泡花碱生产与应用

1、泡花碱生产与应用潘丁文(南化集团公司连云港碱厂连云港222042主题词:泡花碱干法湿法1国内泡花碱的生产情况我国泡花碱的生产始于三十年代,到目前为止全国在二十七个省市建有140余家生产装置,生产能力突破100万吨,万吨规模以上的厂家有三十余家,五千吨以上的厂家有二十多家,生产方法大多数采用干法反射炉生产工艺,近几年有少数厂家改用马蹄焰炉,喷雾法生产速溶型硅酸钠刚刚起步。我国水玻璃品种不多,模数一般为212317,模数高的产品产量较低,大都以液体形式供应市场,尽管一些厂家有固体形式的产品出售也是水淬之后的玻璃体,并非速溶粉状产品。我国水玻璃的生产分为两大类:干法生产和湿法生产工艺,现介绍如下。1

2、11干法工艺干法工艺是将石英砂和钠盐(主要指Na 2CO 3、Na 2SO 4搅拌均匀,在1400左右的高温下熔融反应。根据原料不同又分为纯碱法和芒硝法。生产过程都包括配料、煅烧、浸溶、浓缩等四道工序,工艺流程如图1。 图1干法工艺流程图具体过程是:A :配料与熔融:纯碱或芒硝与石英砂按比例,经搅拌机搅均匀后经贮槽、加料斗由螺旋输送机加入反射炉或马蹄焰炉进行熔融反应。炉内采用重油或煤作燃料,燃烧温度达14501500(不低于1350进行如下反应:Na 2CO 3+nSiO 2Na 2O nSiO 2+CO 22Na 2SO 4+C +2nSiO 22Na 2O nSiO 2+2SO 2+CO

3、2B :浸溶:熔窑加入生料时,已熔融的水玻璃即可从下料口流入冷却槽中,经小型履带式输送机送入贮料桶内,过磅后由电动行车将桶内的玻璃块吊起倒入滚筒内,根据块子重量及不同产品规格加入适量水,通入蒸汽溶解,蒸汽压力一般为014015MPa ,液筒转速为24r/min ,溶解到一定浓度后放入沉清槽内,经自然沉清除去杂质。C :浓缩:除去杂质后的溶液送到浓缩槽内进行浓缩,采用蒸汽间接加热,槽底利用熔窑烟道气余热加热,溶液浓缩至要求浓度时即为成品。11111干法生产中采用Na 2CO 3和Na 2SO 4对比在传统生产中一般采用Na 2CO 3作为原料,由于纯碱价格昂贵,加之全国各地发现芒硝矿藏或副产芒硝

4、资源,而芒硝价格低廉,有些厂家用芒硝替代纯碱取得很好效果。芒硝法工艺流程简单,对原料要求不苛刻,产品质量尚好,能达到国家规定的二级品标准,最主要一点是大大降低生产成本,目前芒硝市场价格仅为纯碱的1/21/3。当然采用芒硝作原料后对生产也有不利影响,由于芒硝熔点高出纯碱33,因而能耗稍高,同时在生产中如果芒硝还原不完全时,有芒硝水存在与水接触飞溅形成“硝水”问题。要克服以上两个缺陷可以采用改进炉型,由反射炉改用马蹄焰炉,修建反应炉时选用不同耐火材料,同时在硝水液面适当撒一层煤粉还原,克服“硝水”飞溅现象。11112干法生产改进方向由于干法生产产品质量好,因而它仍是我国目前泡花碱生产的主要方法之一

5、。但由于其能耗大、成本较高等缺点,在市场竞争中缺乏竞争力,必须进行技术改造,改造方向主要是一方面要改进炉型,淘汰反射炉,改用马蹄焰炉以节省能耗;另一方面推广采用芒硝作原料替代纯碱以大幅度降低生产成本,从而提高生产企业经济效益。112湿法生产工艺湿法生产泡花碱又分为传统湿法工艺和活性SiO 2常压生产工艺两种。 11211传统湿法生产工艺传统湿法生产泡花碱产量高,能耗低,劳动强度低,原料易得,但该法只能生产模数小于215的产品,其生产原理是石英砂在高温烧碱中溶解生成硅酸钠,反应式为+nSiO 2Na 2O nSiO 2+H 2O 。工艺过程包括配料混合,加热反应及过滤浓缩等几个操作过程。1121

