利用合成沸石副產(chǎn)稀堿液制五水偏硅酸鈉

1、利用合成沸石副產(chǎn)稀堿液制五水偏硅酸鈉余麗秀,孫亞光(國(guó)家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心,河南鄭州450006摘要合成沸石原粉副產(chǎn)稀堿液經(jīng)除雜后,用泡花堿調(diào)整Si O 2濃度,再經(jīng)濃縮、結(jié)晶、分離、干燥等過(guò)程制備五水偏硅酸鈉,產(chǎn)品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn),生產(chǎn)成本較通常方法可降低25%。采用本法還可解決稀堿液對(duì)環(huán)境的污染,具有較好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞沸石;稀堿液;偏硅酸鈉中圖分類號(hào)X 781文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)100621878(200020420040203合成沸石原粉生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的稀堿液,其主要成分為N aOH 和Si O 2,每生產(chǎn)1t 沸石原粉產(chǎn)生810t 稀堿液。這種稀堿液

2、經(jīng)處理后,少部分可返回原生產(chǎn)系統(tǒng),大部分因難以回收而外排,不僅浪費(fèi)大量的堿資源,而且對(duì)環(huán)境造成污染。五水偏硅酸鈉是生產(chǎn)無(wú)磷濃縮洗衣粉的主要輔料之一,其用量隨著無(wú)磷洗滌劑的推廣而逐年增加。我們依據(jù)溶液結(jié)晶法制五水偏硅酸鈉工藝1,2進(jìn)行了利用該稀堿液制五水偏硅酸鈉的研究。采用本法制偏硅酸鈉,不但產(chǎn)品的成本低、質(zhì)量穩(wěn)定,而且可以解決稀堿液污染環(huán)境的問(wèn)題,具有較好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。1試驗(yàn)部分1.1制偏硅酸鈉的原料來(lái)源和原理合成沸石原粉生產(chǎn)是基于鋁酸鈉和硅酸鈉溶液在高堿度、高溫條件下進(jìn)行合成反應(yīng),其反應(yīng)式如下:2N aA l O 2+n N a 2Si O 3+mH 2ON a 2O A l 2O

3、 3nSi O 2mH 2O +nN a 2O控制原料配比和改變晶化條件,可生成不同晶型和孔穴的A 型、X 型、Y 型等沸石原粉,同時(shí)伴生有大量含N aOH 、Si O 2的稀堿液。該稀堿液中N aOH 的質(zhì)量濃度為6080kg m 3,Si O 22030kg m 3,其密度為1.10×1031.15×103kg m 3。生產(chǎn)過(guò)程中,由于沸石原粉高濃度晶化反應(yīng)要求,稀堿液直接利用量有限,只能少部分返回生產(chǎn)系統(tǒng)作為稀釋液。一般沸石原粉生產(chǎn)廠對(duì)大部分稀堿液均未能有效利用,多采用簡(jiǎn)單處理后排放的處理方法。該稀堿液中所含N aOH 、Si O 2均為制備偏硅酸鈉的有用組分,對(duì)溶液

4、結(jié)晶法生產(chǎn)五水偏硅酸鈉工藝來(lái)說(shuō),該稀堿液經(jīng)適當(dāng)濃縮及補(bǔ)加工業(yè)泡花堿后,較易滿足偏硅酸鈉生產(chǎn)工藝要求。稀堿液中補(bǔ)加泡花堿調(diào)整模數(shù)的反應(yīng)依據(jù)為:N a 2O nSi O 2+2(n -1N aOHn (N a 2O Si O 2+(n -1H 2O式中:n 泡花堿模數(shù)1.2工藝流程和主要設(shè)備用稀堿液制偏硅酸鈉的工藝流程如圖1所示。生產(chǎn)需主要設(shè)備有稀堿液澄清槽、計(jì)量槽、配料槽、蒸發(fā)器、結(jié)晶器、離心機(jī)、干燥機(jī)、振動(dòng)篩等。2試驗(yàn)結(jié)果2.1稀堿液處理稀堿液中含有少量微細(xì)的水不溶物,其成分為鋁硅酸鈉,它會(huì)造成偏硅酸鈉產(chǎn)品中水不溶物指標(biāo)超標(biāo)。為了保證偏硅酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量,稀堿液需經(jīng)靜置收稿日期2000201219

