阅读说明：本技术 一种利用硝酸钠制备硅酸钠的方法 (Method for preparing sodium silicate by using sodium nitrate ) 是由 徐红彬 唐海燕 刘宏辉 张红玲 裴丽丽 张懿 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种制备硅酸钠的方法,所述方法包括：将硝酸钠与硅原料混合,在加热条件下反应,反应结束后对固相进行处理得到硅酸钠产品,收集反应产生的气体并处理得到硝酸或硝酸盐副产品。所述方法通过调节硝酸钠与石英砂或其它含硅原料的比例可选择性制备不同模数的硅酸钠产品并副产稀硝酸或硝酸盐副产品。本方法也可应用于生产水玻璃或白炭黑。本发明所述的方法具有反应温度低、反应时间短、能耗低的特点,且工艺流程简单,产品纯度高,产生的气体可全部回收利用,具有较好的工业应用前景。(The present invention provides a method for preparing sodium silicate, comprising: mixing sodium nitrate and a silicon raw material, reacting under a heating condition, treating a solid phase after the reaction is finished to obtain a sodium silicate product, collecting gas generated by the reaction, and treating to obtain nitric acid or a nitrate byproduct. The method can selectively prepare sodium silicate products with different moduli and by-product dilute nitric acid or nitrate by adjusting the proportion of sodium nitrate and quartz sand or other silicon-containing raw materials. The method can also be applied to the production of water glass or white carbon black. The method has the characteristics of low reaction temperature, short reaction time and low energy consumption, and has the advantages of simple process flow, high product purity, capability of completely recycling the generated gas and better industrial application prospect.)

一种利用硝酸钠制备硅酸钠的方法

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，涉及一种制备硅酸钠的方法，尤其涉及一种利用硝酸钠制备硅酸钠的方法。

背景技术

硅酸钠俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其水溶液俗称为水玻璃。硅酸钠是一种用途广泛的化工原料，被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、硅溶胶等各种硅化合物产品，它是硅化合物的基本原料。

工业上硅酸钠的生产方法主要有干法和湿法两种。干法生产工艺是将石英砂和碳酸钠按一定比例混合后在反射炉中加热到1300-1400℃左右，生成熔融状硅酸钠，水淬或者干法成型后得到硅酸钠固体。湿法生产工艺是以石英岩粉和氢氧化钠为原料，在高压釜内加热反应生产水玻璃。这两种工艺都存在能耗高、原材料损耗大等缺陷。

由于碳酸钠的价格较高，人们又开发了以硫酸钠代替碳酸钠制备硅酸钠的方法。由于硫酸钠的分解温度较高，所以需要加入一定比例的碳或煤等还原剂，使硫酸钠还原为易与二氧化硅反应的亚硫酸钠。采用硫酸钠制备硅酸钠也存在一些问题，首先是生产过程中会产生未反应的熔融状态的硫酸钠(俗称硝水)，其渗透性极强，对设备腐蚀严重；其次是生产过程中硫酸钠还原分解后会产生大量的二氧化硫气体，该气体难以回收利用，存在较大的环境污染问题。

CN 102092734 A公开了一种制备硅酸钠液和莫来石耐火材料的方法，特别是涉及一种利用粉煤灰制备硅酸钠液和莫来石耐火材料的方法。该方法是以磁选除铁后的粉煤灰为原料，经高温高压NaOH碱溶脱硅得硅酸钠液和脱硅粉煤灰，水洗干燥后得低钠脱硅粉煤灰；干燥低钠脱钠粉煤灰与粉状铝源和高岭土粉加水混合，压制成型，高温隧道窑灼烧得耐火材料。上述技术方案需在高温高压下制备硅酸钠，工艺耗能高，成本高。

CN 104556080 A公开了一种用脱硅碱液制备硅酸钠的方法，该方法包括如下步骤；1)向50～100℃的脱硅碱液通入二氧化碳气体，至二氧化硅不再析出为止，然后依次进行过滤、洗涤、分离和干燥，得到二氧化硅滤饼；2)将所述二氧化硅滤饼再次与脱硅碱液在70～100℃混合搅拌后，过滤除渣得到模数为1.5～3.8的硅酸钠产品。上述技术方案产生的副产物没有得到充分利用，造成了资源的浪费。

因此，需要开发一种能耗低、易于操作、污染小的硅酸钠制备方法。

发明内容

为解决现有技术中存在技术问题，本申请提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法流程简单、条件温和、能耗低、环境友好，可以制备不同模数的硅酸钠产品。

