阅读说明：本技术 一种湿磨剥壳微蒸促溶的高浓水玻璃制备方法 (Preparation method of high-concentration water glass for wet grinding, husking and micro-steaming dissolution promotion ) 是由 宫志群 马占国 王凡 姬永生 胡煜松 龚鹏 张亮亮 严鹏飞 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种湿磨剥壳微蒸促溶的高浓水玻璃制备方法,主要涉及水玻璃生产技术领域；包括步骤：S1、湿磨：以碱液作为溶剂,常温下将高硅质材料微粉湿磨成纳米胶体颗粒,从而形成浑浊粘稠的乳浊液；S2、微蒸：将乳浊液送至蒸压釜中微蒸制得澄清透明的高浓水玻璃；本发明能够在降低设备投资成本的前提下大幅度减少能耗,并实现硅质材料中非晶态硅质成分的高效溶出,最大程度提高生产效率,解决了现今水玻璃制法硅质成分溶出效率低和能耗过高的难题。(The invention discloses a preparation method of wet-milling husking micro-steaming dissolution-promoting high-concentration water glass, which mainly relates to the technical field of water glass production; the method comprises the following steps: s1, wet grinding: wet grinding the high-silicon material micro powder into nano colloidal particles at normal temperature by taking alkali liquor as a solvent, thereby forming turbid and viscous emulsion; s2, micro-steaming: sending the emulsion into a still kettle for micro-steaming to obtain clear and transparent high-concentration water glass; the invention can greatly reduce energy consumption on the premise of reducing equipment investment cost, realize high-efficiency dissolution of amorphous silicon components in the silicon material, improve production efficiency to the greatest extent and solve the problems of low dissolution efficiency and overhigh energy consumption of the silicon components prepared by the existing water glass method.)

一种湿磨剥壳微蒸促溶的高浓水玻璃制备方法

技术领域

本发明涉及水玻璃生产技术领域，具体是一种湿磨剥壳微蒸促溶的高浓水玻璃制备方法。

背景技术

水玻璃是硅酸钠的水溶液，生产工艺有干法、湿法两种。干法以石英岩和纯碱为原料，在窑炉内于1300～1500℃高温煅烧4～6小时制得固体硅酸钠。固体硅酸钠在实际工业中没有任何使用功能，它只是一个过渡状态，需要根据实际生产工艺需要，将固体硅酸钠、水、液碱按照规定的比例，加入溶解滚筒，然后充入蒸汽，在加热(150～170℃)加压(0.5～0.8MPa)条件下反应4～6小时，生成不同浓度、不同模数的水玻璃。其化料过程需要搅拌和加压，一般采用滚筒式反应釜或带有搅拌装置的静压式反应釜。这种工艺的优点是生产水玻璃的浓度和模数容易调节，但窑炉煅烧能耗过高，生产产生的含硫废气对环境污染大，而且必须通过两步法才能获得液态水玻璃，生产效率低下。

湿法水玻璃生产工艺以不低于97％硅质含量的石英砂和不低于32％浓度的液碱为原料，按照约1：1.5的比例投入到滚筒式泡花碱设备中，然后充入蒸汽，在加热(170～220℃)加压(1～2MPa)条件下保持转动反应10小时，直接生成2.0到2.5之间的低模数的液体水玻璃。此法虽省去了窑炉煅烧步骤，但需将原料在高温高压条件下长时间蒸压反应，致使其能源消耗仍然过高。同时高压反应对设备的磨损也比较大，普通设备比较难以胜任，所以对设备要求苛刻，即需要配备比较厚一些板材，如滚筒式的利民泡花碱设备，加大了成本的投入。

从制备成本及安全环保角度来看，低能耗、低污染和高生产效率的加工方法无疑是今后水玻璃制备的发展趋势。因此，探寻一种可以生产不同模数的低能耗、低设备需求以及高生产效率水玻璃的制备方法，以满足更多行业的应用需求，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种湿磨剥壳微蒸促溶的高浓水玻璃制备方法，本发明能够在降低设备投资成本的前提下大幅度减少能耗，并实现硅质材料中非晶态硅质成分的高效溶出，最大程度提高生产效率，解决了现今水玻璃制法硅质成分溶出效率低和能耗过高的难题。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种湿磨剥壳微蒸促溶的高浓水玻璃制备方法，包括步骤：

S1、湿磨：以碱液作为溶剂，常温下将高硅质材料微粉湿磨成纳米胶体颗粒，从而形成浑浊粘稠的乳浊液；

S2、微蒸：将乳浊液送至蒸压釜中微蒸制得澄清透明的高浓水玻璃。

优选的，所述步骤S1中，高硅质材料微粉25～40％，碱液60～75％，可通过调整碱液与高硅质材料的混合比例来得到不同模数、不同波美度的水玻璃溶液，满足不同行业对水玻璃的要求。

优选的，所述步骤S1中，高硅质材料为硅质成分SiO₂含量不低于95％wt的材料，可采用石英砂、硅灰等。

优选的，所述步骤S1中，碱液为20％～50％浓度的NaOH或KOH溶液。

优选的，所述步骤S1中，高硅质材料微粉是由高硅质材料粉磨成比表面积不低于600m²/kg的粉体。

优选的，所述步骤S1中，湿磨是将高硅质材料微粉在碱液中湿磨至充分溶解成匀质的粘稠液态。

优选的，所述步骤S2中，微蒸的蒸压制度为：温度110-130℃、蒸汽压力0.2-0.5Mpa、蒸压时间0.5-2h。在此蒸压制度下湿磨制得的乳浊液中的纳米胶体颗粒即可充分溶解，形成澄清透明的高浓水玻璃溶液。