5、作者簡(jiǎn)介余麗秀(1962-,女,河南省鄭州市人,國(guó)家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心高級(jí)工程師,學(xué)士,1983年畢業(yè)于鄭州大學(xué)化學(xué)系,主要從事無(wú)機(jī)硅化合物材料的研究。04化工環(huán)保HUA GON G HUANBAO 2000年第20卷第4期 澄清處理。為了提高澄清效果,可加少量聚丙稀酰胺絮凝劑。靜置澄清后,上部清液經(jīng)計(jì)量后與工業(yè)泡花堿、五水偏硅酸鈉母液配制成反應(yīng)液 。圖1用稀堿液制偏硅酸鈉的工藝流程2.2蒸發(fā)濃縮將配制的反應(yīng)液送進(jìn)蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)濃縮,當(dāng)反應(yīng)液蒸發(fā)至(N a 2O +Si O 2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32%42%、密度為1.45×1031.65×103kg m 3時(shí)送

6、入結(jié)晶器。2.3結(jié)晶、分離和干燥蒸發(fā)后的反應(yīng)液的溫度近110,攪拌,迅速冷卻至60,在一定的溫度下計(jì)量加入晶種和助劑,使N a 2Si O 35H 2O 結(jié)晶析出,分離濕樣,母液循環(huán)使用,結(jié)晶經(jīng)干燥后得成品。五水偏硅酸鈉成品的質(zhì)量測(cè)定結(jié)果見表1。表1五水偏硅酸鈉成品的質(zhì)量樣品(N a 2O %(Si O 2 %(Fe %(水不溶物%#129.6328.00330.000.30HG T 2568294標(biāo)準(zhǔn)28.030.527.029.20.080.30注為質(zhì)量分?jǐn)?shù)的法定符號(hào)。由表1可以看出,用該稀堿液和工業(yè)泡花堿為原料,采用本工藝制得的偏硅酸鈉,成品質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。3試驗(yàn)結(jié)果討論3.1結(jié)晶濃度

7、的影響從五水偏硅酸鈉相圖上分析3,其結(jié)晶液中(N a 2O +Si O 2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%58%時(shí)可生成五水偏硅酸鈉。本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),溶液中N a 2O 、Si O 2含量是相互影響的,Si O 2含量高,結(jié)晶周期長(zhǎng),直接用物質(zhì)的量比n (N a 2O n (Si O 2為1、固含量為58%的溶液結(jié)晶,加入晶種,結(jié)晶完全需要72120h 。N a 2O 含量愈高結(jié)晶速度愈快,但較快的結(jié)晶速度易使結(jié)晶粒度太小、晶體成長(zhǎng)時(shí)夾帶N a 2O 多,從而使得產(chǎn)品質(zhì)量難以達(dá)到要求,且貯存時(shí)容易吸潮結(jié)塊。n (N a 2O n (Si O 2與結(jié)晶時(shí)間之間關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果見表2。表2n (N a 2O n (

8、Si O 2與結(jié)晶時(shí)間的關(guān)系n (N a 2O n (Si O 2結(jié)晶與否結(jié)晶時(shí)間 h0.50.8不結(jié)晶0.951.03結(jié)晶>721.21.8結(jié)晶15201.92.3結(jié)晶46注n 為物質(zhì)的量的法定符號(hào)。由表2可見,n (N a 2O n (Si O 2為1.92.3時(shí),結(jié)晶時(shí)間僅需46h 。即(N a 2O +Si O 2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在32%42%為宜。3.2溫度的影響偏硅酸鈉晶體的生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)溫度比較敏感,晶體成核需經(jīng)誘導(dǎo)過(guò)程。為了得到粒度均勻、質(zhì)量合格的結(jié)晶,通過(guò)外加晶種控制一定的晶核數(shù)量,在相對(duì)恒定的溫度和過(guò)飽和度下,使晶體勻速生長(zhǎng);結(jié)晶后期,控制1 m in 左右的降溫速度,使晶