为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种制备硅酸钠的方法，其特征在于，所述方法包括：

将硝酸钠与硅原料混合，在加热条件下反应，反应结束后对固相进行处理得到硅酸钠产品，收集反应产生的气体并处理得到硝酸或硝酸盐副产品。

作为本发明优选的技术方案，所述硅原料包括石英砂、硅矿渣、尾矿砂或废硅粉中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：石英砂和硅矿渣的组合、硅矿渣和尾矿砂的组合、尾矿砂和废硅粉的组合、废硅粉和石英砂的组合或硅矿渣、尾矿砂和废硅粉的组合等。

本发明中，对所述硝酸钠和硅原料的来源不做限定，硝酸钠和硅原料可以是任何工艺得到的硝酸钠和硅原料，凡是本领域生产的硅酸钠与硅原料均适用于本发明。

作为本发明优选的技术方案，所述硝酸钠与硅原料的摩尔比为3:1～1:6，如2.5:1、2:1、1.5:1、1:1、1:2、1:3、1:4或1:5等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为2:1～1:3.5。

其中，硝酸钠与硅原料的摩尔比为硝酸钠与硅原料中二氧化硅的摩尔比。

本发明中，采用分解温度较低的硝酸钠来代替分解温度较高的碳酸钠和硫酸钠，显著降低了反应温度，收集并处理产生的氮氧化物可制备稀硝酸或硝酸盐副产品。以硝酸钠和石英砂或其它含硅原料为原料，通过调节硝酸钠和石英砂或其它含硅原料的比例可选择性制备不同模数的硅酸钠产品。

作为本发明优选的技术方案，所述反应在空气气氛或氧气气氛中进行。

作为本发明优选的技术方案，所述加热反应的温度为600～1200℃，如700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃或1100℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为650～900℃。

本发明中，加热方式包括但不限于电加热、燃气加热或煤加热中的一种或至少两种的组合。

优选地，所述加热反应的时间为30～180min，如40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min、140min、150min、160min或170min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为60～120min。

作为本发明优选的技术方案，所述对固相进行处理的方法包括冷却、水淬或淋洗中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：冷却和水淬的组合、水淬和淋洗的组合、淋洗和冷区的组合或冷却、水淬和淋洗的组合等。

作为本发明优选的技术方案，对所述气体进行处理的方法包括水吸收、碱性溶液吸收、氧化后水吸收、氧化后碱性溶液吸收或过氧化物溶液吸收中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：水吸收和碱性溶液吸收的组合、氧化后水吸收和氧化后碱性溶液吸收的组合、过氧化物溶液和水吸收的组合、碱性溶液吸收和过氧化物溶液吸收的组合或括水吸收、碱性溶液吸收和过氧化物溶液吸收的组合等。

优选地，所述碱性溶液包括氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、碳酸钠水溶液或碳酸钾水溶液中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氢氧化钠水溶液和氢氧化钾水溶液的组合、氢氧化钾水溶液和碳酸钠水溶液的组合、碳酸钠水溶液和碳酸钾水溶液的组合、碳酸钾水溶液和氢氧化钠水溶液的组合或氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液和碳酸钠水溶液的组合等。

优选地，所述氧化包括氧气氧化、臭氧氧化或催化氧化中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氧气氧化和臭氧氧化的组合、臭氧氧化和催化氧化的组合、催化氧化和氧气氧化的组合或氧气氧化、臭氧氧化和催化氧化的组合等。

优选地，所述过氧化物溶液为过氧化氢溶液。

优选地，所述过氧化氢溶液的浓度为1～30wt％，如2wt％、5wt％、8wt％、10wt％、12wt％、15wt％、18wt％、20wt％、22wt％、25wt％或28wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5～15wt％。

作为本发明优选的技术方案，所述硅酸钠产品的模数为1.0～3.5，如1.2、1.5、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2或3.4等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述制备硅酸钠的方法包括：

将硝酸钠与硅原料按照摩尔比3:1～1:6混合，在600～1200℃条件下于氧气或空气气氛中反应30～180min，反应结束后对固相进行冷却、水淬以及淋洗处理得到模数为1.0～3.5的硅酸钠产品，收集反应产生的气体并进行水吸收、碱性溶液吸收、氧化后水吸收、氧化后碱性溶液吸收或过氧化物溶液吸收得到硝酸或硝酸盐副产品。

作为本发明优选的技术方案，所述方法用于生产水玻璃或白炭黑。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法采用硝酸钠和石英砂或其它含硅原料为原料，大大降低了反应温度，且不需要额外加入还原剂等，节约了能耗和成本，具有良好的经济效益；

