[发明专利]碱金属硅酸盐的制备方法

说明书

本发明涉及一种在高温和常压下由含SiO₂的晶体材料和碱金属氢氧化物水溶液制备碱金属硅酸盐的方法。

碱金属硅酸盐如水玻璃被大量制备，并且既以溶液形式又可作为固体在许多领域中得到应用。属于这类领域的有洗涤和干洗剂、粘合剂、颜料、矿石浮选和水处理。它也可用作原料来制造沸石及硅酸、硅溶胶和硅凝胶（Büchner等人，“工业无机化学”，化学出版社，1984，333页）。

水玻璃溶液从实用角度用两个物理量纲表征。其一用摩尔比SiO₂/M₂O表示，下面称为系数（Modul），以及固体含量，也就是溶液中SiO₂和M₂O的重量分数，这里M表示Na或K^-。两种因素都对碱金属硅酸盐溶液的粘度有影响。

由图和表可在一定的系数下找到一种碱金属硅酸盐的最大溶解度。一般来说，在较高的碱含量下，也就是在较低的系数下，可在溶液中达到较高的固体含量。直到系数为4.3的水玻璃经熔化法得到。这种熔化法近百年来已经公知;今天有效的仅仅还有石英砂与苏打在1500℃温度下的反应（Winnacker-Küchler，“化学工艺”，C.Hanser出版社，第4版，（1983），第3册，“无机工艺Ⅱ”，58页随后）。这样制备的碱金属硅酸盐只有很少的部分作为固体玻璃出售。主要部分紧接着溶于水中。对系数＞2.0的玻璃，在溶液回流温度下的反应速度是不令人满意的，因此优选在4-6巴和150℃下的热压浸出。

低分子（系数＜2.7）的富碱水玻璃也可由石英砂和浓氢氧化钠水溶液热液制造。由于石英砂的反应率低，因而必须提高温度和压力。工业上应用两种方法：在200至220℃温度下用镀镍旋转压力溶解器和在250至260℃的温度下用管式反应器（Winnacker-Küchler，上文，61页及随后）。

细分的非晶形硅酸在碱液中溶解放热。这样，通过热解或沉淀的硅酸与苛性碱溶液反应，有时得到特别纯净的碱金属硅酸盐溶液。不考虑特殊情况，这种方法太昂贵了。

在各种工艺过程中，非晶形硅酸也作为付产物或废料沉淀下来。许多使用这种硅酸的方法已被描述。

根据Przem.Chem.67（8）（1988）384-6（化学文摘109：213144f）所述，由ALF₃和HF制备中的废硅酸可以得到中等系数的硅酸钠溶液。

按照JP-7617519（化学文摘，86：19116q），在硅铁合金制造中的粉尘含有约90%（重量）高活性SiO₂，它可以在90℃温度下与8.1%的氢氧化钠溶液反应而转化成一种具有高系数的水玻璃溶液。

作为其它的碱金属硅酸盐，固体的无水晶体多硅酸钠（Na₂SiO₂）_∞作为洗涤和干洗剂中的构成组分具有工业价值。总组成为Na₂SiO₃的硅酸钠含有SiO₄四面体的无头的链，该链由键桥与钠原子连结。这种链硅酸盐在矿物学中称作“链硅酸盐”在化学中叫“聚硅酸盐”。推广但错误的是“偏硅酸盐”的叫法。下面只用“多硅酸钠”这一称呼。

在大工业规模中，通过在约950℃于回转炉中由石英砂和苏打进行均热反应制备无水多硅酸钠（Büchner等，“工业无机化学”，化学出版社，1984，333页）。反应时间约为45分钟。在更高的温度下，但反应时间较短，也可以通过熔化石英砂和苏打来得到该多硅酸盐（Ullmann′s Encyklopdie der technischen Chemie，化学出版社，1982，21册，412页）。

US-PS3532458还描述了由石英砂用热液法制造多硅酸钠。这里，在高压下约200℃的温度对于石英砂与氢氧化钠水溶液的完全反应是必要的。

DE-AS1567572提出，用下述方法制备无水的晶体碱金属硅酸盐，尤其是多硅酸钠，在加热到130℃温度并保持持续运动的细分散固体碱金属硅酸盐上，通过喷涂一种碱金属硅酸盐水溶液形成一层薄膜，并由一股另外的热气流引起水分的汽化，其中重复涂层和干燥步骤，直到晶体无水碱金属硅酸盐微粒的尺寸上升到所期望的程度为止。通常，这里将一部分同时形成的无水碱金属硅酸盐作为原料成分返回该连续工艺。