9、體快速長(zhǎng)大,至3840趁熱分離出料。3.3晶種的影響142000年第20卷第4期余麗秀,等:利用合成沸石副產(chǎn)稀堿液制五水偏硅酸鈉在偏硅酸鈉結(jié)晶過(guò)程中,在適當(dāng)溫度下向溶液加入合適粒徑及數(shù)量的晶種,使被結(jié)晶的物質(zhì)在晶種表面上生長(zhǎng),整個(gè)過(guò)程在較慢的攪拌速度下進(jìn)行,使晶種較均勻地懸浮在溶液中,以減少二次成核數(shù)量。晶種的加入量取決于結(jié)晶過(guò)程可被結(jié)晶出來(lái)的物質(zhì)的量和所希望得到的產(chǎn)品的粒徑,假設(shè)結(jié)晶過(guò)程中無(wú)初級(jí)成核,則成品粒子的總數(shù)等于晶種粒子的總數(shù),即:M p K v PL 3p =M sK v PL 3s則:M s =M p (Ls L p3式中:M s 、M p 晶種、成品的質(zhì)量,kg L s 、L

10、p 晶種、成品的平均粒徑,mm 偏硅酸鈉自水溶液的結(jié)晶過(guò)程,由于介穩(wěn)區(qū)的寬度較窄,易于進(jìn)入不穩(wěn)區(qū),因此,一般采用粒徑較大(0.10.2mm 的晶種。如果要求成品的粒徑為1mm ,考慮到溶液自身成核的數(shù)量,實(shí)際加入粒徑為0.1mm 規(guī)格晶種的量?jī)H為理論量的40%60%。3.4其他助劑的影響為了便于分離操作過(guò)程中游離水與晶體的分離,在降溫結(jié)束前0.5h 加入相當(dāng)于結(jié)晶液總量0.005%0.015%的表面活性劑(如十二烷基苯磺酸鈉。為了提高成品的白度,在離心分離前加入相當(dāng)于結(jié)晶液總量0.1%的增白劑,產(chǎn)品白度可提高25個(gè)白度值。3.5技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析五水偏硅酸鈉目前的市場(chǎng)售價(jià)為19002300元 t 。

11、按通常的偏硅酸鈉生產(chǎn)方法,噸產(chǎn)品消耗原料及水蒸氣的費(fèi)用合計(jì)約為1200元,而本法僅為780元,加上其他費(fèi)用,二者的銷售成本分別為1750元t 和1300元 t 。以偏硅酸鈉的市場(chǎng)平均售價(jià)2100元 t 計(jì),年產(chǎn)1000t 裝置可獲得的利稅分別為:通常生產(chǎn)方法:1000×(2100-1750=35萬(wàn)元本法:1000×(2100-1300=80萬(wàn)元由此可見,本法與通常生產(chǎn)方法相比,年產(chǎn)1000t 偏硅酸鈉的裝置年可多獲利稅45萬(wàn)元。4結(jié)論(1利用合成沸石原粉生產(chǎn)中產(chǎn)生的稀堿液制得的五水偏硅酸鈉,產(chǎn)品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)(H G T 2568294。(2采用本法與采用通常的生產(chǎn)偏硅酸鈉方

12、法相比,前者的經(jīng)濟(jì)效益明顯優(yōu)于后者,而且本法對(duì)降低合成沸石原粉的生產(chǎn)成本也有一定作用。同時(shí),本法的研究成功為該稀堿液的治理提供了一條新途徑。因此,本法具有較好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)1余麗秀,等.溶液結(jié)晶法制五水偏硅酸鈉J .無(wú)機(jī)鹽工業(yè),1994,(4:69.2王西新.五水偏硅酸鈉的制備J .日用化學(xué)工業(yè),1998,(4:5657.3日本化學(xué)會(huì)編,安家駒譯.無(wú)機(jī)化合物合成手冊(cè)M .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1986.5556.P re pa ra tion of S od ium M e ta s ilica te P e nta hyd ra te from D ilute Lye G

13、e ne ra te d in S ynthe tic Ze o lite P roduc tionYU L i 2x iu ,SUN Y a 2g uang(N ati onal Engineering Center fo r M ulti purpo se U tilizati on of N on 2M etallic M ineral R esources ,Zhengzhou 450006,Ch ina Abstract :Sodium m etasilicate pen tahydrate is p rep ared from dilu te lye generated in ze

14、o lite p roducti on th rough rem oving i m p u rity by p reci p itati on ,adju sting Si O 2con ten t by adding w ater glass ,and then via the p rocesses of concen trati on ,crystallizati on ,sep arati on and drying .T he p roduct quality can m eet the standard and the p roducti on co st decreases by 25%com pared w ith that of the conven ti onal p rocess .T he