浅谈硅酸钠生产工艺及行业发展趋势
时间: 2019-03-12 15:48:58来源: 湘潭湘南水玻璃有限公司
浅谈硅酸钠生产工艺及行业发展趋势
硅酸钠用途非常广泛，几乎遍及国民经济各个部门。其分子式为：Na2O·nSiO2。n称为模数，指SiO2和Na2O的摩尔比，一般为1.5～3.5 。工业硅酸钠分为二类：液体硅酸钠和固体硅酸钠。液体硅酸钠呈无色透明、黄绿色、青灰色、或微红色，无色透明的液体硅酸钠质量更好，工业液体硅酸钠透明度常因杂质的影响而变浑浊。固体硅酸钠是无色、略带颜色的半透明或透明块状玻璃体。液体硅酸钠主要用于制造黏结剂、填充料、化工原料、防腐剂和助剂等。固体硅酸钠的主要用途是制造液体硅酸钠。业内将液体硅酸钠称为水玻璃，将固体硅酸钠称为泡花碱。硅酸钠是钠水玻璃，此外还有钾水玻璃、钠钾水玻璃以及硅酸锂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钾钠水玻璃，在工程技术要求较高时使用。模数越大，水玻璃的粘度越高，越难溶于水。不同模数的硅酸钠有着不同的用处。在土木工程中使用的硅酸钠模数一般为2.6～2.8，易溶于水而且强度又较高。
1 硅酸钠的生产方法
硅酸钠有干法、湿法两种生产工艺。干法又包括碳酸钠法、元明粉（硫酸钠）法、氯化钠法；湿法以液体烧碱和石英砂为原料，加温、加压反应后得到液体产品。
1.1 干法
1.1.1 碳酸钠法
根据所需产品的模数要求，将纯碱（Na2CO3）和粒径0.180～0.250 mm（60~80目）的石英砂（SiO2）按比例混合均匀送入马蹄焰窑炉，在1 450~1 500 ℃下熔融，高温熔融产物从窑炉出料口流出，通过模子上面的辊子压制成块或者水淬成颗粒。若需要生产液体产品则需再进行高温溶解或高温高压溶解，并经沉淀、浓缩制得液体水玻璃。其化学反应方程式：
Na2CO3＋nSiO2→Na2O·nSiO2＋CO2↑
即：纯碱、石英砂→混合→熔融→成型成固体泡花碱→经溶化→液体泡花碱，其中成型成固体泡花碱有2种方法：
（1） 干法成型工艺流程简介
熔窑采用燃天然气蓄热式马蹄焰熔窑，备用燃料为燃油。投料采用单侧密封式投料口，以减少该处侵蚀延长熔窑寿命，杜绝粉尘飞扬并减少该处热量散失以节能。原料车间制备好的配合料经配合料带式输送机卸入硅酸钠联合车间熔窑的窑头料仓。熔窑采用单侧加料，窑头料仓下的密封式投料机将配合料按液面信号均匀加入熔窑内，在高温下进行一系列物理、化学变化完成原料的熔制和均化。
熔制好的熔融料液通过一定的高差，流落至链板式输送机上，调频控制的链板式输送机上的压辊将料液平摊并压入链板形状规则的阴模中，将其成型为块状固体，继续冷却至机头处将其卸下，落到下方地面的料罐中，吊车将其转卸到成品格间中继续冷却、储存，冷却至常温的块状固体经称量、装吨袋或散装出厂。
该法采用链板输送机作为成型设备，高温熔融料液从窑炉出料口流出后落至链板输送机料槽上，链板输送机压辊采用水冷方式，料槽采用喷淋式水冷方式，链板输送机采用倾斜式输送方式。由于料液不与水直接接触，不会发生水解，保证产品的纯度，提高了产品的品质。而且链板输送机冷却水没有受到污染，可以循环使用。链板形状不同可以生产不同形状的块料，不产生环境污染，节水节电，产品透明度高、外观美观、纯度高，产品质量好，适合作为原材料生产******硅产品如硅胶、白炭黑等，并且能达到出口的要求。链板机干法成型工艺是一种清洁优质生产工艺，也是应用朂广泛的硅酸钠生产工艺，适于生产各种模数的硅酸钠。
（2）水淬法成型
水淬法成型与干法成型工艺不同的是高温熔融料液从窑内流出后直接进入冷却水，高温熔融料液急冷炸裂，在水中淬冷成1~5 mm的颗粒，颜色为绿色或灰色。经过出料机运至皮带机，再输送至料仓，包装入库。此法生产的硅酸钠含水，结块严重，难以长时间储存，给后续化料也会带来困难。此法由于熔融料液在水淬时部分颗粒状固体硅酸钠在冷却水中会发生水解，使冷却水显碱性，而且冷却水循环使用时温度越高，水解程度越大，会产生碱泥，循环水冷却效果降低，就需要排出较多的废水，造成严重的环境污染。此种工艺已经被******明令淘汰了。
以上2种成型工艺得到的都是固体产品，而固体Na2O·nSiO2是中间产品，在工业上没有具体使用价值，转化为液体Na2O·nSiO2则具有广泛的用途。转化为液体产品则须将块状硅酸钠进行化料。常用的化料方法主要有：常压蒸煮法和高压溶解法。
常压蒸煮法是指将块状硅酸钠产品放入容器中，加入热水进行蒸煮。此种方法由于在常压下进行，压力较低，硅酸钠溶解量较少，浓度偏低，不能达到液体产品的要求，因此还需蒸发其中一部分水分进行浓缩。
高压溶解法是指将块状硅酸钠加入滚筒中，根据块子重量及产品规格加入适量水，再通入较高压力的蒸汽进行溶解。模数在3.3以下的硅酸钠在蒸汽压力0.4~0.5 MPa、滚筒转速2~4 r/min的条件下2 h即可全部溶解；模数大于4的硅酸钠溶解较困难，须在滚筒内加入一定量的液体烧碱以加速溶解。经过一段时间，溶解到一定浓度后，再转移到沉清槽进行自然沉淀、除杂质。除去杂质的溶液送入浓缩槽进行浓缩，槽内用蒸汽盘管加热，槽底采用烟道废气余热加热，直至溶液浓缩至产品要求浓度即成成品。
1.1.2 元明粉（又称硫酸钠、无水芒硝）法
硫酸钠法的原料包括硫酸钠（无水芒硝）、碳粉、石英砂，生产过程和碳酸钠法相同，不同的是炉内采用负压操作，在窑后抽风。该法在窑温1 200 ℃时会产生部分“硝水”，即液体芒硝，浮在石英砂上面，与石英砂分成两相，难以与石英砂进一步反应。在出料时高温硝水遇水会发生爆炸现象，对窑炉出料口和操作人员造成伤害。而且熔融的硝水会对窑炉耐火材料产生严重的侵蚀，减短窑炉的使用寿命。此法生产过程中会产生大量SO2，生产每吨产品排放200多千克 SO2，是纯碱法排放量的130倍，而且大部分企业没有脱硫除尘措施，废气排放就更加严重。此外，熔融料液出料后采用水淬法制块还会产生大量含碱废水。由于此法原料价格较纯碱低廉，因此还有部分企业采用此法生产硅酸钠。不过此法由于排出废气废水，严重污染环境，已被******禁止使用。反应方程式如下：
2Na2SO4+C+2nSiO2→2Na2O·nSiO2+2SO2↑+CO2↑