CN105460941B - 一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工生产技术领域,涉及一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法,该方法也可以应用于生产水玻璃或白炭黑。该方法包括如下步骤:(1)原料准备:将硫酸钠、石英砂和还原剂按一定质量比装入熔融还原炉;(2)还原反应:原料在熔融还原炉内经加热反应、同时进行搅拌;(3)获得产品:反应结束后生成的硅酸钠熔体水淬制成硅酸钠产品,反应产生的SO2气体收集制备浓硫酸。本发明工艺流程简单,能耗低,生成的硅酸钠产品纯度高,SO2全部回收利用,具有节能环保等特点。
Description
技术领域
本发明属于化工生产技术领域,涉及一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法。
背景技术
硅酸钠俗称泡花碱,是一种水溶性硅酸盐,其水溶液俗称水玻璃,是一种黏合剂。其化学式为R2O·nSiO2,式中R2O为碱金属氧化物,n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值,称为水玻璃的模数。硅酸钠是一种用途非常广泛的化工原料,被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、硅溶胶等各种硅酸盐类产品,是硅化合物的基本原料。
工业上硅酸钠的生产方法主要有两种:干法(固相法)和湿法(液相法)。干法生产是将石英砂和纯碱(Na2CO3)按一定比例混合后在反射炉中加热到1400℃左右,生成熔融状硅酸钠;其反应式为:Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2(g)。湿法生产是以石英岩粉和烧碱(NaOH)为原料,在高压蒸锅里用0.6MPa~1.0MPa蒸汽压加热反应,直接生产液体水玻璃;其反应式为:NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O。由于Na2CO3的价格较高,人们研究开发了用元明粉(Na2SO4)代替Na2CO3生产硅酸钠的方法。
用Na2SO4代替Na2CO3生产硅酸钠的方法与用Na2CO3生产硅酸钠的方法相似,但是由于Na2SO4必须在更高温度下才能分解,所以常配入一定比例的木炭、焦炭或煤等,使硫酸钠被还原成易与二氧化硅发生反应的亚硫酸钠。其反应方程式为:Na2SO4+SiO2+C=Na2SiO3+SO2(g)+CO(g)。从生产实际来看,利用Na2SO4生产硅酸钠是可行的,但存在两个问题。一是受反应温度及操作工艺条件等限制,生产过程中会产生未反应的熔融状态Na2SO4(硝水),硝水渗透性极强,对设备腐蚀严重,从而给连续生产带来困难。解决该问题主要是通过提高反射炉温度,使Na2SO4反应彻底,尽量不产生硝水。第二个问题是生产过程中Na2SO4分解产生大量的SO2,SO2进入反射炉产生的烟气中,由于烟气中SO2含量较低,因此难以回收利用。过去企业一般都是直接排放,给环境造成严重危害。现在受到环保法律的约束,该技术发展受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用硫酸钠生产硅酸钠的新方法,能够解决传统硫酸钠生产硅酸钠时存在能耗高,环境污染严重,SO2不能回收利用的问题。
为了实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
本发明提供一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法,包括如下步骤:
(1)原料准备:将硫酸钠、石英砂和还原剂按如下质量比装入熔融还原炉:石英砂量为硫酸钠量的21%~106%,还原剂量为硫酸钠量的10%~22%;
(2)还原反应:上述原料在熔融还原炉内经加热反应,同时进行搅拌;
(3)获得产品:反应结束后生成的硅酸钠熔体水淬制成硅酸钠产品,反应产生的高纯度SO2气体收集制备浓硫酸。
所述步骤(1)中,还原剂为硅铁粉和金属硅粉中的一种或两种。
所述步骤(1)中,还原剂的粒度在10目以下。
所述步骤(3)中,收集烟气中的SO2制备得到浓度为98%的浓硫酸。
所述步骤(2)中,加热方式选自电加热、微波加热和燃气外加热中的一种或几种。
所述步骤(2)中,反应温度为1350~1450℃。
所述步骤(2)中,搅拌方式选自电磁搅拌、气体搅拌和机械搅拌的一种或几种。
所述步骤(2)中,反应时间为20~120min。
该方法也可以应用于生产水玻璃或白炭黑。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)本发明采用硅铁粉或金属硅粉作为还原剂,由于硅铁粉或金属硅粉是一种储能还原剂,还原反应是放热反应,不需要消耗其它能源进行加热,实现了节能生产。
(2)本发明采用硅铁粉或金属硅粉作为还原剂,反应产物SiO2可以代替石英砂,生成硅酸钠产品,整个工艺过程没有新的杂质产生,生产的硅酸钠产品纯度高。
(3)本发明产生的副产品SO2纯度高,可以直接制备高浓度硫酸,而且整个工艺流程短,操作简单,生产成本低,具有很好的经济效益。
(4)该方法也可以应用于生产水玻璃或白炭黑。
具体实施方式
