淺談硅酸鈉生產(chǎn)工藝及行業(yè)發(fā)展趨勢
時間: 2019-03-12 15:48:58來源: 湘潭湘南水玻璃有限公司
淺談硅酸鈉生產(chǎn)工藝及行業(yè)發(fā)展趨勢
硅酸鈉用途非常廣泛，幾乎遍及國民經(jīng)濟各個部門。其分子式為：Na2O·nSiO2。n稱為模數(shù)，指SiO2和Na2O的摩爾比，一般為1.5～3.5 。工業(yè)硅酸鈉分為二類：液體硅酸鈉和固體硅酸鈉。液體硅酸鈉呈無色透明、黃綠色、青灰色、或微紅色，無色透明的液體硅酸鈉質(zhì)量更好，工業(yè)液體硅酸鈉透明度常因雜質(zhì)的影響而變渾濁。固體硅酸鈉是無色、略帶顏色的半透明或透明塊狀玻璃體。液體硅酸鈉主要用于制造黏結(jié)劑、填充料、化工原料、防腐劑和助劑等。固體硅酸鈉的主要用途是制造液體硅酸鈉。業(yè)內(nèi)將液體硅酸鈉稱為水玻璃，將固體硅酸鈉稱為泡花堿。硅酸鈉是鈉水玻璃，此外還有鉀水玻璃、鈉鉀水玻璃以及硅酸鋰和硅酸季胺等新型水玻璃。在湖南土木工程中一般使用的是湖南硅酸鉀鈉水玻璃，在工程技術(shù)要求較高時使用。模數(shù)越大，水玻璃的粘度越高，越難溶于水。不同模數(shù)的硅酸鈉有著不同的用處。在土木工程中使用的硅酸鈉模數(shù)一般為2.6～2.8，易溶于水而且強度又較高。
1 硅酸鈉的生產(chǎn)方法
硅酸鈉有干法、濕法兩種生產(chǎn)工藝。干法又包括碳酸鈉法、元明粉（硫酸鈉）法、氯化鈉法；濕法以液體燒堿和石英砂為原料，加溫、加壓反應(yīng)后得到液體產(chǎn)品。
1.1 干法
1.1.1 碳酸鈉法
根據(jù)所需產(chǎn)品的模數(shù)要求，將純堿（Na2CO3）和粒徑0.180～0.250 mm（60~80目）的石英砂（SiO2）按比例混合均勻送入馬蹄焰窯爐，在1 450~1 500 ℃下熔融，高溫熔融產(chǎn)物從窯爐出料口流出，通過模子上面的輥子壓制成塊或者水淬成顆粒。若需要生產(chǎn)液體產(chǎn)品則需再進行高溫溶解或高溫高壓溶解，并經(jīng)沉淀、濃縮制得液體水玻璃。其化學(xué)反應(yīng)方程式：
Na2CO3＋nSiO2→Na2O·nSiO2＋CO2↑
即：純堿、石英砂→混合→熔融→成型成固體泡花堿→經(jīng)溶化→液體泡花堿，其中成型成固體泡花堿有2種方法：
（1） 干法成型工藝流程簡介
熔窯采用燃天然氣蓄熱式馬蹄焰熔窯，備用燃料為燃油。投料采用單側(cè)密封式投料口，以減少該處侵蝕延長熔窯壽命，杜絕粉塵飛揚并減少該處熱量散失以節(jié)能。原料車間制備好的配合料經(jīng)配合料帶式輸送機卸入硅酸鈉聯(lián)合車間熔窯的窯頭料倉。熔窯采用單側(cè)加料，窯頭料倉下的密封式投料機將配合料按液面信號均勻加入熔窯內(nèi)，在高溫下進行一系列物理、化學(xué)變化完成原料的熔制和均化。
熔制好的熔融料液通過一定的高差，流落至鏈板式輸送機上，調(diào)頻控制的鏈板式輸送機上的壓輥將料液平攤并壓入鏈板形狀規(guī)則的陰模中，將其成型為塊狀固體，繼續(xù)冷卻至機頭處將其卸下，落到下方地面的料罐中，吊車將其轉(zhuǎn)卸到成品格間中繼續(xù)冷卻、儲存，冷卻至常溫的塊狀固體經(jīng)稱量、裝噸袋或散裝出廠。
該法采用鏈板輸送機作為成型設(shè)備，高溫熔融料液從窯爐出料口流出后落至鏈板輸送機料槽上，鏈板輸送機壓輥采用水冷方式，料槽采用噴淋式水冷方式，鏈板輸送機采用傾斜式輸送方式。由于料液不與水直接接觸，不會發(fā)生水解，保證產(chǎn)品的純度，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。而且鏈板輸送機冷卻水沒有受到污染，可以循環(huán)使用。鏈板形狀不同可以生產(chǎn)不同形狀的塊料，不產(chǎn)生環(huán)境污染，節(jié)水節(jié)電，產(chǎn)品透明度高、外觀美觀、純度高，產(chǎn)品質(zhì)量好，適合作為原材料生產(chǎn)******硅產(chǎn)品如硅膠、白炭黑等，并且能達到出口的要求。鏈板機干法成型工藝是一種清潔優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)工藝，也是應(yīng)用朂廣泛的硅酸鈉生產(chǎn)工藝，適于生產(chǎn)各種模數(shù)的硅酸鈉。
