利用合成沸石副产稀碱液制五水偏硅酸钠

1、利用合成沸石副产稀碱液制五水偏硅酸钠余丽秀,孙亚光(国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心,河南郑州450006摘要合成沸石原粉副产稀碱液经除杂后,用泡花碱调整Si O 2浓度,再经浓缩、结晶、分离、干燥等过程制备五水偏硅酸钠,产品质量符合标准,生产成本较通常方法可降低25%。采用本法还可解决稀碱液对环境的污染,具有较好的环境、经济和社会效益。关键词沸石;稀碱液;偏硅酸钠中图分类号X 781文献标识码A 文章编号100621878(200020420040203合成沸石原粉生产过程中产生大量的稀碱液,其主要成分为N aOH 和Si O 2,每生产1t 沸石原粉产生810t 稀碱液。这种稀碱液

2、经处理后,少部分可返回原生产系统,大部分因难以回收而外排,不仅浪费大量的碱资源,而且对环境造成污染。五水偏硅酸钠是生产无磷浓缩洗衣粉的主要辅料之一,其用量随着无磷洗涤剂的推广而逐年增加。我们依据溶液结晶法制五水偏硅酸钠工艺1,2进行了利用该稀碱液制五水偏硅酸钠的研究。采用本法制偏硅酸钠,不但产品的成本低、质量稳定,而且可以解决稀碱液污染环境的问题,具有较好的环境、经济和社会效益。1试验部分1.1制偏硅酸钠的原料来源和原理合成沸石原粉生产是基于铝酸钠和硅酸钠溶液在高碱度、高温条件下进行合成反应,其反应式如下: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控制原料配比和改变晶化条件,可生成不同晶型和孔穴的A 型、X 型、Y 型等沸石原粉,同时伴生有大量含N aOH 、Si O 2的稀碱液。该稀碱液中N aOH 的质量浓度为6080kg m 3,Si O 22030kg m 3,其密度为1.10×1031.15×103kg m 3。生产过程中,由于沸石原粉高浓度晶化反应要求,稀碱液直接利用量有限,只能少部分返回生产系统作为稀释液。一般沸石原粉生产厂对大部分稀碱液均未能有效利用,多采用简单处理后排放的处理方法。该稀碱液中所含N aOH 、Si O 2均为制备偏硅酸钠的有用组分,对溶液

4、结晶法生产五水偏硅酸钠工艺来说,该稀碱液经适当浓缩及补加工业泡花碱后,较易满足偏硅酸钠生产工艺要求。稀碱液中补加泡花碱调整模数的反应依据为:N a 2O nSi O 2+2(n -1N aOHn (N a 2O Si O 2+(n -1H 2O式中:n 泡花碱模数1.2工艺流程和主要设备用稀碱液制偏硅酸钠的工艺流程如图1所示。生产需主要设备有稀碱液澄清槽、计量槽、配料槽、蒸发器、结晶器、离心机、干燥机、振动筛等。2试验结果2.1稀碱液处理稀碱液中含有少量微细的水不溶物,其成分为铝硅酸钠,它会造成偏硅酸钠产品中水不溶物指标超标。为了保证偏硅酸钠产品质量,稀碱液需经静置收稿日期2000201219

5、作者简介余丽秀(1962-,女,河南省郑州市人,国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心高级工程师,学士,1983年毕业于郑州大学化学系,主要从事无机硅化合物材料的研究。04化工环保HUA GON G HUANBAO 2000年第20卷第4期 澄清处理。为了提高澄清效果,可加少量聚丙稀酰胺絮凝剂。静置澄清后,上部清液经计量后与工业泡花碱、五水偏硅酸钠母液配制成反应液 。图1用稀碱液制偏硅酸钠的工艺流程2.2蒸发浓缩将配制的反应液送进蒸发器进行蒸发浓缩,当反应液蒸发至(N a 2O +Si O 2的质量分数为32%42%、密度为1.45×1031.65×103kg m 3时送

6、入结晶器。2.3结晶、分离和干燥蒸发后的反应液的温度近110,搅拌,迅速冷却至60,在一定的温度下计量加入晶种和助剂,使N a 2Si O 35H 2O 结晶析出,分离湿样,母液循环使用,结晶经干燥后得成品。五水偏硅酸钠成品的质量测定结果见表1。表1五水偏硅酸钠成品的质量样品(N a 2O %(Si O 2 %(Fe %(水不溶物%#129.6328.000.030.20#229.9027.820.030.20#330.0028.200.030.30HG T 2568294标准28.030.527.029.20.080.30注为质量分数的法定符号。由表1可以看出,用该稀碱液和工业泡花碱为原料,

