專利名稱:一種硅溶膠的制備方法
技術領域:
本發明涉及一種制取硅溶膠的方法,屬于化工技術領域。
背景技術:
硅溶膠又稱膠體二氧化硅、硅酸溶膠、矽酸膠、矽溶液,是無定形SiO2在水中的膠體溶液,可以用HiSiO2 nH20表示。工業上用的最多的是粒徑在8 20nm,并含有少量穩定劑如NaOH、NH3 H2O等的堿性硅溶膠,酸性硅溶膠也多是以這類堿性硅溶膠為原料制得的。 由于硅溶膠的主要成分是膠態的SiO2,所以它呈現出化學惰性,無臭、無味、無毒、無腐蝕性,有較大的比表面積(一般在200m2/g左右)和較強的吸附性。因此,硅溶膠可廣泛應用于耐火材料、熔模鑄造、涂料、造紙、毛紡和催化劑等行業,是一種十分重要的精細化工產品。關于硅溶膠的生產,殷馨、戴媛靜在《化學推進劑與高分子材料》第3卷第6期第27 32頁的《硅溶膠的性質、制法及應用》一文中,介紹了硅溶膠的六種制備方法硅溶解法、離子交換法、電解電滲析法、膠溶法、酸中和法和分散法。而在實際現行生產中,應用的最多的是以硅酸鈉為原料的離子交換法。成都科技大學出版社在1994年5月發行的《硅化合物的生產與應用》((川)新登字015號)第174-178頁較祥細的介紹了離子交換法生產硅溶膠的工藝。該工藝主要是以硅酸鈉和鹽酸(或硫酸)為原料,通過硅酸鈉精制、離子交換、母液制備、增粒、濃縮等工序,得到硅溶膠產品。其中的離子交換是通過離子交換樹脂實現的,所以相應的還有樹脂的清洗、樹脂再生等工序。文中還舉例說明了硅溶膠生產的消耗定額,以30%堿性硅溶膠為例,生產I噸產品需消耗硅酸鈉(Na2O8. 2%, SiO2 :26%,模數為 3. 1-3. 4) :1. 4T鹽酸(35%含量)0.8T所以,用該種工藝生產硅溶膠時,除了消耗作為硅源的硅酸鈉外,還需消耗相應的鹽酸或硫酸,除成本支出因素外,另一個不容忽視的問題是,在該工藝離子交換、樹脂洗滌、再生等工序中,會產生大量的含鹽含酸廢水,由于濃度及工藝費用等方面的因素,這些含鹽含酸廢水回收成本較高,回收物價值又不大,所以不可避免的會排放大量廢水。由于上述工藝需消耗大量無機酸,產生大量含鹽含酸廢水無法循環或回收利用,存在生產成本較高,同時引起環境污染等問題。
發明內容
針對上述問題,本發明擬解決的是提供一種除硅源(硅酸鈉Na2O *nSi02)外,其他化學品能循環使用的制取硅溶膠的方法,以降低硅溶膠的制造成本,同時少消耗資源,減少排放,盡量減少對環境的損害。為達到上述目的,本發明采用以下技術方案一種硅溶膠的制備方法,它是以NaHCO3或NH4HCO3與硅酸鈉Na2O *nSi02為原料,反應得到水合SiO2沉淀,經過濾分去濾液,濾餅再經水洗、膠溶、增粒、濃縮得到硅溶膠產品;所述原料為硅酸鈉Na2O nSi02和NaHCO3時,二者的摩爾 比為了 I : 2. O 2. 3,所述原料為硅酸鈉Na2O ^nSiO2和NH4HCO3時,二者的摩爾比為I : I. 0 I. 15 ;所述濾液主要含有Na2CO3,當用NaHCO3為原料時,還含有少量NaHCO3,當用NH4HCO3為原料時,還含有NH3 *H20和少量NH4HC03。所述硅酸鈉Na2O TiSiO2的模數n為2. 2 3. 7。 所述NaHCO3或NH4HCO3與硅酸鈉Na2O nSi02的反應,是先將所述原料均各配制成溶液,然后在反應器中在攪拌下混合二種溶液,所述溶液濃度為混合后混合液中SiO2含量在 2. 0 5. 5%。所述硅酸鈉Na2O -HSiO2溶液在混合反應前還經過了精制工序以除去不溶性雜質,所述精制工序為自然沉降澄清或過濾,所述過濾為微孔精密過濾,離心過濾或加助濾劑的壓濾機過濾。所述分去濾液的過濾采用真空過濾或壓濾機過濾。