硅酸钠的制备方法

[db:作者] / 2023-01-11 00:00

硅酸钠

[物化性质]又名水玻璃，泡花碱，为无色、淡黄色或青灰色透明的黏稠液体。溶于水呈碱性，遇酸分解而析出硅酸的胶质沉淀，属于玻璃体物质，无固定熔点，水处理用一般模数为2.5～3.0。

[制备方法](1)传统生产方法

硅酸钠的传统生产方法分为干法、湿法和芒硝法三种。

①干法制备方法

a.纯碱法将纯碱和硅粉按比例混合后，在1300～1400℃下煅烧，熔融出来的物料经冷却变成固体。然后再经溶解、澄清与浓缩，得到不同规格的液体硅酸钠产品。该法的主要优点是可制得模数为0.5～4.0的系列产品，尤其是模数2.5以上的产品均用该法生产；该法的缺点是对燃料的要求较高，需用优质煤、煤气或重油。反应方程式为：

Na2CO4+SiO2→Na2SiO4+CO2↑

b.天然碱法天然碱、硅砂、煤粉按比例混合，融熔反应制得。

②湿法制备方法(液相法)该法以液体烧碱代替纯碱，且对煤质的要求低，所以生产成本比固相法低。生产同一牌号的产品，液相法的生产成本仅为固相法的1/3左右。该法的缺点是不能生产高模数的硅酸钠品种，且硅粉的单程转化率较低，仅为70%～80%。反应方程式为：

2NaOH+SiO2→Na2SiO4+H2O

③芒硝法该法是用煤粉和芒硝取代纯碱。主要优点是工艺流程简单，对原料要求不苛刻，工业粗制芒硝和副产品芒硝均可使用。缺点是芒硝熔点较高，达884℃(纯碱为851℃)，需要提高熔制温度，熔融时有二氧化硫气体产生，增加了对窑炉的腐蚀。

(2)制备实例

①稻壳灰与碱液反应制备硅酸钠

稻壳灰与碱液反应制备硅酸钠的工艺流程如图6-8所示。

图6-8 稻壳灰与碱液反应制备硅酸钠的工艺流程

反应方程式为：

nSO2(s)+2NaOH(l)→Na2O·nSiO2+H2O

对稻壳灰制备硅酸盐各影响因素的实验研究表明，常压下由稻壳灰制备的硅酸盐的最佳工艺条件为：物料比10：2，反应温度140℃，反应时间6h。制备的硅酸钠模数可以达到2.9，溶出率56.73%。在压力0.6MPa下最佳工艺为物料比10：2，反应时间4h，得到的硅酸钠模数为2.77，溶出率62.03%。两者均达到GB4209-1996优等品指标。

常压最优条件下得到的硅酸钠产品较压力最优条件下得到产品模数高，但其耗时长。加压条件下可以缩短用时，但是加压条件对仪器设备有一定的要求，操作难度较大，且得到产品的模数不如常压常时的产品。在实际生产中可以根据生产需要选用不同的工艺条件。

②蛋白土为原料制备硅酸钠

蛋白土是一种无定形的硅质矿产，其主要化学成分是SiO2·H2O。用蛋白土制备硅酸钠的试验流程为：蛋白土→粉碎(至200目)→烧碱碱溶→固液分离→蒸发浓缩(碱渣另作处理)→硅酸钠。由于蛋白土中所含的SiO2为无定型结构，故碱溶条件较温和，反应可在常压及100℃左右的条件下进行。其化学反应如下：

SiO2·nH2O+2NaOH→Na2O·mSiO2+(n+1)H2O

式中，m为硅钠比，即硅酸钠的模数。

具体的试验过程为：将蛋白土粉碎(200目)，置马弗炉中650℃煅烧30min，煅烧后的蛋白土和氢氧化钠溶液放在恒温水浴锅里加热，加热过程中不断搅拌，一段时间后将混合溶液用真空泵过滤，除去滤渣所得滤液即为硅酸钠溶液。工艺条件：投料比(蛋白土：水)=1：(0.3～0.35)：(3～4)；反应(碱溶)时间75min；反应温度100℃。

利用蛋白土制备硅酸钠的实验，具有工艺简单、能耗低、生产成本低的特点。应用到生产实践，可取得较高的经济效益，且生产过程的废渣和废水，不含限制排放的物质，pH值也在可直接排放的范围内，对环境不会产生污染。

③硅藻土为原料制备硅酸钠

在制备硅酸钠前，先将硅藻土过40目筛，置马弗炉中700℃煅烧30min。煅烧使硅藻土中的FeO转化为Fe2O3，去除有机质。通过试验，硅藻土煅烧后的失重率为3.93%，煅烧后硅藻土中SiO2含量83.68%。用煅烧后的硅藻土加碱溶液进行碱溶。工艺条件为：反应时间75min，碱量：硅藻土量为0.31：1，液固比为2.5。

④煤矸石制备硅酸钠

煤矸石主要成分是硅、铝、铁等元素，将酸处理后的煤矸石渣经水洗至近中性并晒干。称取一定量煤矸石与一定浓度、体积的氢氧化钠溶液混合于三颈烧瓶中，浸泡一定时间，加热、搅拌、回流，保持微沸一定时间后，趁热抽滤，再将滤液水浴蒸发待液体成为黏稠状，冷却后即得硅酸钠。

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