[发明专利]一种利用脱硅碱液制备硅酸钠的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅酸钠的生产方法，特别涉及一种利用脱硅碱液制备硅酸钠的方法。

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SiO₂和Na₂O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。其中干法生产是将纯碱和石英砂按一定比例混合后在反射炉中加热至1400℃左右进行6～7小时熔融反应，生产熔融状硅酸钠，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缩器中浓缩至要求浓度即为硅酸钠产品，其优点是可根据应用需求制备出不同模数的硅酸钠，缺点是生产能耗偏大，污染重、生产成本高；湿法生产是以烧碱和石英砂，在温度为140～180℃，压力为0.35～1.0MPa的高压蒸锅内直接生成液体硅酸钠，其优点是避开了高温反应，但存在碱耗偏高、只能制备低模数硅酸钠的缺点。

无论湿法还是干法，这些方法的原料大多采用粉煤灰或者煤矸石等含铝原料。例如：CN1736863A公开了以煤矸石的一种——煤系高岭岩为主要原料，经过酸浸，酸浸渣分粗细两部分，然后碱溶生产聚合氯化铝和高模数液体硅酸钠的方法；CN1915829A公开了一种将煤矸石与浓度40～60％的硫酸在反应釜中反应生成硫酸铝溶液，将生成的硫酸铝溶液过滤、送入精制罐中，加入硫化钡除铁，将二氧化硅滤渣置于反应釜中与液碱在压力0.7～0.8Mpa、温度120℃～160℃反应3-5小时，过滤得液体硅酸钠的方法。这些现有技术的工艺都需要另加各种碱液来处理上一步酸浸的中间产物，不仅工艺繁琐，硅酸钠的生产成本也居高不下。

为了寻求最佳的经济性指标，降低硅酸钠生产成本，国内外对生产硅酸钠的新技术这一课题进行了广泛的研究，提出了多种生产方法。对于采用脱硅碱液制备硅酸钠的技术则没有相关专利报道和应用。

脱硅碱液是利用高铝粉煤灰、煤矸石、霞石、钾长石等含铝原料提取氧化铝预脱硅工序产出的中间产物，其主要成分为硅酸钠与氢氧化钠的混合物。目前工业上为了回收脱硅碱液中的碱，采用脱硅碱液加入石灰乳反应的方式回收其中的氢氧化钠，经蒸发浓缩后循环利用；采用上述方式处理脱硅碱液产生了大量的活性硅酸钙副产品，目前该副产品仍未在市场大范围推广，成为了制约含铝原料提取氧化铝项目发展的瓶颈问题。因此以脱硅碱液为原料制备高模数硅酸钠，是粉煤灰等含铝原料预脱硅工序中间产物高值化利用和减少硅产品二次污染的有效方式。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的不足，提供一种利用含铝原料预脱硅工序产出的中间产物——脱硅碱液，制备模数不同且其中二氧化硅浓度较高的硅酸钠的工艺方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种利用脱硅碱液制备硅酸钠的方法，该方法包括如下步骤：1)向50～100℃的脱硅碱液通入二氧化碳气体，至二氧化硅不再析出为止，然后依次进行过滤、洗涤、分离和干燥，得到二氧化硅滤饼；2)将二氧化硅滤饼再次与脱硅碱液在70～100℃混合搅拌后，过滤除渣得到模数为1.5～3.8的硅酸钠产品。

在本发明的一个实施方案中，步骤1)中脱硅碱液中的二氧化硅浓度为40～80g/L，氧化钠浓度为50～120g/L，偏铝酸钠浓度小于5g/L，碳酸钠浓度小于17.1g/L。

根据本发明的方法，首先向所得到的脱硅碱液中通入二氧化碳收取富集的二氧化硅，所述二氧化碳气可以是工业二氧化碳气或其它来源的工业排放气，只要其中所含二氧化碳能满足反应需要即可，气体通入量和反应时间根据气源中二氧化碳的含量确定。在本发明的一个实施方案中，步骤1)中二氧化碳气体可以为石灰窑尾气，其中的二氧化碳浓度为30～40％(体积浓度)。

根据本发明的方法，脱硅碱液可以选择不同的现有技术制备得到，其原料可以是富钾岩石，也可以是粉煤灰或煤矸石，导致脱硅碱液中不同组分的浓度会有差别。当这些不同的浓度组分组成的脱硅碱液与二氧化碳气体反应时，反应时间可以根据脱硅碱液中具体组分的浓度以及二氧化碳含量不同而灵活控制。一般来说，通入二氧化碳气体反应时间为0.5～2h。