阅读说明：本技术 硅酸钠的生产方法 (Process for producing sodium silicate ) 是由 蒋卫和 罗小沅 于 2019-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种硅酸钠的生产方法,该方法利用环己烷氧化法生产环己酮过程中产生的废碱溶液或己内酰胺精制过程中产生的浓缩液作为钠源,石英砂提供硅源,焚烧得到硅酸钠。避免了废碱液或浓缩液的焚烧处理过程中产生碳酸钠与硫酸钠等“危险废物”,变废为宝,减少了企业的环保治理成本,同时废碱液或浓缩液的焚烧提供了硅酸钠生产所需要的能量,从而减少了燃料的用量,进而达到降低硅酸钠生产成本、并降低能耗与二氧化碳排放,减少环境污染。(The invention provides a method for producing sodium silicate, which uses waste alkali solution produced in the process of producing cyclohexanone by a cyclohexane oxidation method or concentrated solution produced in the process of refining caprolactam as a sodium source, quartz sand provides a silicon source, and sodium silicate is obtained by burning. The method avoids the generation of dangerous wastes such as sodium carbonate and sodium sulfate in the incineration treatment process of the waste alkali liquor or the concentrated solution, changes waste into valuable, reduces the environmental protection treatment cost of enterprises, and simultaneously provides energy required by the production of sodium silicate by the incineration of the waste alkali liquor or the concentrated solution, thereby reducing the consumption of fuel, further reducing the production cost of the sodium silicate, reducing the energy consumption and the emission of carbon dioxide, and reducing the environmental pollution.)

硅酸钠的生产方法

技术领域

本发明涉及硅酸钠的生产领域，尤其涉及一种硅酸钠的生产方法。

背景技术

环己烷氧化法生产环己酮是生产己内酰胺的重要一环，但在生产过程中，选择性只有约85％，氧化副产物主要为二元羧酸、羟基羧酸、己内酯等物质，这些物质经过碱洗后形成含有大量羧酸钠、氢氧化钠的废液溶液(俗称“皂化液”)。同时，在己内酰胺的离子交换精制过程中，会产生一股含有己内酰胺、硫酸钠、硫酸铵、硝酸钠的水溶液(俗称“浓缩液”)。目前工业上针对上述废碱液及浓缩液的主要处理方法为混合焚烧法，以燃料油或天然气作为燃料，在高温下将废碱液及浓缩液经过焚烧转化为水蒸汽、二氧化碳、碳酸钠、硫酸钠；这种处理方法不仅需要耗费大量能源，焚烧过程中还产生大量二氧化碳，且最终产生的固体以碳酸钠和硫酸钠为主，由于这两种钠盐在水中溶解度几乎相近，无法有效进行分离，因此在工业上只能被作为“危险废物”进行填埋处理，带来了诸多的环境隐患，增加了己内酰胺企业的环保治理成本。

传统的硅酸钠生产过程为：先将煤粉、石英砂(二氧化硅)和碳酸钠混合后，经过高温焚烧，空气冷却后得到硅酸钠固体，反应方程式如下：

Na₂CO₃+SiO₂→Na₂O·SiO₂+CO₂↑

其中煤粉的主要功能为提供热量，碳酸钠提供钠源，石英砂提供硅源。该生产工艺需要耗费大量能源，同时燃料的燃烧会释放大量二氧化碳，造成环境污染。

发明内容

基于此，有必要提供一种硅酸钠的生产方法，该方法综合利用环己烷氧化法生产环己酮过程中产生的废液或己内酰胺精制过程中产生的废液来生产硅酸钠，能降低能耗与二氧化碳的排放，减少环境污染。

