專利名稱：一種含氟硅膠制備硅酸鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)涉及一種生產(chǎn)硅酸鈉的方法。
背景技術(shù)：
硅酸鈉是一種用途十分廣泛的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，硅酸鈉的生產(chǎn)方法分為干法和濕法兩種，其中干法根據(jù)原料不同分為碳酸鈉法和疏酸鈉法，即用石英砂和碳酸鈉或硫酸鈉在融爐中反應(yīng)，其特點(diǎn)是根據(jù)需要可制備不同模
數(shù)的硅酸鈉產(chǎn)品，但耗能較大；濕法是將氬氧化鈉溶液和二氧化硅在高溫下反應(yīng)，雖然能耗低于干法，但制備的硅酸鈉模數(shù)較低， 一般在2.8以下。中國(guó)專利公開號(hào)CN1342603公開了 "一種硅酸鈉的生產(chǎn)方法"，采用含鋁量0.5 % ~ 0.7 %的天然石英砂與純堿按重量配比1.70 ~ 2.09 : 1的比例(按重量百分比)混合，攪拌均勻，投入窯爐中，在1250。C 1500。C的高溫下，熔融反應(yīng)30-50小時(shí)后出料。中國(guó)專利公開號(hào)CN1044634公開了一種"熱液生產(chǎn)高硅鈉比硅酸鈉溶液的方法"是用結(jié)晶二氧化硅與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，熱液生產(chǎn)高Si02對(duì)Na20摩爾比的硅酸鈉溶液的方法，其特征在于，于1100°C 其熔點(diǎn)的溫度老化石英作為結(jié)晶二氧化硅，再用它與濃度為10-50%的氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，反應(yīng)在150-300。C的密閉容器內(nèi)于與此溫度相應(yīng)的飽和水蒸汽壓的壓力下進(jìn)行。中國(guó)專利公開號(hào)CN101279738 "利用一步法液相反應(yīng)制備液態(tài)硅酸鈉的方法"是將石英砂和液堿以Si02 : NaOH摩爾比2.2-3.4 : 1混合，攪拌狀態(tài)下將該混合物泵送至已開攪拌的液相反應(yīng)鍋中，直接通入蒸汽加熱，待鍋內(nèi)壓力達(dá)到0.65-0.75Mpa,充分反應(yīng)4-6小時(shí)，降壓，進(jìn)行真空抽濾，濾液即為高純度液態(tài)硅酸鈉。太原化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司磷肥廠宋方華等人，在"硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，，雜志(2000年第5期)發(fā)表了 "含氟硅膠制水玻璃"的文章，文中對(duì)磷肥生產(chǎn)中的含氟硅膠制備水玻璃進(jìn)行了研究，提出利用過(guò)磷酸鈣生產(chǎn)中氟吸收系統(tǒng)產(chǎn)生的含氟硅膠濕法生產(chǎn)水玻璃，工藝條件為反應(yīng)溫度160。C、反應(yīng)壓力0.7-0.8Mpa。根據(jù)該文硅膠實(shí)際用量過(guò)量20%計(jì)算，二氧化硅的利用率約為83%。上述專利和文獻(xiàn)中硅酸鈉的原料分別采用石英和普鈣廢硅膠，反應(yīng)條件較苛刻，能耗較高。
磷肥工業(yè)生產(chǎn)中副產(chǎn)大量的氟硅酸，以氟硅酸為原料制備無(wú)水氟化氫，回收了大部分氟，但副產(chǎn)含氟硅膠。這種硅膠含氟(F)量高達(dá)12。/。左右。它活性差，在常壓或加壓條件下，和NaOH溶液反應(yīng)困難，同時(shí)由于含大量氟，根據(jù)前述的各種方法難于制得符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，而且氟也難于回收處理，它不能直接作為制備硅酸鈉的原料。含氟硅膠因含大量氟既不能作為橡膠或其它領(lǐng)域的填料，堆放又會(huì)造成環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝條件溫和、生產(chǎn)成本低、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)且氟和二氧化硅都得到回收利用的含氟硅膠制備硅酸鈉的方法。