6、2活性SiO 2常压生产工艺活性SiO 2常压生产泡花碱是在近几年的三废治理过程中开发的一种新工艺,目前采用该法生产厂家不多,该法可生产模数为212317的任何产品。其机理是利用工业生产中产生的副产品或下脚料中的活性SiO 2(或硅胶在常压下加热与烧碱反应生成硅酸钠。反应方程式与传统湿法工艺相同,工艺流程见图2。图2活性SiO 2常压生产泡花碱工艺流程在磷肥工业中生产过磷酸钙副产品(即含氟硅胶或高锌铁矿制取活性ZnO 的下脚料(活性SiO 2经用大量的水冲洗并压滤,除去杂质,然后与天然碱制烧碱的废渣或液碱按一定比例混合强力搅拌并加热至6080,反应12h ,过滤杂质,再将清液加热浓缩或减压脱水

7、到所需浓度即得成品。对磷肥企业来说开发此产品有着显著的社会效益和经济效益。2我国泡花碱应用情况泡花碱在我国的应用历史比较悠久,其用途极广,几乎遍及各个行业,具体情况如下:211肥皂及洗涤剂工业中的应用泡花碱在制皂工业中是最有价值的填料,肥皂中掺入泡花碱后可增加硬度及洗涤能力,防止肥皂酸败并能缓冲肥皂中的碱性以及减少肥皂在硬水中的损耗。同时肥皂中的Na 2SiO 3组成能使泡沫稳定,有助于油类污物的浮化作用,目前一般采用的品种是40°Be,模数为214和313两种。水玻璃在合成洗涤中的应用主要利用其助洗效果。由于水玻璃与其它助洗剂在一起使用时能起互相协调的作用,它在洗涤剂中表现以下几个

8、功能:防腐功能;缓冲功能;悬浮、胶溶、稳定泡沫作用;起配料、喷粉的功能。212在硅制品工业中的应用由于水玻璃价格适宜、容易购买,因而在化工中制备硅产品大都采用水玻璃为原料。21211硅凝胶是一种无定形粉末状SiO2,采用水玻璃经过化学药剂处理而成。使用的方法通常有:利用水玻璃和各种酸类或碱式盐的反应;采用水玻璃和溶于水的盐类作用;通过水玻璃溶解、电解;利用各种有机物从碱金属硅酸盐溶液中析离出来等。21212制备硅胶硅胶是一种良好的吸附剂,广泛用于仪器、设备的防潮与干燥中,还用于色层分析、色谱分析、橡胶填料和催化剂及其载体中。硅胶可分为两种:一种是细孔硅胶(防潮硅胶;另一种是粗孔硅胶(炼油硅胶。

9、生产硅胶的主要原料是水玻璃和酸,生产变色硅胶还要用氯化钴(CoCl26H2O作辅料。所用水玻璃的模数一般为313314,密度为11181119g/cm3,Na2O重量为417418%,同时要求水玻璃中水不溶物含量小于0115%,以免杂质混入硅胶中将孔堵塞或将孔涨裂等。21213用作生产白炭黑的原料白炭黑又名轻质二氧化硅,因其优良的物理性能在工业上大量使用作为橡胶工业的补强剂,还用于润滑剂、绝缘材料等。白炭黑通常用水玻璃与稀盐酸作用而制得,每生产1吨白炭黑需要消耗5吨13°Be,模数为313316的水玻璃。21214用作制备沸石及分子筛的原料分子筛是具有均一微孔结构而能将不同大小的分子

10、分离的固体吸附剂,被广泛用于石化工业中的气体,液体的干燥、脱水、净化、分离和吸收,被吸附的液体或气体可以解吸。此外,分子筛也可用作石油裂化的催化剂等。分子筛一般采用沸石除去结晶水而制得,微孔大小在沸石加工时调节。沸石是由许多含水的钙、钠以及钡、锶、钾的铝硅酸盐矿物的总称。一般为浅色,玻璃光泽。除天然产品外,也可采用水玻璃为主要原料人工制成,它曾广泛用于软化硬水,现主要用于洗涤行业助剂。213在造纸及助染、漂白、浆纱等轻纺工业中的应用利用水玻璃作为造纸的填料可使纸张在造纸机上操作顺利,在压辊上不发生粘连,使上、下毛毡的损耗减少,能使造纸机排出含有纤维性的白水沉降速度加快,还能增加纸张强度及抗水性

