063901披露了通过使稻壳灰烬与硅酸盐前体反应来制备硅酸盐。此文献还描述了由由此生产的硅酸盐制备沉淀二氧化硅。
14、例如wo 2004/073600中也描述了由稻壳灰烬制备二氧化硅，该文献披露了用于制备沉淀二氧化硅的方法，该方法通过向通过对生物质灰烬(如稻壳灰烬)进行苛性消解(caustic digestion)而获得的硅酸盐溶液中添加酸。
15、使用草木灰作为起始材料(如稻壳灰烬、木材灰烬和/或甘蔗渣)的方法的关键性之一是，如前面所提到的，该灰烬包含具有结晶部分的二氧化硅。与当使灰烬在碱性条件下反应(例如碱性消解/苛性消解)时相对容易被侵蚀和溶解的无定形形式不同，结晶部分更难以溶解并且这些过程常常会导致二氧化硅转化率低或者需要升高的温度。与草木灰的使用相关的另一个问题涉及这样的事实：由于灰烬是一种复杂的材料，因此通常难以获得容易与其余杂质分离的硅酸盐，因为这些杂质常常保持悬浮状态。
16、因此，仍然需要开发一种环境友好、具有成本效益且具有高产率的用于生产硅酸盐和沉淀二氧化硅的新颖方法。
技术实现思路
1、本发明涉及一种用于由草木灰生产硅酸盐、优选碱金属硅酸盐的方法，其中该方法包括使以下项反应的步骤(a)：
2、(i)由含二氧化硅的植物部分和/或植物的燃烧获得的草木灰，其中所述草木灰包含结晶二氧化硅；
3、与
4、(ii)碱，优选碱金属氢氧化物；
5、其中步骤(a)的反应在包含以下项的反应混合物中进行：
6、分散介质、优选水性分散介质，和添加剂，其中所述添加剂是包含多价阴离子的盐。
7、根据本发明的实施例，硅酸盐以液体形式作为硅酸盐溶液、优选硅酸盐水溶液获得，并且该方法进一步包括将在步骤(a)之后获得的硅酸盐溶液与衍生自灰烬的杂质分离的步骤(b)，这些杂质包含碳产物和金属。
8、根据本发明的另一个实施例，硅酸盐以固体形式作为固体硅酸盐获得，并且该方法进一步包括在所述步骤(b)之后将步骤(b)之后获得的硅酸盐溶液干燥以便获得呈固体形式的硅酸盐的步骤(c)。
9、此外，本发明涉及一种硅酸盐、优选碱金属硅酸盐，其能够通过包括步骤(b)的方法以液体形式作为硅酸盐溶液获得，或者通过包括步骤(c)的方法以固体形式作为固体硅酸盐获得。
10、此外，本发明涉及一种用于制备沉淀二氧化硅的方法，该方法包括以下步骤：
11、(i)生产硅酸盐溶液，这通过包括步骤(b)的方法或者通过包括生产呈固体形式的硅酸盐(通过包括步骤(c)的方法)以及将该呈固体形式的硅酸盐再分散在分散介质、优选水性分散介质中的方法来实现，以及
12、(ii)使如此生产的硅酸盐溶液和可选另外的除如此生产的硅酸盐溶液以外的硅酸盐溶液、naoh和/或次要二氧化硅来源与酸化剂反应以实现二氧化硅的沉淀。
13、此外，本发明提供了一种用于由草木灰生产硅酸盐、优选碱金属硅酸盐和/或用于通过上文定义的方法制备沉淀二氧化硅的新反应混合物，该反应混合物包含：
14、(i)由含二氧化硅的植物部分和/或植物的燃烧获得的草木灰，其中所述草木灰包含结晶二氧化硅；
15、(ii)碱，优选碱金属氢氧化物；
16、(iii)分散介质，优选水性分散介质，和
17、(iv)添加剂，其中所述添加剂是包含多价阴离子的盐。
18、本发明通过提供一种用于由草木灰生产硅酸盐和沉淀二氧化硅的方法解决了现有技术的前面提到的问题，该方法允许改善灰烬中所含二氧化硅(无论是呈无定形形式还是呈结晶形式)的溶解，且尤其是所述二氧化硅的结晶部分的溶解。
19、与无定形形式相比，结晶二氧化硅更难溶解，并且在灰烬与碱反应的正常碱性消解过程中，除非采用更高的温度和/或更长的反应时间，否则结晶二氧化硅仅部分溶解或根本不溶解。为了解决这个问题，诸位发明人进行了多次实验，并且出人意料地发现，在本发明的反应混合物中添加剂(其是包含多价阴离子的盐)的存在不仅允许改善草木灰中所含二氧化硅的无定形部分的溶解，而且允许改善草木灰中所含二氧化硅的结晶部分的溶解。
20、另外，本发明是特别有利的，因为它允许获得可与衍生自灰烬的杂质有效地分离的硅酸盐溶液，从而获得期望的产率和纯度。此外，本发明允许减少方法结束时所得废物(碳饼)中的结晶二氧化硅含量，从而减少潜在危险的废物(如果干燥的话)。
21、此外，根据本发明的用于生产硅酸盐的方法和用于生产沉淀二氧化硅的方法不仅由于它们采用草木灰(其是可再生来源)而是环境友好的，而且由于可以在不影响总产率的情况下使用较低的温度而在经济上也是有利的。