本發(fā)明的含氟硅膠制備硅酸鈉的方法，包括下述步驟一種含氟硅膠制備硅酸鈉的方法，包括下述步驟
(1) 含氟硅膠溶解在帶攪拌及加熱裝置的第一溶解釜中，連續(xù)加入含氟硅膠和氟化銨溶液，氟化銨和含氟硅膠(以Si02計(jì))摩爾比為理論用量的1.5-2.5倍；料漿溢流至帶攪拌及加熱裝置的第二溶解釜，第一溶解釜及第二溶解釜內(nèi)料漿保持沸騰，總停留時(shí)間1-2小時(shí)；
(2) 活性二氧化硅制備第二溶解釜內(nèi)氟硅酸銨溶液直接溢流至帶冷卻夾套的第一沉淀釜，溶解過(guò)程中從第一溶解釜及第二溶解蒼放出的、經(jīng)冷凝器冷凝除水的氨也通入第一沉淀釜，沉淀釜料漿溫度控制40-60°C,第一沉淀蒼料漿溢流至第二沉淀釜，并補(bǔ)加氨以控制沉淀料漿pH值為9-10,溫度控制40-50°C;沉淀生成的活性二氧化硅料漿流入陳化槽陳化1-2小時(shí)，然后過(guò)濾，從濾液中分出由含氟硅膠中的氟所生成的氟化銨濾液；濾餅進(jìn)行六次逆流洗滌，其余濾液和一洗液合并打入氟化銨溶液高位槽，計(jì)量后送入第一溶解釜，用于含氟硅膠的下一次連續(xù)溶解，第二至六次的洗液分別收集于相應(yīng)的儲(chǔ)槽中，用于下一次的第一至五次洗滌，第六次用清水，濾餅即為濕的活性二氧化硅；
(3) 硅酸鈉制備將濕的活性二氧化硅直接加入堿溶槽，根據(jù)產(chǎn)品硅酸鈉模數(shù)要求加入計(jì)量的氫氧化鈉和水，水的重量為氫氧化鈉的1.5-2.5倍，
加熱溶解，溶液保持沸騰，料漿變清后加入活性二氧化硅重量(以Si02計(jì))
0.05-0.1%左右的活性炭，反應(yīng)15分鐘過(guò)濾，濾液經(jīng)濃縮槽濃縮到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度，即得到模數(shù)2.2-3.6的硅酸鈉產(chǎn)品。
上述的含氟硅膠制備硅酸鈉的方法，其中第(2)步從濾液中分出氟化銨溶液，經(jīng)濃縮、冷卻結(jié)晶、離心才幾過(guò)濾、氣流干燥制得氟化銨產(chǎn)品。
上述的含氟硅膠制備硅酸鈉的方法，其中含氟硅膠中Si02含量20-40°/。， F-含量8-120/。。
上述的含氟硅膠制備硅酸鈉的方法，其中氟化銨溶液的重量濃度為20-30%。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的相比，從以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明將氟硅酸制取無(wú)水氟化氫副產(chǎn)的含氟硅膠溶于氟化銨溶液，反應(yīng)生成氟硅酸銨溶液和放出氨氣；放出的氨氣通入氟硅酸銨溶液中，沉淀出活性二氧化硅?；钚远豕栌脷溲趸c溶解，活性炭除雜，制備不同規(guī)格的硅酸鈉產(chǎn)品。
反應(yīng)方考呈式如下
46歸+ Si02 ^~~(NH4)2SiF6 + 4NH3 T + 2H20 (1)
2Na0H + nSi02 -^ Na20 . n Si02 + H20 (2)
本發(fā)明的含氟硅膠中的二氧化硅全部得以利用。含氟硅膠中夾帶的氟， 在沉淀活性二氧化硅的同時(shí)生成氟化銨，氟以氟化銨副產(chǎn)品的形式得到利 用。除第一次投料需外加氟化銨和含氟硅膠反應(yīng)以制取氟硅酸銨外，以后 溶解反應(yīng)所需的氟化銨均在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，不需補(bǔ)充新的氟化銨。溶解過(guò)程 放出的氨，用于和氟硅酸銨溶液反應(yīng)沉淀活性二氧化硅。本發(fā)明將溶解過(guò) 程放出的氨直接用于沉淀反應(yīng)，省略了氨回收的工藝過(guò)程。系統(tǒng)一_§^行， 在產(chǎn)出硅酸鈉和氟化銨兩種產(chǎn)品時(shí)，新補(bǔ)充的原料僅是氣氨和氫氧化鈉， 補(bǔ)充的氣氨主要用于含氟硅膠中的氟生成氟化銨所耗氨。