(2)本发明提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法产生的副产物氮氧化物气体纯度高，收集处理后可制备稀硝酸或硝酸盐副产品，且整个工艺流程短、操作简便；

(3)本发明提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法通过调节硝酸钠与石英砂或其它含硅原料的比例可选择性制备不同模数的硅酸钠产品，也可以应用于生产水玻璃或白炭黑，具有良好的应用前景。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法包括：

将硝酸钠与石英砂按照摩尔比2:1混合，在850℃条件下空气气氛中于反应炉中反应60min，反应结束后对固相进行冷却处理得到硅酸钠产品，收集反应产生的气体并使用12wt％的过氧化物溶液吸收得到稀硝酸副产品。

实施例2

本实施例提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法包括：

将硝酸钠与石英砂按照摩尔比1:1混合，在650℃条件下氧气气氛中于反应炉中反应120min，反应结束后对固相进行水淬处理得到硅酸钠产品，收集反应产生的气体并水吸收得到稀硝酸副产品。

实施例3

本实施例提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法包括：

将硝酸钠与石英砂按照摩尔比1:2混合，在800℃条件下空气气氛中于反应炉中反应60min，反应结束后对固相进行冷却处理得到二硅酸钠产品，收集反应产生的气体并采用氢氧化钠溶液吸收得到硝酸钠副产品。

实施例4

本实施例提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法包括：

将硝酸钠与石英砂按照摩尔比1:3混合，在750℃条件下氧气气氛中于反应炉中反应120min，反应结束后对固相进行水淬处理得到三硅酸钠产品，收集反应产生的气体并采用氢氧化钾溶液吸收得到硝酸钾副产品。

实施例5

本实施例提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法包括：

将硝酸钠与石英砂按照摩尔比1:3.5混合，在1200℃条件下氧气气氛中于反应炉中反应30min，反应结束后对固相进行冷却处理得到模数为3.5的硅酸钠产品，收集反应产生的气体并使用20wt％的过氧化物溶液吸收得到稀硝酸副产品。

实施例6

本实施例提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法包括：

将硝酸钠与石英砂按照摩尔比2:1混合，在800℃条件下空气气氛中于反应炉中反应60min，反应结束后对固相进行冷却处理得到硅酸钠产品，收集反应产生的气体，催化氧化后采用氢氧化钠溶液吸收得到硝酸钠副产品。

实施例7

本实施例提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法包括：

将硝酸钠与硅矿粉按照摩尔比2:1混合，在750℃条件下空气气氛中于反应炉中反应90min，反应结束后对固相进行淋洗处理得到硅酸钠产品，收集反应产生的气体，臭氧氧化后采用水吸收得到稀硝酸副产品。

实施例8

本实施例提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法包括：

将硝酸钠与废硅粉按照摩尔比2:1混合，在800℃条件下空气气氛中于反应炉中反应120min，反应结束后对固相进行水淬处理得到硅酸钠产品，收集反应产生的气体，氧气氧化后采用氢氧化钾水溶液吸收得到硝酸钾副产品。

实施例9

本实施例提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法包括：

将硝酸钠与尾矿渣按照摩尔比2:1混合，在850℃条件下空气气氛中于反应炉中反应60min，反应结束后对固相进行冷却处理得到硅酸钠产品，收集反应产生的气体，催化氧化后采用碳酸钠水溶液吸收得到硝酸钠副产品。

实施例10

本实施例提供一种制备硅酸钠的方法，所述方法包括：

将硝酸钠与石英砂按照摩尔比2:1混合，在800℃条件下空气气氛中于反应炉中反应60min，反应结束后对固相进行冷却处理得到硅酸钠产品，收集反应产生的气体，臭氧氧化后采用水吸收得到稀硝酸副产品。

对实施例1-10制备得到的硅酸钠产品以及副产品的浓度进行测试，结果如表1所示。

表1

	硅酸钠纯度/％	副产品浓度/％
			实施例1	99.34％	33.13
实施例2	99.70％	31.56
			实施例3	99.65％	52.01
实施例4	98.91％	51.78
			实施例5	99.46％	30.29
实施例6	99.05％	53.04
			实施例7	99.41％	33.28
实施例8	99.45％	52.47
			实施例9	99.22％	53.88
实施例10	98.92％	33.12

根据表1的测试结果可以看出，本发明提供的一种制备硅酸钠的方法，所述方法的反应温度低，且制备得到的硅酸钠纯度可达99.50％以上，副产品如硝酸、硝酸钠和硝酸钾等的浓度也较高，使得资源得到了充分利用。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。