本发明正是基于传统Na2SO4生产硅酸钠的方法存在严重的环境污染问题,提出利用储能还原剂硅铁粉或金属硅粉作为还原剂生产硅酸钠。新方法生产硅酸钠的反应是放热反应,热量消耗少,产生的烟气是纯SO2气体,可以制备浓硫酸,彻底解决了环境污染问题,而且制备得到高附加值产品。
本发明一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法,包括如下步骤:
(1)原料准备:将硫酸钠、石英砂和还原剂按一定质量比装入熔融还原炉;
(2)还原反应:原料在熔融还原炉内经加热、搅拌反应一定时间;
(3)获得产品:反应结束后生成的硅酸钠熔体水淬制成硅酸钠产品,反应产生的SO2气体收集制备浓硫酸。
硅酸钠可以制备水玻璃或生产白炭黑,浓硫酸可以作为产品出售。
所述步骤(1)中,还原剂为硅铁粉和金属硅粉中的一种或两种,还原剂的粒度为10目以下。
所述步骤(1)中,石英砂量为硫酸钠量的21%~106%,还原剂量为硫酸钠量的10%~22%。
Na2SO4可以与储能还原剂硅铁粉或金属硅粉反应生成亚硫酸钠和SiO2,进而继续反应生成硅酸钠。采用储能还原剂,不但还原反应容易进行,而且该反应是放热反应,反应消耗热量少。还原反应如下:
2Na2SO4+SiO2+Si=2Na2SiO3+SO2(g)
所述步骤(2)中,加热方式选自电加热、微波加热和燃气外加热中的一种或几种。由于新方法合适的反应温度为1400℃左右,尽管反应不需要热量,但需要将物料加热到反应温度。为了得到较高纯度的SO2气体,新方法适宜采用电加热,微波加热或者燃气外加热的方式。
所述步骤(2)中,搅拌方式选自电磁搅拌、气体搅拌和机械搅拌的一种或几种。搅拌是为了加快反应速度,提高反应效率。
所述步骤(2)中,反应时间为20~120min。
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
(1)原料:工业Na2SO4,石英砂(粒度100目),还原剂:75#硅铁粉(粒度10目)。
(2)工艺步骤:将工业Na2SO4 100kg,石英砂21kg,75#硅铁粉14kg混匀加入熔融还原炉,熔融还原炉采用电加热的方式加热到1450℃,通过电磁搅拌反应20min,反应结束后将硅酸钠熔体水淬制备得到硅酸钠产品,收集烟气中的SO2制备得到浓度为98%的浓硫酸。
实施例2
(1)原料:工业Na2SO4,石英砂(粒度50目),还原剂:45#硅铁粉(粒度50目)。
(2)工艺步骤:将工业Na2SO4 100kg,石英砂63kg,45#硅铁粉22kg混匀加入熔融还原炉,熔融还原炉采用微波加热的方式加热到1350℃,通过电磁搅拌反应60min,反应结束后将硅酸钠熔体水淬制备得到硅酸钠产品,收集烟气中的SO2制备得到浓度为98%的浓硫酸。
实施例3
(1)原料:工业Na2SO4,石英砂(粒度200目),还原剂:金属硅粉(粒度100目)。
(2)工艺步骤:将工业Na2SO4 100kg,石英砂106kg,金属硅粉10kg混匀加入熔融还原炉,熔融还原炉采用煤气外加热的方式加热到1400℃,通过电磁搅拌反应120min,反应结束后将硅酸钠熔体水淬制备得到硅酸钠产品,收集烟气中的SO2制备得到浓度为98%的浓硫酸。
Claims (8)
1.一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法,其特征在于:该方法包括如下步骤:
(1)原料准备:将硫酸钠、石英砂和还原剂按如下质量比装入熔融还原炉:石英砂量为硫酸钠量的21%~106%,还原剂量为硫酸钠量的10%~22%;
(2)还原反应:上述原料在熔融还原炉内经加热反应,同时进行搅拌;
(3)获得产品:反应结束后生成的硅酸钠熔体水淬制成硅酸钠产品,反应产生的高纯度SO2气体收集制备浓硫酸;
所述步骤(1)中,还原剂为硅铁粉和金属硅粉中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法,其特征在于:所述步骤(1)中,还原剂的粒度在10目以下。
3.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法,其特征在于:所述步骤(3)中,收集烟气中的SO2制备得到浓度为98%的浓硫酸。
4.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法,其特征在于:所述步骤(2)中,加热方式选自电加热、微波加热和燃气外加热中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法,其特征在于:所述步骤(2)中,反应温度为1350~1450℃。
6.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法,其特征在于:所述步骤(2)中,搅拌方式选自电磁搅拌、气体搅拌和机械搅拌的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法,其特征在于:所述步骤(2)中,反应时间为20~120min。
8.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法,其特征在于:该方法也可以应用于生产水玻璃或白炭黑。
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