硅酸钠的现行生产工艺
硅酸钠是一种极为重要的无机化工产品。它的用途非常广泛,几乎遍及国民经济各个部门。
其分子式为:Na2O·nSiO2。n称为模数,指SiO2和Na2O的摩尔比,一般为1.5~3.5 。
工业硅酸钠分为两类:液体硅酸钠和固体硅酸钠。液体硅酸钠呈无色透明、黄绿色、青灰色、或微红色,颜色不同源于不同杂质的影响。而固体硅酸钠是无色、略带颜色的半透明或透明块状玻璃体。液体硅酸钠主要用于制造黏结剂、填充料、化工原料、防腐剂和助剂等。
固体硅酸钠的主要用途是制造液体硅酸钠,因此固体硅酸钠是半成品。业内将液体硅酸钠称为水玻璃,将固体硅酸钠称为泡花碱。硅酸钠是钠水玻璃,此外还有钾水玻璃、钠钾水玻璃以及硅酸锂和硅酸季胺等新型水玻璃。土木工程中一般使用钠水玻璃,钾水玻璃(K2O·nSiO2)在工程技术要求较高时使用。模数越大,水玻璃的粘度越高,越难溶于水。不同模数的硅酸钠有着不同的用处。在土木工程中使用的硅酸钠模数一般为2.6~2.8,易溶于水而且强度又较高。
硅酸钠的生产方法有干法和湿法两种。本文介绍最常见的碳酸钠法,属于干法中的一种。其他方法由于污染太大实际上被国家明令禁止了。
碳酸钠法抽取硅酸钠的步骤。
根据所需产品的模数要求,将纯碱(Na2CO3)和粒径0.180~0.250 mm(60~80目)的石英砂(SiO2)按比例混合均匀送入马蹄焰窑炉,在1450-1500 ℃下熔融,高温熔融产物从窑炉出料口流出,通过模子上面的辊子压制成块或者水淬成颗粒。若需要生产液体产品则需再进行高温溶解或高温高压溶解,并经沉淀、浓缩制得液体水玻璃。其化学反应方程式:
Na2CO3+nSiO2→Na2O·nSiO2+CO2↑
即:纯碱+石英砂→混合→熔融→成型成固体泡花碱→经熔化→液体泡花碱,其中成型成固体泡花碱有2种工艺:一种是干法出料工艺,采用链板输送机作为成型设备,这种工艺产品不与水直接接触,产品品质高,水没受污染可循环使用;另一种则直接用冷水冷却熔融流出来的产品。这种工艺使用产品发生部分水解而影响品质,同时会污染冷却水,造成大量碱性废水。这种工艺实际上被明令禁止了(尽管很多中小型工厂仍在采用)。
以上2种成型工艺得到的都是固体产品,而固体Na2O·nSiO2是中间产品,在工业上没有具体使用价值,转化为液体Na2O·nSiO2则具有广泛的用途。转化为液体产品则须将块状硅酸钠进行化料。常用的化料方法主要有:常压蒸煮法和高压溶解法。
常压蒸煮法是指将块状硅酸钠产品放入容器中,加入热水进行蒸煮。此种方法由于在常压下进行,压力较低,硅酸钠溶解量较少,浓度偏低,不能达到液体产品的要求,因此还需蒸发其中一部分水分进行浓缩。
高压溶解法则可得到品质更高(模数3.5以上)的产品。
碳酸钠法制取硅酸钠的主要污染物是窑炉烟气,特别是使用黄磷尾气作为燃料的情形。烟气中含有大量的SO2和NOx,及颗粒物。一般从窑炉出来的烟气温度在250度左右,经过喷淋降温后需要经脱硫和除尘,甚至脱硝方可排放。这种烟气项目的难点在于水分含量较高,同时由于大量SO2和NOx存在使露点温度大大升高,导致湿式静电除尘器出来的白色烟羽往往无法得到有效消除。
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