所述膠溶和增粒是同步進行,它包含以下步驟I)加水分散將經水洗的濾餅加水混合,攪拌,或再用膠體磨磨細,或用高速剪切分散機打漿,至漿料與水混合均勻并有自由的流動性;2)配制含SiO2晶種的母液;3)膠溶和增粒將確定數量的母液,一次性加入到增長反應釜中,加熱升溫,連續加入由步驟A)制得的漿料,并加入PH值調節劑,保持PH值在9. 0±0. 5,使其在穩定的條件下反應,讓漿料中溶出的小顆粒長成所需的大粒徑,漿料的用量由最終產品的要求來確定,具體為在一定的母液下,加入的漿料越多,得到的硅溶膠粒徑越大。所述濃縮是超濾濃縮。所述濾液中通往CO2,使濾液中的Na2CO3生成NaHCO3,或使其中的NH3 H2O反應生成NH4HCO3,生成的NaHCO3或NH4HCO3可循環作為與硅酸鈉反應生成水合SiO2沉淀的原料。當使用NaHCO3為原料時,所述的濾液經濃縮后,通入CO2,生成NaHCO3的飽和溶液和其結晶物的混合物,所述的濃縮是控制在使結晶的NaHCO3占混合物中NaHCO3的40 45%,然后過濾回收NaHCO3固體,濾液作為與硅酸鈉反應生成水合SiO2沉淀的原料循環使用。當使用NH4HCO3為原料時,在所述的濾液中先通入CO2反應后,再對濾液進行濃縮,然后冷卻析出回收部分NaHCO3, NaHCO3和剩余部分的NH4HCO3的混合溶液循環作為制備水合SiO2沉淀的反應原料,所述析出回收部分NaHCO3量的控制是使混合溶液中NH4HCO3和剩余部分NaHCO3的量能滿足循環反應的要求,即足夠下一循環中與Na2O nSi02反應的量。采用上述技術方案,本發明制備硅溶膠的方法,它是以NaHCO3或NH4HCO3與硅酸鈉Na2O nSi02為原料,反應得到水合SiO2沉淀,經過濾分去濾液,濾餅再經水洗、膠溶、增粒、濃縮得到硅溶膠產品。由于濾液主要是含有Na2CO3和少量NaHCO3,或者是Na2C03、NH3 H2O和少量NH4HCO3,這些都可以通過不同的處理方式重新生成反應原料,因此本發明工藝除硅源(硅酸鈉Na2O nSi02)夕卜,其他化學品均能循環使用,與現有技術相比,降低了硅溶膠的制造成本,同時少消耗資源,減少排放,減少對環境的損害,避免了現有技術需消耗大量無機酸,并產生大量含鹽含酸廢水,引起環境污染等問題。前述技術方案中還列舉了一些對濾液不同的處理方式,然后回用作為與硅酸鈉反應的原料,并可同時回收多余的nh4hco3。對前述的三種不同處理方法,在實際生產中,可根據不同的生產狀況采用相應的處理方式,以取得最好的效果。按現行原料價格計算,與現有技術相比,采用本發明方法可降低硅溶膠品生產原料成本30 %以上。
下面對上述技術方案作些簡要的分析。先介紹下作為制備硅溶膠的主要原料硅酸鈉。娃酸鈉,俗名水玻璃,商品名為泡化堿,分子式可寫作Na20 nSi02, n為SiO2與Na2O的摩爾比,常稱為模數,一般硅酸鈉產品的模數在2. 2 3. 7。硅酸鈉極易與酸發生反應析出二氧化硅,Na2O nSi02與H2SO4的反應式為
權利要求
1.一種硅溶膠的制備方法,其特征在于它是以NaHCO3或NH4HCO3與硅酸鈉Na2O *nSi02為原料,反應得到水合SiO2沉淀,經過濾分去濾液,濾餅再經水洗、膠溶、增粒、濃縮得到硅溶膠產品;所述原料為硅酸鈉Na2O ^nSiO2和NaHCO3時,二者的摩爾比為了 I : 2.0-2. 3,所述原料為硅酸鈉Na2O *nSi02和NH4HCO3時,二者的摩爾比為I : I. 0-1. 15 ;所述濾液主要含有Na2CO3,當用NaHCO3S原料時,還含有少量NaHCO3,當用NH4HCO3為原料時,還含有NH3 ·Η20和少量NH4HCO3。
