淺談硅酸鈉生產工藝及行業發展趨勢
時間: 2019-03-12 15:48:58來源: 湘潭湘南水玻璃有限公司
淺談硅酸鈉生產工藝及行業發展趨勢
硅酸鈉用途非常廣泛，幾乎遍及國民經濟各個部門。其分子式為：Na2O·nSiO2。n稱為模數，指SiO2和Na2O的摩爾比，一般為1.5～3.5 。工業硅酸鈉分為二類：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量更好，工業液體硅酸鈉透明度常因雜質的影響而變渾濁。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。業內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，在工程技術要求較高時使用。模數越大，水玻璃的粘度越高，越難溶于水。不同模數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 硅酸鈉的生產方法
硅酸鈉有干法、濕法兩種生產工藝。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、加壓反應后得到液體產品。
1.1 干法
1.1.1 碳酸鈉法
根據所需產品的模數要求，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。若需要生產液體產品則需再進行高溫溶解或高溫高壓溶解，并經沉淀、濃縮制得液體水玻璃。其化學反應方程式：
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能。原料車間制備好的配合料經配合料帶式輸送機卸入硅酸鈉聯合車間熔窯的窯頭料倉。熔窯采用單側加料，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，在高溫下進行一系列物理、化學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則的陰模中，將其成型為塊狀固體，繼續冷卻至機頭處將其卸下，落到下方地面的料罐中，吊車將其轉卸到成品格間中繼續冷卻、儲存，冷卻至常溫的塊狀固體經稱量、裝噸袋或散裝出廠。
該法采用鏈板輸送機作為成型設備，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，不會發生水解，保證產品的純度，提高了產品的品質。而且鏈板輸送機冷卻水沒有受到污染，可以循環使用。鏈板形狀不同可以生產不同形狀的塊料，不產生環境污染，節水節電，產品透明度高、外觀美觀、純度高，產品質量好，適合作為原材料生產******硅產品如硅膠、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質生產工藝，也是應用朂廣泛的硅酸鈉生產工藝，適于生產各種模數的硅酸鈉。
（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。經過出料機運至皮帶機，再輸送至料倉，包裝入庫。此法生產的硅酸鈉含水，結塊嚴重，難以長時間儲存，給后續化料也會帶來困難。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生水解，使冷卻水顯堿性，而且冷卻水循環使用時溫度越高，水解程度越大，會產生堿泥，循環水冷卻效果降低，就需要排出較多的廢水，造成嚴重的環境污染。此種工藝已經被******明令淘汰了。
以上2種成型工藝得到的都是固體產品，而固體Na2O·nSiO2是中間產品，在工業上沒有具體使用價值，轉化為液體Na2O·nSiO2則具有廣泛的用途。轉化為液體產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，不能達到液體產品的要求，因此還需蒸發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，根據塊子重量及產品規格加入適量水，再通入較高壓力的蒸汽進行溶解。模數在3.3以下的硅酸鈉在蒸汽壓力0.4~0.5 MPa、滾筒轉速2~4 r/min的條件下2 h即可全部溶解；模數大于4的硅酸鈉溶解較困難，須在滾筒內加入一定量的液體燒堿以加速溶解。經過一段時間，溶解到一定濃度后，再轉移到沉清槽進行自然沉淀、除雜質。除去雜質的溶液送入濃縮槽進行濃縮，槽內用蒸汽盤管加熱，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，生產過程和碳酸鈉法相同，不同的是爐內采用負壓操作，在窯后抽風。該法在窯溫1 200 ℃時會產生部分“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。在出料時高溫硝水遇水會發生爆炸現象，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生嚴重的侵蝕，減短窯爐的使用壽命。此法生產過程中會產生大量SO2，生產每噸產品排放200多千克 SO2，是純堿法排放量的130倍，而且大部分企業沒有脫硫除塵措施，廢氣排放就更加嚴重。此外，熔融料液出料后采用水淬法制塊還會產生大量含堿廢水。由于此法原料價格較純堿低廉，因此還有部分企業采用此法生產硅酸鈉。不過此法由于排出廢氣廢水，嚴重污染環境，已被******禁止使用。反應方程式如下：
2Na2SO4+C+2nSiO2→2Na2O·nSiO2+2SO2↑+CO2↑