本发明的技术方案如下。

本发明提供了一种硅酸钠的生产方法，包括以下步骤：

提供钠源和硅源，钠源为环己烷氧化法生产环己酮过程中产生的废液或己内酰胺精制过程中产生的废液，硅源为石英砂；

将上述钠源、上述硅源和燃料混合焚烧，得到硅酸钠。

上述的生产方法中，还包括步骤：

测定上述钠源中Na元素的质量与上述硅源中Si元素的质量。

上述钠源中Na元素的质量与上述硅源中Si元素的质量之比为23:(12～16)。

上述钠源中Na元素的质量与上述硅源中Si元素的质量之比为23:14。

上述的生产方法中，还包括步骤：

测定上述钠源的热值与上述燃料的热值；

根据测定的上述钠源和上述燃料的热值，调节上述燃料的添加量将平均每千克上述钠源与上述燃料在上述焚烧时放出的热量控制在1000kcal～30000kcal。

上述钠源为环己烷氧化法生产环己酮过程中碱洗时产生的废碱溶液或己内酰胺精制过程中产生的浓缩液。

上述废碱溶液含有羧酸钠和氢氧化钠；上述浓缩液含有己内酰胺、硫酸钠、硫酸铵和硝酸钠。

上述燃料为天然气或燃料油。

上述焚烧在空气氛围中进行。

上述焚烧的条件为：1400℃～1700℃下焚烧2h～10h。

本发明的方法中，利用环己烷氧化法生产环己酮过程中产生的废液或或己内酰胺精制过程中产生的废液作为钠源，石英砂提供硅源，高温焚烧制备得到硅酸钠。其中，环己烷氧化法生产环己酮过程中碱洗时产生的废碱溶液的主要成分为羧酸钠，在高温焚烧处理时主要形成碳酸钠；己内酰胺精制过程中产生的浓缩液在高温焚烧处理时形成硫酸钠，与此同时，石英砂(二氧化硅)与形成的碳酸钠或硫酸钠在高温焚烧时生成硅酸钠。一方面，该方法中废液提供了生产硅酸钠所需要的钠源，避免传统的混合焚烧法中产生的碳酸钠与硫酸钠等“危险废物”，变废为宝，同时还减少了企业的环保治理成本，另一方面，废液的焚烧提供了生产硅酸钠所需要的能量，减少了燃料的使用，进而降低了硅酸钠生产成本、能耗与二氧化碳排放，减少了环境污染。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明的一实施方式提供了一种硅酸钠的生产方法，包括以下步骤S1-S2。

S1、提供钠源和硅源，钠源为环己烷氧化法生产环己酮过程中产生的废液或己内酰胺精制过程中产生的废液，硅源为石英砂；

在其中一个实施例中，钠源为环己烷氧化法生产环己酮过程中碱洗时产生的废碱溶液或己内酰胺精制过程中产生的浓缩液。进一步地，废碱溶液含有羧酸钠和氢氧化钠，浓缩液含有己内酰胺、硫酸钠、硫酸铵和硝酸钠。

环己烷氧化法生产环己酮过程中，后处理过程中经过碱洗后形成含有30％～90％的羧酸钠、10％～30％氢氧化钠的废碱水溶液；同时，在己内酰胺的离子交换精制过程中，会产生含有5％～15％己内酰胺、3％～6％硫酸钠、5％～15％硫酸铵和5％～15％硝酸钠的水溶液(俗称“浓缩液”)；目前工业上针对废碱液及浓缩液主要的处理方法为混合焚烧法，在含氧高温焚烧后主要形成的固相为碳酸钠，浓缩液在高温焚烧后主要形成的固相为硫酸钠，且最终产生的固体以碳酸钠和硫酸钠为主，由于这两种钠盐在水中溶解度几乎相近，无法有效进行分离，因此在工业上只能被作为“危险废物”填埋处理，不仅带来了诸多的环境隐患，也增加了己内酰胺企业的环保治理成本。

技术人员尝试从废碱液中回收二元羧酸，但是会产生新的含酸废水，且还有很大一部分羧酸无法回收，如何绿色高效地处理生产过程中产生的废液是本领域技术人员面临的极大挑战。

在其中一个实施例中，步骤S1还包括步骤S11。

S11、测定废液中Na元素的质量与石英砂中Si元素的质量。

为了能绿色高效地处理生产过程中产生的废液，经过大量研究分析发现：通过元素分析测定得到废液中Na元素的质量分数，与石英砂中Si元素的质量分数，然后计算得到需要处理的废液中所含的Na元素的质量，继而根据计算的结果调节石英砂的添加量，将加入的石英砂中Si元素的质量与需要处理的废液中所含的Na元素的质量控制在合适的比例，从而能最大程度回收废液中的钠离子，且充分利用石英砂。