由于沉淀出的二 氧化硅反應(yīng)活性好，當(dāng)利用它生產(chǎn)硅酸鈉時(shí)，與氫氧化鈉在常壓堿溶設(shè)備 中通過(guò)加熱就能完成，反應(yīng)條件溫和、能耗低，制備的珪酸鈉質(zhì)量好，符 合GB/T4209-2008國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明工藝原材料消耗少、成本低，在制備 出優(yōu)質(zhì)硅酸鈉產(chǎn)品的同時(shí)，解決了氨和氟的回收利用問(wèn)題，避免了環(huán)境的 污染。
以下通過(guò)具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的有益效果。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
(1) 含氟硅膠溶解在帶攪拌及加熱裝置的第一溶解釜中，連續(xù)加入 含氟硅膠(Si02含量20。/。， F含量8.0。/。， 650kg/h)和氟化銨溶液(重量濃 度30%, 2360kg/h);料漿溢流至帶攪拌及加熱裝置的第二溶解釜，第一溶 解釜及第二溶解釜內(nèi)料漿保持沸騰，總停留時(shí)間2小時(shí)；
(2) 活性二氧化硅制備第二溶解釜內(nèi)的氟硅酸銨溶液直接溢流至帶 冷卻夾套的第 一沉淀釜，溶解過(guò)程中從第 一溶解釜及第二溶解釜放出的、 經(jīng)冷凝器冷凝除水的氨也通入第一沉淀釜，沉淀薈料漿溫度控制50°C,第 一沉淀釜料漿溢流至第二沉淀釜，并補(bǔ)加氨以控制沉淀料漿pH值為9.5， 溫度控制45°C,沉淀反應(yīng)生成的活性二氧化硅料漿流入陳化槽陳化2小時(shí)， 然后過(guò)濾，從濾液中分出由含氟硅膠中的氟所生成的氟化銨濾液，用于制 取氟化銨；濾餅進(jìn)行六次逆流洗滌，其余濾液和一洗液合并打入氟化銨溶 液高位槽，計(jì)量后送入第一溶解釜，用于含氟硅膠的下一次連續(xù)溶解，第 二至六次的洗液分別收集于相應(yīng)的儲(chǔ)槽中，用于下一次的第一至五次洗滌， 第六次用清水，洗水用量330kg，濾餅即為濕的活性二氧化硅，其中Si02 含量33.3%,每小時(shí)可得到濕的活性二氧化硅產(chǎn)品390kg;
從濾液分出氟化銨溶液，經(jīng)濃縮、冷卻結(jié)晶、離心機(jī)過(guò)濾、氣流干燥 制得氟化銨，每小時(shí)可得到氟化銨產(chǎn)品105kg;
(3) 硅酸鈉制備將濕的活性二氧化硅270kg直接加入堿溶槽，加入 氬氧化鈉53.2kg和水100kg，加熱溶解，溶液保持沸騰，料漿變清后加入活性炭0.09kg,繼續(xù)反應(yīng)15分鐘后過(guò)濾，濾液經(jīng)濃縮槽濃縮到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度51.0Be,即得到石圭酸鈉產(chǎn)品300kg。經(jīng)分析產(chǎn)品中，Si02: 29.6%,Na20: 13.0%,模數(shù)2.35,其中鐵(Fe) 0.002% ,水不溶物0.004%,均遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)優(yōu)等品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例2:
(1) 含氟硅膠溶解在帶攪拌及加熱裝置的第一溶解釜中，連續(xù)加入含氟硅膠(Si02含量34.32%， F含量10.17%, 430kg/h)和氟化銨溶液(濃度30%, 4000kg/h);料漿溢流至帶攪拌及加熱裝置的第二溶解釜，第一溶解釜及第二溶解釜內(nèi)料漿保持沸騰，總停留時(shí)間1小時(shí)；