7、采用本工艺制得的偏硅酸钠,成品质量达到标准要求。3试验结果讨论3.1结晶浓度的影响从五水偏硅酸钠相图上分析3,其结晶液中(N a 2O +Si O 2的质量分数为25%58%时可生成五水偏硅酸钠。本试验中发现,溶液中N a 2O 、Si O 2含量是相互影响的,Si O 2含量高,结晶周期长,直接用物质的量比n (N a 2O n (Si O 2为1、固含量为58%的溶液结晶,加入晶种,结晶完全需要72120h 。N a 2O 含量愈高结晶速度愈快,但较快的结晶速度易使结晶粒度太小、晶体成长时夹带N a 2O 多,从而使得产品质量难以达到要求,且贮存时容易吸潮结块。n (N a 2O n (S

8、i O 2与结晶时间之间关系的试验结果见表2。表2n (N a 2O n (Si O 2与结晶时间的关系n (N a 2O n (Si O 2结晶与否结晶时间 h0.50.8不结晶0.951.03结晶>721.21.8结晶15201.92.3结晶46注n 为物质的量的法定符号。由表2可见,n (N a 2O n (Si O 2为1.92.3时,结晶时间仅需46h 。即(N a 2O +Si O 2的质量分数控制在32%42%为宜。3.2温度的影响偏硅酸钠晶体的生长过程对温度比较敏感,晶体成核需经诱导过程。为了得到粒度均匀、质量合格的结晶,通过外加晶种控制一定的晶核数量,在相对恒定的温度和

9、过饱和度下,使晶体匀速生长;结晶后期,控制1 m in 左右的降温速度,使晶体快速长大,至3840趁热分离出料。3.3晶种的影响142000年第20卷第4期余丽秀,等:利用合成沸石副产稀碱液制五水偏硅酸钠在偏硅酸钠结晶过程中,在适当温度下向溶液加入合适粒径及数量的晶种,使被结晶的物质在晶种表面上生长,整个过程在较慢的搅拌速度下进行,使晶种较均匀地悬浮在溶液中,以减少二次成核数量。晶种的加入量取决于结晶过程可被结晶出来的物质的量和所希望得到的产品的粒径,假设结晶过程中无初级成核,则成品粒子的总数等于晶种粒子的总数,即:M p K v PL 3p =M sK v PL 3s则:M s =M p (

10、Ls L p3式中:M s 、M p 晶种、成品的质量,kg L s 、L p 晶种、成品的平均粒径,mm 偏硅酸钠自水溶液的结晶过程,由于介稳区的宽度较窄,易于进入不稳区,因此,一般采用粒径较大(0.10.2mm 的晶种。如果要求成品的粒径为1mm ,考虑到溶液自身成核的数量,实际加入粒径为0.1mm 规格晶种的量仅为理论量的40%60%。3.4其他助剂的影响为了便于分离操作过程中游离水与晶体的分离,在降温结束前0.5h 加入相当于结晶液总量0.005%0.015%的表面活性剂(如十二烷基苯磺酸钠。为了提高成品的白度,在离心分离前加入相当于结晶液总量0.1%的增白剂,产品白度可提高25个白度

11、值。3.5技术经济分析五水偏硅酸钠目前的市场售价为19002300元 t 。按通常的偏硅酸钠生产方法,吨产品消耗原料及水蒸气的费用合计约为1200元,而本法仅为780元,加上其他费用,二者的销售成本分别为1750元t 和1300元 t 。以偏硅酸钠的市场平均售价2100元 t 计,年产1000t 装置可获得的利税分别为:通常生产方法:1000×(2100-1750=35万元本法:1000×(2100-1300=80万元由此可见,本法与通常生产方法相比,年产1000t 偏硅酸钠的装置年可多获利税45万元。4结论(1利用合成沸石原粉生产中产生的稀碱液制得的五水偏硅酸钠,产品质量

12、符合标准(H G T 2568294。(2采用本法与采用通常的生产偏硅酸钠方法相比,前者的经济效益明显优于后者,而且本法对降低合成沸石原粉的生产成本也有一定作用。同时,本法的研究成功为该稀碱液的治理提供了一条新途径。因此,本法具有较好的环境、经济和社会效益。参考文献1余丽秀,等.溶液结晶法制五水偏硅酸钠J .无机盐工业,1994,(4:69.2王西新.五水偏硅酸钠的制备J .日用化学工业,1998,(4:5657.3日本化学会编,安家驹译.无机化合物合成手册M .北京:化学工业出版社,1986.5556.P re pa ra tion of S od ium M e ta s ilica te

13、 P e nta hyd ra te from D ilute Lye G 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

14、 ared from dilu te lye generated in zeo 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