可理解，废液中Na元素的质量与石英砂中Si元素的质量的测定也可以使用本领域内其它测定质量的方法。

在其中一个实施例中，废液中Na元素的质量与石英砂中Si元素的质量之比为23:(12～16)。

在其中一个实施例中，废液中Na元素的质量与石英砂中Si元素的质量之比为23:14。

在其中一个实施例中，步骤S1还包括步骤S12。

S21、测定钠源的热值与燃料的热值。

在其中一个实施例中，根据测定的钠源的热值和燃料的热值，调节燃料的添加量将平均每千克上述钠源与上述燃料在上述焚烧时放出的热量控制在1000kcal～30000kcal。

在其中一个实施例中，根据测定的钠源的热值和燃料的热值，调节燃料的添加量将平均每千克上述钠源与上述燃料在上述焚烧时放出的热量控制在10000kcal～30000kcal。

可理解，钠源的热值与燃料的热值可用量热仪测定，也可以使用本领域内其它测定热值的方法。

需要说明的是，上述热量的计算方法为：废液与燃料在焚烧时放出的总热量除以废液与燃料的总质量。

需要说明的是，步骤S21与步骤S11没有特定的先后顺序。

S2、将钠源、硅源和燃料混合焚烧，得到硅酸钠。

利用环己烷氧化法生产环己酮过程中产生的废液或或己内酰胺精制过程中产生的废液作为钠源，经过大量研究分析，通过调节燃料的添加量，使废液的焚烧时产生的热量恰好能满足硅酸钠生产所需要的能量，减少了燃料的使用，避免了能源的浪费，进而达到降低硅酸钠生产成本、并降低能耗与二氧化碳排放，减少环境污染。

与此同时，石英砂(二氧化硅)与废碱液或浓缩液产生的碳酸钠或硫酸钠在高温焚烧时生成硅酸钠。避免传统的混合焚烧法中产生的碳酸钠与硫酸钠等“危险废物”，变废为宝，降低了企业的环保治理成本。

在其中一个实施例中，燃料为天然气或燃料油。

在其中一个实施例中，焚烧在空气氛围中进行。

在其中一个实施例中，焚烧的条件为：1400℃～1700℃下焚烧2h～10h。

下面将结合具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于下述实施例，应当理解，所附权利要求概括了本发明的范围，在本发明构思的引导下本领域的技术人员应意识到，对本发明的各实施例所进行的一定的改变，都将被本发明的权利要求书的精神和范围所覆盖。

具体实施例

这里按照本发明硅酸钠的生产方法举例，但本发明并不局限于下述实施例。

实施例1

1)提供环己烷氧化法生产环己酮过程中碱洗时产生的废碱溶液、石英砂及燃料油，备用。

2)通过元素分析测得废碱溶液中Na元素的含量为8.3％、石英砂中Si元素的含量为46.1％；通过量热仪测得废碱溶液热值为1789kcal/kg、燃料油的热值为10980kcal/kg。

3)取1t废碱溶液、0.1095t石英砂混合，得到混合液，备用。

4)往步骤3)中制得的混合物中加入0.3615t燃料油，于焚烧炉中进行焚烧，在1410℃～1520℃下焚烧8h，冷却后得到0.221t硅酸钠固体，硅酸钠固体的纯度为98.4％。

其中，t代表单位：吨。

实施例2

1)提供环己烷氧化法生产环己酮过程中碱洗时产生的废碱溶液、石英砂及燃料油，备用。

2)通过元素分析测得废碱溶液中Na元素的含量为16.5％、石英砂中Si元素的含量为43.5％；通过量热仪测得废碱溶液热值为3421kcal/kg、燃料油的热值为10980kcal/kg。

3)取1t废碱溶液、0.1004t石英砂混合，得到混合液，备用。

4)往步骤3)中制得的混合物中加入0.4362t燃料油，于焚烧炉中进行焚烧，在1410℃～1520℃下焚烧8h，冷却后得到0.439t硅酸钠固体，硅酸钠固体的纯度为95.1％。

对比例1

按照传统的硅酸钠生产方法：将燃料油(热值10980kcal/kg)、石英砂(二氧化硅,Si元素的含量为46.1％)和碳酸钠混合后，经过高温焚烧，空气冷却后得到硅酸钠固体。

结果表明，生产0.221t硅酸钠固体需要耗费0.5244t燃料油、0.201t碳酸钠和0.107t石英砂。

上述结果表明，本发明的硅酸钠的生产方法中，通过综合利用环己烷氧化法生产环己酮过程中产生的废液或己内酰胺精制过程中产生的废液来生产硅酸钠，能降低能耗与二氧化碳的排放，减少环境污染。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。