(2) 活性二氧化硅制備第二溶解釜內(nèi)氟硅酸銨溶液直接溢流至帶冷卻夾套的第一沉淀釜，溶解過(guò)程中從溶解爸放出的、經(jīng)冷凝器冷凝除水的氨也通入第一沉淀釜，沉淀蒼料漿溫度控制60°C,第一沉淀釜料漿溢流至第二沉淀釜，并補(bǔ)加氨氣以控制沉淀料漿pH值為10,溫度控制40。C;沉淀生成的活性二氧化硅料漿流入陳化槽陳化1小時(shí)，然后過(guò)濾，從濾液中分出由含氟硅膠中的氟所生成的氟化銨濾液，用于制取氟化銨；濾餅進(jìn)行六次逆流洗滌，其余濾液和一洗液合并打入氟化銨溶液高位槽，計(jì)量后送入第一溶解釜，用于含氟硅膠的下一次連續(xù)溶解，第二至六次的洗液分別收集于相應(yīng)的儲(chǔ)槽中，用于下一次的第一至五次洗滌，第六次用清水，洗水用量540kg,濾餅即為濕的活性二氧化硅，其中Si02含量33.3%,每小時(shí)可得到濕的活性二氧化硅產(chǎn)品443kg;
從濾液分出氟化銨溶液，經(jīng)濃縮、冷卻結(jié)晶、離心才幾過(guò)濾、氣流干燥制得氟化銨，每小時(shí)可得到氟化銨產(chǎn)品88.7kg;
(3) 硅酸鈉制備將濕的活性二氧化石圭270kg直接加入石咸溶槽，加入計(jì)量的氫氧化鈉35.7kg和水100kg，加熱溶解，溶液保持沸騰，料漿變清后加入活性炭0.07kg,繼續(xù)反應(yīng)15分鐘后過(guò)濾，濾液經(jīng)濃縮槽濃縮到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度36.0Be,即得到硅酸鈉產(chǎn)品325kg。經(jīng)分析產(chǎn)品中Si02: 27.5%， Na20: 7.9%,模數(shù)3.60。其中鐵(Fe) 0.003 % ,水不溶物0.003 % ，均遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)優(yōu)等品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例3:
(1) 含氟硅膠溶解在帶攪拌及加熱裝置的第一溶解釜中，連續(xù)加入含氟硅膠(Si02含量40°/。， F含量12%, 210kg/h)和氟化銨溶液(濃度20%，3700kg/h);料漿溢流至帶攪拌及加熱裝置的第二溶解釜，第一溶解釜及第二溶解釜內(nèi)料漿保持沸騰，總停留時(shí)間1.1小時(shí)；
(2) 活性二氧化硅制備第二溶解釜內(nèi)氟硅酸銨溶液直接溢流至帶冷卻夾套的第一沉淀釜，溶解過(guò)程中從溶解釜放出的、經(jīng)冷凝器冷凝除水的氨也通入第一沉淀釜，沉淀釜料漿溫度控制40。C,第一沉淀釜料漿溢流至第二沉淀釜，并補(bǔ)加氨氣以控制沉淀料漿pH值為9,溫度控制5(TC;沉淀 生成的活性二氧化硅料漿流入陳化槽陳化1.2小時(shí)，然后過(guò)濾，從濾液中分 出由含氟硅膠中的氟所生成的氟化銨濾液，用于制取氟化銨；濾餅進(jìn)行六 次逆流洗滌，其余濾液和一洗液合并打入氟化銨溶液高位槽，計(jì)量后送入 第一溶解釜，用于含氟硅膠的下一次連續(xù)溶解，第二至六次的洗液分別收 集于相應(yīng)的儲(chǔ)槽中，用于下一次的第一至五次洗滌，第六次用清水，洗水 用量540kg,濾餅即為濕的活性二氧化硅，其中Si02含量33.3%，每小時(shí) 可得到濕的活性二氧化硅產(chǎn)品252kg;
從濾液分出氟化銨溶液，經(jīng)濃縮、冷卻結(jié)晶、離心機(jī)過(guò)濾、氣流干燥 制得氟化銨，每小時(shí)可得到氟化銨產(chǎn)品51kg;
(3)硅酸鈉制備將活性二氧化硅270kg直接加入堿溶槽，加入計(jì)量 的氫氧化鈉35.7kg和水100kg,加熱溶解，溶液保持沸騰，屏漿變清后加 入活性炭0.045kg，繼續(xù)反應(yīng)15分鐘后過(guò)濾，濾液經(jīng)濃縮槽濃縮到國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定濃度36.0Be，即得到硅酸鈉產(chǎn)品327kg。經(jīng)分析產(chǎn)品中Si02: 27.5 %， Na20: 7.9%，模數(shù)3.60。