硅酸鈉的制備方法

時間：2023-03-24 09:32:55來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

硅酸鈉的制備方法

[db:作者] / 2023-01-11 00:00

硅酸鈉

[物化性質]又名水玻璃，泡花堿，為無色、淡黃色或青灰色透明的黏稠液體。溶于水呈堿性，遇酸分解而析出硅酸的膠質沉淀，屬于玻璃體物質，無固定熔點，水處理用一般模數為2.5～3.0。

[制備方法](1)傳統生產方法

硅酸鈉的傳統生產方法分為干法、濕法和芒硝法三種。

①干法制備方法

a.純堿法將純堿和硅粉按比例混合后，在1300～1400℃下煅燒，熔融出來的物料經冷卻變成固體。然后再經溶解、澄清與濃縮，得到不同規格的液體硅酸鈉產品。該法的主要優點是可制得模數為0.5～4.0的系列產品，尤其是模數2.5以上的產品均用該法生產；該法的缺點是對燃料的要求較高，需用優質煤、煤氣或重油。反應方程式為：

Na2CO4+SiO2→Na2SiO4+CO2↑

b.天然堿法天然堿、硅砂、煤粉按比例混合，融熔反應制得。

②濕法制備方法(液相法)該法以液體燒堿代替純堿，且對煤質的要求低，所以生產成本比固相法低。生產同一牌號的產品，液相法的生產成本僅為固相法的1/3左右。該法的缺點是不能生產高模數的硅酸鈉品種，且硅粉的單程轉化率較低，僅為70%～80%。反應方程式為：

2NaOH+SiO2→Na2SiO4+H2O

③芒硝法該法是用煤粉和芒硝取代純堿。主要優點是工藝流程簡單，對原料要求不苛刻，工業粗制芒硝和副產品芒硝均可使用。缺點是芒硝熔點較高，達884℃(純堿為851℃)，需要提高熔制溫度，熔融時有二氧化硫氣體產生，增加了對窯爐的腐蝕。

(2)制備實例

①稻殼灰與堿液反應制備硅酸鈉

稻殼灰與堿液反應制備硅酸鈉的工藝流程如圖6-8所示。

圖6-8 稻殼灰與堿液反應制備硅酸鈉的工藝流程

反應方程式為：

nSO2(s)+2NaOH(l)→Na2O·nSiO2+H2O

對稻殼灰制備硅酸鹽各影響因素的實驗研究表明，常壓下由稻殼灰制備的硅酸鹽的最佳工藝條件為：物料比10：2，反應溫度140℃，反應時間6h。制備的硅酸鈉模數可以達到2.9，溶出率56.73%。在壓力0.6MPa下最佳工藝為物料比10：2，反應時間4h，得到的硅酸鈉模數為2.77，溶出率62.03%。兩者均達到GB4209-1996優等品指標。

常壓最優條件下得到的硅酸鈉產品較壓力最優條件下得到產品模數高，但其耗時長。加壓條件下可以縮短用時，但是加壓條件對儀器設備有一定的要求，操作難度較大，且得到產品的模數不如常壓常時的產品。在實際生產中可以根據生產需要選用不同的工藝條件。

②蛋白土為原料制備硅酸鈉

蛋白土是一種無定形的硅質礦產，其主要化學成分是SiO2·H2O。用蛋白土制備硅酸鈉的試驗流程為：蛋白土→粉碎(至200目)→燒堿堿溶→固液分離→蒸發濃縮(堿渣另作處理)→硅酸鈉。由于蛋白土中所含的SiO2為無定型結構，故堿溶條件較溫和，反應可在常壓及100℃左右的條件下進行。其化學反應如下：

SiO2·nH2O+2NaOH→Na2O·mSiO2+(n+1)H2O

式中，m為硅鈉比，即硅酸鈉的模數。

具體的試驗過程為：將蛋白土粉碎(200目)，置馬弗爐中650℃煅燒30min，煅燒后的蛋白土和氫氧化鈉溶液放在恒溫水浴鍋里加熱，加熱過程中不斷攪拌，一段時間后將混合溶液用真空泵過濾，除去濾渣所得濾液即為硅酸鈉溶液。工藝條件：投料比(蛋白土：水)=1：(0.3～0.35)：(3～4)；反應(堿溶)時間75min；反應溫度100℃。

利用蛋白土制備硅酸鈉的實驗，具有工藝簡單、能耗低、生產成本低的特點。應用到生產實踐，可取得較高的經濟效益，且生產過程的廢渣和廢水，不含限制排放的物質，pH值也在可直接排放的范圍內，對環境不會產生污染。

③硅藻土為原料制備硅酸鈉

在制備硅酸鈉前，先將硅藻土過40目篩，置馬弗爐中700℃煅燒30min。煅燒使硅藻土中的FeO轉化為Fe2O3，去除有機質。通過試驗，硅藻土煅燒后的失重率為3.93%，煅燒后硅藻土中SiO2含量83.68%。用煅燒后的硅藻土加堿溶液進行堿溶。工藝條件為：反應時間75min，堿量：硅藻土量為0.31：1，液固比為2.5。

④煤矸石制備硅酸鈉

煤矸石主要成分是硅、鋁、鐵等元素，將酸處理后的煤矸石渣經水洗至近中性并曬干。稱取一定量煤矸石與一定濃度、體積的氫氧化鈉溶液混合于三頸燒瓶中，浸泡一定時間，加熱、攪拌、回流，保持微沸一定時間后，趁熱抽濾，再將濾液水浴蒸發待液體成為黏稠狀，冷卻后即得硅酸鈉。

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