（2）水淬法成型
水淬法成型與干法成型工藝不同的是高溫熔融料液從窯內(nèi)流出后直接進入冷卻水，高溫熔融料液急冷炸裂，在水中淬冷成1~5 mm的顆粒，顏色為綠色或灰色。經(jīng)過出料機運至皮帶機，再輸送至料倉，包裝入庫。此法生產(chǎn)的硅酸鈉含水，結(jié)塊嚴(yán)重，難以長時間儲存，給后續(xù)化料也會帶來困難。此法由于熔融料液在水淬時部分顆粒狀固體硅酸鈉在冷卻水中會發(fā)生水解，使冷卻水顯堿性，而且冷卻水循環(huán)使用時溫度越高，水解程度越大，會產(chǎn)生堿泥，循環(huán)水冷卻效果降低，就需要排出較多的廢水，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。此種工藝已經(jīng)被******明令淘汰了。
以上2種成型工藝得到的都是固體產(chǎn)品，而固體Na2O·nSiO2是中間產(chǎn)品，在工業(yè)上沒有具體使用價值，轉(zhuǎn)化為液體Na2O·nSiO2則具有廣泛的用途。轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品則須將塊狀硅酸鈉進行化料。常用的化料方法主要有：常壓蒸煮法和高壓溶解法。
常壓蒸煮法是指將塊狀硅酸鈉產(chǎn)品放入容器中，加入熱水進行蒸煮。此種方法由于在常壓下進行，壓力較低，硅酸鈉溶解量較少，濃度偏低，不能達到液體產(chǎn)品的要求，因此還需蒸發(fā)其中一部分水分進行濃縮。
高壓溶解法是指將塊狀硅酸鈉加入滾筒中，根據(jù)塊子重量及產(chǎn)品規(guī)格加入適量水，再通入較高壓力的蒸汽進行溶解。模數(shù)在3.3以下的硅酸鈉在蒸汽壓力0.4~0.5 MPa、滾筒轉(zhuǎn)速2~4 r/min的條件下2 h即可全部溶解；模數(shù)大于4的硅酸鈉溶解較困難，須在滾筒內(nèi)加入一定量的液體燒堿以加速溶解。經(jīng)過一段時間，溶解到一定濃度后，再轉(zhuǎn)移到沉清槽進行自然沉淀、除雜質(zhì)。除去雜質(zhì)的溶液送入濃縮槽進行濃縮，槽內(nèi)用蒸汽盤管加熱，槽底采用煙道廢氣余熱加熱，直至溶液濃縮至產(chǎn)品要求濃度即成成品。
1.1.2 元明粉（又稱硫酸鈉、無水芒硝）法
硫酸鈉法的原料包括硫酸鈉（無水芒硝）、碳粉、石英砂，生產(chǎn)過程和碳酸鈉法相同，不同的是爐內(nèi)采用負(fù)壓操作，在窯后抽風(fēng)。該法在窯溫1 200 ℃時會產(chǎn)生部分“硝水”，即液體芒硝，浮在石英砂上面，與石英砂分成兩相，難以與石英砂進一步反應(yīng)。在出料時高溫硝水遇水會發(fā)生爆炸現(xiàn)象，對窯爐出料口和操作人員造成傷害。而且熔融的硝水會對窯爐耐火材料產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕，減短窯爐的使用壽命。此法生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量SO2，生產(chǎn)每噸產(chǎn)品排放200多千克 SO2，是純堿法排放量的130倍，而且大部分企業(yè)沒有脫硫除塵措施，廢氣排放就更加嚴(yán)重。此外，熔融料液出料后采用水淬法制塊還會產(chǎn)生大量含堿廢水。由于此法原料價格較純堿低廉，因此還有部分企業(yè)采用此法生產(chǎn)硅酸鈉。不過此法由于排出廢氣廢水，嚴(yán)重污染環(huán)境，已被******禁止使用。反應(yīng)方程式如下：
2Na2SO4+C+2nSiO2→2Na2O·nSiO2+2SO2↑+CO2↑