11、,保持纸张表面光滑便于印刷。在用于染彩色纸张时,可增加吸附能力并使染料容易固定,缩短打浆时间,节省漂白原料。也可用于除去废纸上的油墨,再制成白纸等。在纺织工业中水玻璃被大量用于丝织品加重的浆料及浸渍剂,还在织物染色和压花纹时作为媒染剂和固着剂。214用作粘结剂和填充剂水玻璃溶液在逐渐失水之后粘度显著增大,以后则引起硬化,因此可以用作粘结剂。水玻璃溶液的胶粘性随着模数及浓度的不同而在较大范围内变动。对于粘结纸张或纸板等材料时,一般采用3134范围内的高模数水玻璃溶液,浓度为37 40°Be;对于粘结各种玻璃、瓷器、精陶及其它硅酸盐制品,采用胶粘性能最强的模数为310313,密度为113

12、91142的水玻璃。水玻璃还可以粘结各种人造或天然硅酸盐材料,同时硅酸钠具有耐高温特性,可用凝结速度较快,含水量较少的高模数水玻璃来粘结石棉及石棉制品。对于木材、木器及胶合板,水玻璃也有很强的粘合力。采用模数不低于313315的水玻璃效果最好,其抗拉强度极限达到78MPa,抗剪强度为1011MPa。有机织物经过水玻璃溶液浸渍后大大降低可燃性。采用水玻璃与各种有机胶(淀粉、糊精等配成高质量的混合胶可粘合高强度胶合板。215在铸造工业中的应用根据水玻璃胶粘性能用于铸造生产中析出无定形的SiO2作为粘剂,粘合砂和粘土颗粒,使之按人们的设计粘结成铸造用的铸型和芯型。在铸造生产中,水玻璃还被用作精密铸造

13、铸型的粘结材料,石蜡铸造就是其中之一。在电气仪表、汽车拖拉机、军工生产、石化机械等行业的制造中,该法是制造复杂零件中较有效的方法之一。用水玻璃作粘结剂采用石蜡铸造的铸件尺寸精密、表面光滑,只需保留很少的加工余量,甚至不必进行切削加工处理即可满足要求。216水玻璃在耐火材料、陶瓷材料及其制品的应用由水玻璃与各种矿物质配制而成的各种混合料,加热到一定温度就会变成一种与原始材料性质不同的新型硅酸盐材料。在制备耐火硅酸盐材料时,可以采用不同模数的水玻璃及各种矿物质填料,水玻璃与磨细的铬矿与硅化铁的混合物经过适当的热处理,可变成一种能经受1100高温而不发生任何变形的耐火材料。将水玻璃与耐火粘土混合料加

14、热到高温之后,得到一种密实性高而完全不透气的硅酸盐材料,可用于化工设备、焦炉、烟囱以及承受腐蚀性气体介质作用的材料的衬里。采用水玻璃、刚玉、碳化硅、锆石等调制而成的复合混合材料,可以作为制造高温炉设备上使用的各种耐火陶瓷材料,使用它具有较强的耐急热、急冷和耐腐蚀性能。除此之外,水玻璃还可用于涂料工业、制糖工业、冶金工业等各领域。据统计,前几年我国水玻璃消费结构是:轻工方面占66%其中纸箱、纸板粘结占42%,肥皂、洗涤剂占24%;冶金、机械行业占17%;化工原料占10%;纺织及其它为7%。3我厂开发无水泡花碱的可能性就泡花碱产品本身而言,它是一种和纯碱、氯化钙性质类似的大宗化工原料产品,前面已经说过其应用领域十分广泛,国内市场也基本供求平衡。但模数高的固体泡花碱产品不但在国内仍有较大市场,而且在日本等国际市场十分看好。去年日本几家化工公司来我厂商谈合资生产60kt/a固体泡花碱项目,产品全部返销日本。从这一信息我们可以看出,在象日本等工业化国家里,泡花碱的生产呈萎缩趋势,需转产国外。而我们在生产泡花碱方面具有很大优势:纯碱就地供应,方便充足;东海石英砂其数量和质量在全国堪称一流,连国内最大泡花碱厂青岛泡花碱厂都从东海采购石