硅酸钠的应用

发布日期:2020/10/24 7:56:57

背景及概述^[1][2]

泡花碱又名水玻璃、硅酸钠。由内含不同比例的氧化钠和二氧化硅所组成。普通可资用的硅酸钠的组成有Na₂SiO₃、Na₆Si₂O₇、Na₂Si₃O₇等，同时带有可变量的水。二氧化硅和氧化钠的摩尔比称做模数。模数大于3的是中性水玻璃，小于3的是碱性水玻璃。有液体、固体和粉状等多种产品。固体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明玻璃块状体；液体硅酸钠无色、略带色的透明或半透明粘稠状液体。

形态分为固体、液体、水淬三种。物理性质随模数不同而异。硅可由纯碱(或硫酸钠加煤粉)和石英砂在高温下熔融变白，再经冷却、粉碎、溶解、浓缩而得。也可由液体烧碱和石英砂加温加压制得。传统的硅酸钠溶解工艺中，熔融态硅酸钠自窑炉出料口流出后的溶解方式常为三种，其中间歇溶解有两种，一种为流入链板成型机进行干法冷却得到块状硅酸钠而后称量送入静压溶解釜通入蒸汽进行间歇式溶解。

第二种为流入水淬溜槽遇冷水激碎，而后将水滤去，得到固体颗粒然后称量送入溶解滚筒通入蒸汽进行间歇式溶解。上述两种方式为加压、不连续溶解固体硅酸钠的方法。另外，第三种为模数较低(3.30模数以下)的硅酸钠可通过常压滚筒进行连续、不加压溶解固体硅酸钠，生产液体硅酸钠溶液。

传统的种静压釜溶解方式，是一种不连续、加压溶解固体硅酸钠生产液体硅酸钠的方法，需使用耐高温的链板成型机对熔融态高温硅酸钠进行降温(由1500℃降至300 ℃左右)并成型，此过程硅酸钠的热量全部浪费在空气中，未能进行有效的回收；同时需使用循环水对链板成型机进行降温，冷却过程挥发消耗大量的水；且由于链板机长期运行于高温环境下，使用寿命一般不大于五年就需进行更换。同时其成型后固体加入溶解釜，加水通入蒸汽溶解，操作过程需人工进行称量，劳动强度较大，成本高，而且产生粉尘，生产现场环境较为恶劣。

应用^[3][4]

由于硅酸钠的特殊性，使其成为硅化合物的基本原材料。无论是直接作为基材或载体使用，还是作为中间体进行深加工后再使用，其应用领域非常广泛。在化工、轻工业、冶金及机械铸造行业、纺织工业、建筑及建材行业、农业等领域均有应用。目前，以硅酸钠为中间体原料的下游深加工系列产品已发展到数十种。

1. 化工：被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、五水偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。在经济发达国家，以硅酸钠为原料的深加工系列产品已发展到50余种，有些已应用于高、精、尖科技领域；在轻工业中是洗衣粉、肥皂等洗涤剂中不可缺少的原料，也是水质软化剂、助沉剂；

2. 纺织工业：中用于助染、漂白和浆纱；在机械行业中广泛用于铸造、砂轮制造和金属防腐剂等；在建筑行业中用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化剂、耐火材料等；

3. 农业方面：可制造硅素肥料；

4. 其他：用作石油催化裂化的硅铝催化剂、肥皂的填料、瓦楞纸的胶粘剂、实验室坩埚等耐高温材料、金属防腐剂、水软化剂、洗涤剂助剂、耐火材料和陶瓷原料、纺织品的漂、染和浆料、矿山选矿、防水、堵漏、木材防火、食品防腐以及制胶粘剂等。

如工业硅酸钠胶黏剂，先制备原硅酸钠粗品，再制备固体硅酸钠，将所述固体硅酸钠溶于特制的粘胶剂和水混合溶液中，然后过滤，得到硅酸钠溶液，在所述硅酸钠溶液中加入亚硫酸氢钠生成沉淀轻质二氧化硅以及亚硫酸钠溶液，将生成的混合物过滤；滤液的另一部分滤液浓缩并干燥，获得高品质工业硅酸钠；将制备的高品质工业硅酸钠同2倍的树脂乳液混合，加入硅砂内，充分混合即得水玻璃胶黏剂。

水玻璃硬化后的主要成分为硅凝胶和固体，比表面积大，大幅提高粘结力，采用中等浓度的特制的粘胶剂和水混合溶液对已水玻璃进行处理，提高耐水性，运输、储存和使用非常方便，特别适用于机械化、自动化操作。

制备^[3]

主要有硫酸钠法和碱法两种。碱法又可分为湿法和干法两种。

1. 硫酸钠法

此过程中先根据所需产品的模数计算确定硫酸钠的用量，首先与炭粉(c)混合均，再同石英砂按计算所需的配比进行强制均匀混合，并快速投入反射炉内进行反应，完成反应后，物料出炉、冷却、破碎至一定的颗粒度，再进行溶解、分离掉固体不溶物、经过浓缩，最后得到所需液体硅酸钠(即水玻璃)。其化学反应式：

2. 湿法

生产低模数产品以湿法(烧碱法)较为简单，按照产品模数来定原料的配比，将石英砂(SiO )和液体烧碱(NaOH)按要求配比放人有搅拌的反应釜内混合均匀，加压、通蒸汽，在温度165-1 85 ℃和压力0.4- 0.8MPa，反应(4 7h)，冷却、过滤，除去未反应的石英砂，浓缩即得到液体硅酸钠。其反应方程式：

3. 干法

生产高模数产品以干法(纯碱法)较易控制，综合经济效益好。干法生产需经过熔融和溶解两步，亦称两步法，此法是将石英砂和纯碱，根据模数需要，进行精确称量，按一定比例在混合机内均匀混合后，经过输送系统送至窑炉内，再经约1400℃左右的高温下进行熔化。

经过澄清、均化后，经流液洞、工作部、出料口流至链板式成型机上进行压制、冷却成型(块料)或水淬冷却后呈玻璃料(统称为：固体硅酸钠)。再将固体硅酸钠经过输送投人蒸压釜内，加水、加(0.4-0.8MPa)、通蒸汽(饱和)进行加热溶解，再经沉降、浓缩，最终得到无色透明的粘稠液体，即是液体硅酸钠(水玻璃)。其反应方程式：