优选的，所述步骤S2中，澄清透明高浓水玻璃是指波美度30～50、模数1.5～3.3的水玻璃胶体溶液。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明能够实现硅质材料中非晶态硅质成分的高效溶出；

传统水玻璃制法需要将原料在加热高压条件下保持长时间转动反应，方能促使硅质材料中非晶态硅质成分溶出，生产效率低下；而本发明以碱液作为溶剂，在常温下将高硅质材料微粉湿磨成匀质的粘稠乳浊液；高硅质材料微粉与碱液湿磨预处理的过程中，微粉颗粒与碱液剧烈反应，并从表向内快速剥壳解体成尺寸细小的纳米级成分；湿磨后的乳浊液仅需送至蒸压釜中微蒸，便可实现非晶态硅质成分的快速彻底溶出；反应速度快，产品转化率高，可在短时间内生产出质量稳定的高浓水玻璃。

2、本发明能够在降低设备投资成本的前提下大幅度减少能耗；

本发明所用的高硅质材料微粉经碱液湿磨预处理后具有反应活性高的特点，与干法相比无须对其进行煅烧活化就能达到应有的反应活性，节省了煅烧活化过程的能量消耗；同时，本发明微蒸所需的反应时间和温度都相对较少，在110-130℃反应0.5-2h即可完成水玻璃的制备。相比于传统湿法所采用的石英砂与纯碱在高温(170～220℃)条件下保持转动反应10h方能制备水玻璃，也极大程度降低了蒸压反应过程的能耗。

本发明在制备水玻璃的过程中仅需小幅度加压(0.2～0.5Mpa)反应，相较于传统湿法需要在高压环境中(加压2～3Mpa)才能得到模数不高于2.5的水玻璃，对设备的磨损大幅度降低，减少了设备投资成本，也避免了操作的危险性。

附图说明

附图1是本发明以单个高硅质材料微粉颗粒为例的湿磨剥壳微蒸促溶制备高浓水玻璃的机理示意；

附图2是传统湿法以单个石英颗粒为例制备水玻璃的机理示意。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

实施例1：

将300重量份98％SiO₂含量硅灰，800重量份30％浓度NaOH溶液送入湿磨机中，在220r/min转速下湿磨1h得到浑浊粘稠的乳浊液1。

将乳浊液1送入蒸压釜中，蒸压釜内通入水蒸汽直接加热。釜内加压0.4MPa，温度控制为120℃，保压反应1.5h制得澄清透明的高浓水玻璃1。

经硅钼蓝分光光度分析，高浓水玻璃1中SiO₂含量为13.50％(wt)，模数为3.3，硅灰中SiO₂的溶出率为92.4％。

实施例2：

取300重量份95％SiO₂含量石英砂，将其在190r/min转速下用球磨机干磨0.5h磨成微粉。

将石英砂微粉、800重量份30％浓度NaOH溶液送入湿磨机中，在220r/min转速下湿磨1h得到浑浊粘稠的乳浊液2。

将乳浊液2送入蒸压釜中，蒸压釜内通入水蒸汽直接加热。釜内加压0.5MPa，温度控制为130℃，保压反应2h制得高浓水玻璃2。

经硅钼蓝分光光度分析，高浓水玻璃2中SiO₂含量为12.90％(wt)，模数为3.1，石英砂中SiO₂的溶出率为88.6％。

本发明湿磨剥壳微蒸促溶的机理：

传统湿法以石英砂和液碱为原料，即使在加热高压条件下长时间保压转动反应，也仅能生成2.0到2.5之间的低模数的液体水玻璃。如图2所示，这是因为石英砂颗粒与碱液混合后，表层结构较为疏松的部分先与碱液反应生成絮状胶体，黏附于颗粒表面形成一圈浓厚的包裹层，随着蒸压转动缓慢溶出液态水玻璃。直至该包裹层完全溶解脱落，新的暴露面又继续与碱液反应，如此循环不断生成新的絮状胶体包裹层。并且由于石英砂颗粒为由表向内为愈加趋于密实的核壳结构，所以愈向内反应所形成的包裹层越粘厚，其越难溶解脱落。因此，絮状胶体包裹层难以脱落而又不断生成，这是造成湿法硅质成分溶出效率低的主要原因。

本发明通过对高硅质材料微粉碱液湿磨预处理后微蒸来制备高浓水玻璃，真正实现其活性硅质成分的彻底溶出。如图1所示，高硅质材料微粉颗粒在碱液湿磨产生的巨大能量作用下，黏附于其表面的絮状胶体包裹层一经反应生成便被迅速剥除，然后在碱液激发和研磨介质协同作用下将其湿磨成更为细小的纳米级成分。包裹层不断剥除的同时，微粉颗粒内部硅质含量极高的内核也被研磨成尺寸细小的硅质纳米粒子，被赋予极高的硅质成分溶出活性。仅需给予湿磨后的粘稠混合液微蒸条件，便可促使纳米级的絮状胶体以及硅质纳米粒子中非晶态硅质成分完全溶出，与碱液在加热条件下快速剧烈反应，生成液态高浓水玻璃。