其中鐵(Fe ) 0.003 % ，水不溶物0.003 % , 均遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)優(yōu)等品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式 上的限制，任何未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以 上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方 案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種含氟硅膠制備硅酸鈉的方法，包括下述步驟(1)含氟硅膠溶解在帶攪拌及加熱裝置的第一溶解釜中，連續(xù)加入含氟硅膠和氟化銨溶液，以SiO2計(jì)氟化銨和含氟硅膠摩爾比為理論用量的1.5-2.5倍；料漿溢流至帶攪拌及加熱裝置的第二溶解釜，第一溶解釜及第二溶解釜內(nèi)料漿保持沸騰，總停留時(shí)間1-2小時(shí)；(2)活性二氧化硅制備第二溶解釜內(nèi)氟硅酸銨溶液直接溢流至帶冷卻夾套的第一沉淀釜，溶解過(guò)程中從第一溶解釜及第二溶解釜放出的、經(jīng)冷凝器冷凝除水的氨也通入第一沉淀釜，沉淀釜料漿溫度控制40-60℃，第一沉淀釜料漿溢流至第二沉淀釜，并補(bǔ)加氨以控制沉淀料漿pH值為9-10，溫度控制40-50℃；沉淀生成的活性二氧化硅料漿流入陳化槽陳化1-2小時(shí)，然后過(guò)濾，從濾液中分出由含氟硅膠中的氟所生成的氟化銨濾液；濾餅進(jìn)行六次逆流洗滌，其余濾液和一洗液合并打入氟化銨溶液高位槽，計(jì)量后送入第一溶解釜，用于含氟硅膠的下一次連續(xù)溶解，第二至六次的洗液分別收集于相應(yīng)的儲(chǔ)槽中，用于下一次的第一至五次洗滌，第六次用清水，濾餅即為濕的活性二氧化硅；(3)硅酸鈉制備將濕的活性二氧化硅直接加入堿溶槽，根據(jù)產(chǎn)品硅酸鈉模數(shù)要求加入計(jì)量的氫氧化鈉和水，水的重量為氫氧化鈉的1.5-2.5倍，加熱溶解，溶液保持沸騰，料漿變清后加入以SiO2計(jì)活性二氧化硅重量0.05-0.1％的活性炭，反應(yīng)15分鐘過(guò)濾，濾液經(jīng)濃縮槽濃縮到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度，即得到模數(shù)2.2-3.6的硅酸鈉產(chǎn)品。
2、 如權(quán)利要求1所述的含氟硅膠制備硅酸鈉的方法，其中第(2) 步從濾液中分出的氟化銨溶液，經(jīng)濃縮、冷卻結(jié)晶、離心機(jī)過(guò)濾、氣流干 燥制得氟化銨產(chǎn)品。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的含氟珪膠制備珪酸鈉的方法，其中含氟 硅膠中Si02含量20-40%，卩含量8-12% 。
4、 如權(quán)利要求3所述的含氟硅膠制備硅酸鈉的方法，其中氟化銨溶 液的重量濃度為20-30%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含氟硅膠制備硅酸鈉的方法，由含氟硅膠溶解和氨化沉淀，制取活性二氧化硅；將活性二氧化硅直接加入堿溶槽，加入計(jì)量的氫氧化鈉和水，加熱溶解，料漿變清后加入活性二氧化硅重量(以SiO₂計(jì))0.05-0.1％的活性炭，反應(yīng)15分鐘過(guò)濾，濾液經(jīng)濃縮槽濃縮到規(guī)定濃度，即得到模數(shù)2.2-3.6的硅酸鈉產(chǎn)品。本發(fā)明工藝條件溫和、生產(chǎn)成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，而且氟和二氧化硅都得到回收利用。
文檔編號(hào)C01B33/32GK101462732SQ200910102418
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者馮勝波, 劉松林, 白瑞瑜, 陸鳳英, 駱吉林 申請(qǐng)人:甕福(集團(tuán))有限責(zé)任公司;浙江天成工程設(shè)計(jì)有限公司