2.根據權利要求I所述的硅溶膠的制備方法,其特征在于所述硅酸鈉Na2O· nSi02的模數η為2. 2-3.7。
3.根據權利要求I或2所述的硅溶膠的制備方法,其特征在于所述NaHCO3或NH4HCO3與硅酸鈉Na2O · nSi02的反應,是先將所述原料均各配制成溶液,然后在反應器中在攪拌下混合二種溶液,所述溶液濃度為混合后混合液中SiO2含量在2. 0-5. 5%。
4.根據權利要求3所述的硅溶膠的制備方法,其特征在于所述硅酸鈉Na2O· nSi02溶液在混合反應前還經過了精制工序以除去不溶性雜質,所述精制工序為自然沉降澄清或過濾,所述過濾為微孔精密過濾,離心過濾或加助濾劑的壓濾機過濾。
5.根據權利要求I所述的硅溶膠的制備方法,其特征在于所述分去濾液的過濾采用真空過濾或壓濾機過濾。
6.根據權利要求I所述的硅溶膠的制備方法,其特征在于所述膠溶和增粒是同步進行,它包含以下步驟 A)加水分散將經水洗的濾餅加水混合,攪拌,或再用膠體磨磨細,或用高速剪切分散機打漿,至漿料與水混合均勻并有自由的流動性; B)配制含SiO2晶種的母液; C)膠溶和增粒將確定數量的母液,一次性加入到增長反應釜中,加熱升溫,連續加入由步驟A)制得的漿料,并加入PH值調節劑,保持PH值在9. 0±0. 5,使其在穩定的條件下反應,讓漿料中溶出的小顆粒長成所需的大粒徑,漿料的用量由最終產品的要求來確定,具體為在一定的母液下,加入的漿料越多,得到的硅溶膠粒徑越大。
7.根據權利要求I所述的硅溶膠的制備方法,其特征在于所述濃縮是超濾濃縮。
8.根據權利要求I所述的硅溶膠的制備方法,其特征在于所述濾液中通CO2,使濾液中的Na2CO3生成NaHCO3,或還使其中的NH3 ·Η20反應生成NH4HCO3,生成的NaHCO3或NH4HCO3可循環作為與硅酸鈉反應生成水合SiO2沉淀的原料。
9.根據權利要求I所述的硅溶膠的制備方法,其特征在于當使用NaHCO3為原料時,所述的濾液經濃縮后,通入CO2,生成NaHCO3的飽和溶液與其結晶物的混合物,所述的濃縮是控制在使結晶的NaHCO3占混合物中NaHCO3的40-45%,然后過濾回收NaHCO3固體,濾液作為與娃酸鈉反應生成水合SiO2沉淀的原料循環使用。
10.根據權利要求8所述的硅溶膠的制備方法,其特征在于當使用NH4HCO3為原料時,在通入CO2反應后,還對濾液進行了濃縮,然后冷卻析出回收部分NaHCO3, NaHCO3和剩余部分的NH4HCO3的混合溶液循環作為制備沉淀SiO2的反應原料;所述析出回收部分NaHCO3量的控制是使混合溶液中NH4HCO3和剩余部分NaHCO3的量能滿足循環反應的要求,即足夠下一循環中與Na2O · nSi02反應的量。
全文摘要
本發明公開了一種硅溶膠的制備方法,它是以NaHCO3或NH4HCO3與硅酸鈉Na2O·nSiO2為原料,反應得到水合SiO2沉淀,經過濾分去濾液,濾餅再經水洗、膠溶、增粒、濃縮得到硅溶膠產品;所述濾液主要含有Na2CO3,當用NaHCO3為原料時,還含有少量NaHCO3,當用NH4HCO3為原料時,還含有NH3·H2O和少量NH4HCO3。由于濾液主要成分都可以通過不同的處理方式重新生成反應原料,因此本發明具有循環使用的特點,降低了硅溶膠的制造成本,同時少消耗資源,減少排放,減少對環境的損害,避免了現有技術需消耗大量無機酸,引起環境污染等問題。
文檔編號C01B33/141GK102633268SQ20121012190
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月19日 優先權日2012年4月19日
發明者章浩龍 申請人:浙江宇達化工有限公司