硅酸钾的应用

背景及概述^[1][2]

硅酸钾又名偏硅酸钾。分为三种：①K2SiO3＝154.29，无色晶体，常为青绿色块状或玻璃状固体。熔点 976℃。溶于水，在热水中或加压时较易溶解，水溶液呈碱性，不溶于乙醇。遇酸则分解析出硅酸凝胶。在空气中吸水潮解。②K2Si2O5＝214.37，无色斜方晶体。相对密度2.456(25/4℃)，熔点1015±10℃。 ③K2Si4O9·H2O=352.56，白色斜方晶体。相对密度 2.417，加热至400℃时分解。溶于水，不溶于乙醇。

由碳酸钾或氢氧化钾与石英砂高温共熔而制得。硅酸钾具有吸湿性和有强碱性反应。硅酸钾在酸性环境中比较容易分解而析出二氧化硅。硅酸钾通常用于制造电焊条、焊接用电极、还原染料、防火剂、荧光屏涂料层和肥皂填料等，因此，硅酸钾具有广泛的用途。硅酸钾中含有的元素种类与钾长石比较接近，所以，研究如何利用钾长石分解制备硅酸钾具有重要的意义。

应用^[3-6]

硅酸钾可用于制造高级电焊条、玻璃、陶瓷和耐火材料，也用作清洗剂等。其应用举例如下：

1. 制备一种硅酸钾玻璃，

具体按照以下步骤实施：步骤1：将正硅酸乙酯、水和乙醇置于容器中混合为均相溶液，然后在搅拌条件下依次加入盐酸和KCl溶液，得到混合液；步骤2：将混合液放入到烘箱中进行恒温处理28～30h；步骤3：混合液形成凝胶后，降低烘箱温度，并进行恒温处理50～60h，得到硅酸钾玻璃半成品；步骤4：硅酸钾玻璃半成品从烘箱中取出置于坩埚中，将坩埚置于温度为200～300℃的烘箱中，然后将烘箱温度升至500～600℃，恒温处理2～3h后，关闭烘箱，待硅酸钾玻璃半成品在烘箱中冷却至室温后取出，即得到硅酸钾玻璃，其纯度与均匀度高，且制备方法简单，对生产设备要求较低。

2.制备一种高模数硅酸钾无机纳米树脂，

该制备方法依次包括原料的混合工艺、高模数硅酸钾无机纳米树脂的制备工艺，原料的混合工艺为先向混合器中加入低模数硅酸钾水溶液，搅拌形成涡流，再依次添加水、硅溶胶、稳定剂、偶联剂，混合均匀后得到预制混合物，高模数硅酸钾无机纳米树脂的制备工艺为先将预制混合物加热到40~80℃，然后在该温度下，加热后的预制混合物在由混合器、循环泵、超重力旋转填充床形成的反应体系中循环反应，最后得到模数5.3~6.2、固含量26%~30%、颗粒粒径5~20nm、产率98.5%~99%的高模数硅酸钾无机纳米树脂。上述方法不仅提高了产品品质和储存稳定性、而且缩短了反应时间、减少了能耗。

3.制备一种硅酸钾基纳米复合乳液，

包括如下步骤：先用纳米硅酸钾溶液和纳米硅溶胶溶液，滴加硅烷偶联剂，制备出纳米高模数硅酸钾溶液，然后在纳米高模数硅酸钾溶液中加入纳米有机乳液进行复合并调节pH值，制备出硅酸钾基纳米复合乳液。该方法制备的硅酸钾基纳米复合乳液的成膜效果好、附着力强。

4. 制备一种硅酸钾加固材料，

该加固材料是由模数为3.8—4的硅酸钾水溶液，固化剂、交联剂及扩散剂组成；其生产方法是将低模数的工业硅酸钾用水稀释后，在反应釜中提高其模数到3.8—4，在使用时用水稀释硅酸钾溶液，然后加入适量的固化剂和交联剂，搅拌均匀即可；本固化剂即可刷涂，也可喷涂，且耐水性，耐CO2，耐气候性、耐紫外线及热稳定性均优于现有技术，使用方便、成本低，同时本加固剂无色透明。

制备 ^[2]

一种利用钾长石制备硅酸钾的方法，其包括以下步骤：

1）钾长石分解：将钾长石、氟化铵、98%的硫酸按照1：1.5～2.6：1.6～1.8的质量比充分混合，在190～250℃和自生压力下反应，得到钾长石分解残渣和含有SiF4的分解气体；

2）气体吸收：对所述含有SiF4的分解气体进行除尘处理，然后采用乙醇水溶液进行吸附生成氟硅酸和二氧化硅沉淀；过滤分离，得到无定形二氧化硅和氟硅酸溶液；本步骤包括将所述含有SiF4的分解气体引入除尘过滤器中除尘，经除尘过滤后依次通入一、二级吸收塔中并通过体积分数为10%～30%的乙醇水溶液进行吸收，生成白色沉淀和氟硅酸溶液，经离心分离、洗涤得二氧化硅。

3）反应残渣的浸取：在90～110℃下，用体积分数为8～10％的稀硫酸溶液浸取所述钾长石分解残渣，然后对浸取后的溶液进行过滤得到浸取液；

4）氟硅酸钾的制备：将所述浸取液进行阳离子吸附处理除去其中的铝离子和铁离子，制得硫酸钾溶液；按照化学计量关系，向所述硫酸钾溶液中加入由所述气体吸收步骤制得的氟硅酸液体生成氟硅酸钾沉淀，氟硅酸过量20%～100%，陈化后，再经压滤机过滤、洗涤制得氟硅酸钾；

5）硅酸钾的制备：按照化学计量关系，向所述氟硅酸钾中加入热氢氧化钾溶液，生成含有氟化钾晶体的硅酸钾溶液；对含有氟化钾晶体的硅酸钾溶液进行提纯，分离出氟化钾，得到硅酸钾溶液；浓缩所述硅酸钾溶液得到硅酸钾固体。

与现有技术相比，上述利用钾长石分解制备硅酸钾的方法，主要利用钾长石中的钾元素和硅元素，使之转化形成硅酸钾，制备出了硅酸钾固体，同时得到副产品无定形二氧化硅和工业用品氟化钾；而且在硅酸钾制备过程中，无三废产生，能耗低、产出高、回收率高，实现了生产连续化，钾长石的有效成分也得到了充分的利用。

主要参考资料

[1] 化学物质辞典

[2] CN201510842430.2 利用钾长石制备硅酸钾的方法

[3] CN201810496854.1一种硅酸钾玻璃的制备方法

[4] CN201310369278.1一种高模数硅酸钾无机纳米树脂的制备方法

[5] CN201710197593.9一种硅酸钾基纳米复合乳液的制备方法

[6] CN95100110.8一种硅酸钾加固材料及其生产方法