硅酸钠的溶解和过滤

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1、●生产技术创新●硅酸钠的溶解和过滤张福顺(青岛东岳泡花碱有限公司青岛266041)摘要：硅酸钠是一种可溶性硅酸盐，俗称水玻璃。商品名泡花碱。硅酸钠是一种重要的无机化工原料，除用作洗涤剂和粘结剂成分之外，还是制造硅胶、分子筛、硅溶胶、白炭黑等精细化工产品的重要原料，其用途十分广泛．在国民经济中有着重要作用。硅酸钠有固体和液体两种。其规格、型号较多。可按市场的需求划分。而在工业生产中广泛应用的是液体品种。1硅酸钠生产方法硅酸钠问世至今已有300多年的历史，它的工业生产方法分干法(固相法)和湿法(液相法)两种。目

2、前，国内广泛采用的是干法生产。干法生产中。纯碱固相法应用较为广泛。该工艺是将石英砂和纯碱在工业窑炉中于1300—1400"C高温下进行固相熔融反应。制成固相玻璃体硅酸钠。也可以用Na2s04代替纯碱来生产，是将石英砂、硫酸钠和煤粉(还原剂)以适当的比例混合后在窑炉中1300'12左右的高温下完成。这种方法可节约紧俏商品纯碱，降低生产成本，有一定的经济效益和社会效益。但生产中控制严格．否则炉内生成“硝水”，容易发生事故，而且也影响产品质量，对窑炉的腐蚀很严重，烟气中的SO：还严重污染环境，这些是该工艺的不足之

3、处。湿法生成硅酸钠的工艺简单，是以烧碱和石英砂为原料，在高压反应釜中180。C下反应一段时间，得到硅酸钠溶液。与干法相比，湿法最大的优点是节能；但湿法仅适用于模数小于3．0以下的硅酸钠生产，并且反应结束后生料较多，给后处理带来困难。2硅酸钠的溶解2．1固体硅酸钠的结构作者简介：张福顺青岛东岳泡花碱有限公司研究中心主任高级工程师4结论1．通过影响硅溶胶的单因素实验，我们发现硅溶胶的粘度、密度随着反应温度的升高和反应时间的延长而增大，pH值随着反应温度的升高和反应时间的延长而降低；同时总结出催化剂水玻璃的用量和

4、原料水的用量变化时，硅溶胶的质量分数、粘度的变化规律。2．通过正交实验设计，用【峥(34)正交表安排实验。对正交设计的直观图和极差进行分析，得出了各因素对硅溶胶质量分数的影响次序以及最佳制备条件；各因素的影响次序由大到小为：时间、水的用量、温度、水玻璃的用量；最佳制备条件为：时间：7h．温度：80℃，水玻璃：水：硅粉=l：20：3(质量比)。3．探索了制备硅溶胶的新工艺，通过控制反应条件可以制备出质量分数较高(27％左右)。粘度较低(3—5mPa．s)，稳定性较好的硅溶胶。参考文献：1-殷馨，戴媛静．硅溶胶

5、的性质、制法及应用[J】，化学推进剂与高分子材料，2005，3(6)。2．姜德源，刘继红等．硅粉溶解法制备硅溶胶的新工艺[J]，哈尔滨师范大自然科学学报，1998，14(1)：16—19。3．庞金兴，张超灿等．硅单质法制备纳米SiO：及其分散稳定性研究[J]。华中科技大学学报(自然科学版)。2002，30(8)：104—106。4．李永伦，王力．用金属硅粉制备硅溶胶的新工艺[J]，天津化工，2004：18(3)：26—27。5．戴安邦，江龙．硅酸及其盐的研究[J】，化学学报，1956。23：90—99。19

6、●中国无机盐(专TU)●全国无机硅化物2006年会论文集干法生产出来的硅酸钠是无色透明或略显蓝色的玻璃体。x一射线衍射法研究表明，这种玻璃体的物质空间晶格中，各结构单元的排列不是完全有序的。也就是说，它可在—个宽广的温度范围内逐渐软化。没有固定的熔点。玻璃体硅酸钠是一种具有骨架配位结构的链状化合物。结构中的氧原子与硅原子相互结合，形成四面体三维结构，硅原子的配位数是4。钠以离子形态存在于结构中．它被六个氧原子包围，存在于硅氧四面体结构之外，与四面体没有结构上的联系，其取向是任意的“4。。2．2溶解特性玻璃体

7、硅酸钠很难溶于冷水，常压下能溶于热水，压力增加水温升高，固体硅酸钠的溶解速度加快。经研究表明．玻璃态固体硅酸钠的溶解速度随着模数(SiO：／Na20摩尔比)的减小而增大。在工业生产中，固体硅酸钠溶解后的固含量(Si02+NazO％重量百分比)一般为31-42％11]。固含量再增加。溶液的牯度很大，流动性极差。因此。固体硅酸钠在水中的溶解度受工作浓度的限制。由于固体硅酸钠上述这些特性，工业生产中采用直接蒸汽加压工艺进行溶解。2．3溶解机理固体硅酸钠在水中的溶解过程不同于普通电解质的溶解，是—个复杂的物理化学过

8、程。它的溶解过程大致可分为三个阶段：n水合溶解：固体硅酸钠与水接触后相互作用，在表面生成一种水合物。由于Na+以骨架配位形式存在于四面体网络之外，与硅氧四面体没有结构上的连接。因此克服这种配键所需的活化能较低，而SiO：之间化学键作用较强，所以№O比SiO：溶解速度快。Na+与水溶液中的H+发生离子交换作用，水溶液变成碱性，同时，固体表面形成一层硅醇烷基结构的表面层。b．水解解聚：形成的硅醇烷基表面层在碱性溶液的