專利名稱：用于從金伯利巖尾礦制備硅酸鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
全世界每年生產(chǎn)約四百萬噸可溶性硅酸鹽，它們在洗滌劑、顏料、催 化劑以及二氧化硅凝膠生產(chǎn)工業(yè)中獲得主要應(yīng)用。這些硅酸鹽還用于粘合 劑、水泥和建筑材料以及紙漿和造紙工業(yè)?？扇苄怨杷猁}還用于在釀造、 制酪業(yè)、食品加工和金屬加工工業(yè)中通用的清洗，如水清洗、設(shè)備清洗。 在鑄造工業(yè)中，硅酸鹽用作從中可以生產(chǎn)鑄件的砂芯和模具的生產(chǎn)用的粘 合劑。這些硅酸鹽還獲得了下列應(yīng)用粘合絕緣材料，例如蛭石、珍珠巖 和許多礦物及礦石；密封多孔表面，例如石棉和纖維狀材料。
堿金屬硅酸鹽(Alkali silicates)是一類具有許多物理和化學(xué)性質(zhì)的化學(xué) 品。這些堿金屬硅酸鹽主要是通過用高于100(TC的砂熔化碳酸鈉或碳酸 鉀，或在壓力下用氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液煮解砂來制備的。堿金屬硅酸 鹽的特性允許它們用于多種應(yīng)用，例如焊條、肥皂、洗滌劑、硬表面清 潔劑、涂層材料、以及電子學(xué)。
特別是，硅酸鈉用于制造特種無機材料，即沉淀二氧化硅、硅溶膠/
膠體二氧化硅及硅膠、硅酸鈣和硅酸鋁、硅酸鋅和硅酸鈦、三硅酸鎂、沸 石等。硅酸鈉還用于礦石浮選、渠道襯砌以及泥土固結(jié)。
金伯利巖尾礦是在鉆石開采中以巨大的固體廢物形式產(chǎn)生的。在諸如
印度的國家，從它的Panna鉆石礦，典型地，每開采10克拉鉆石，產(chǎn)生 約100噸的金伯利巖。在印度，在早先的鉆石開采中已經(jīng)積聚了約3-4百 萬噸的金伯利巖。在估計Panna礦的壽命為20年的情況下，在該國可能 獲得大量的金伯利巖廢物。在全球范圍考慮此問題，由于諸如南非和加拿 大的國家同樣涉及鉆石開采，產(chǎn)生的金伯利巖的量具有嚴重的影響。因此， 適宜的是，尋找有利益地利用在鉆石開采中所積聚的金伯利巖的技術(shù)解決 方案。金伯利巖的典型化學(xué)組成如下
Si02 30-32%， Al203 2-5%， Ti025-8%， CaO 8匿10%， MgO 20-24%， Fe203 5-11%, LOI 13-15%金伯利巖富含氧化鎂和二氧化硅，因此存在從此材料開發(fā)基于二氧化硅和 鎂的產(chǎn)物的機會。因此，在二氧化硅含量的富集以后，隨后通過化學(xué)處理 努力制備增值的產(chǎn)物例如硅酸鈉。金伯利巖的增值將不僅會使鉆石開采更 有經(jīng)濟效益，而且還會使它成為環(huán)境友好過程。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)讓給Beecher和Mich的美國專利2,219,646 (1940)已經(jīng)公開了一種 通過二氧化硅與溫度低于氫氧化鈉的熔點或熔化溫度的氫氧化鈉的干熔 融制備硅酸鈉的方法，并且向反應(yīng)混合物中加入約2至4%的蘇打灰。二 氧化硅的來源可以是石英砂、石英、火山灰石、石英粉等。該方法的缺點 是二氧化硅與氫氧化鈉的高溫熔融，因而該方法是能量密集并且不經(jīng)濟 的。
轉(zhuǎn)讓給Habemickel的美國專利2,829,030 (1958)，其中報道了在蒸汽 作用下由砂和堿金屬氯化物以及約2至4%的其它堿金屬鹽的混合物制備 具有2.74至3.16的Si02/Na20摩爾比的堿金屬硅酸鹽的方法，所述其它 堿金屬鹽是例如碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀和碳酸氫鉀或它們的混合物。 該方法包括在115(TC至125(TC的蒸汽處理之前的燒結(jié)步驟，其中將二氧 化硅和堿金屬氯化物的混合物研磨，然后在78(TC至84(TC燒結(jié)，然后冷 卻。此方法用更便宜的堿金屬氯化物取代了常規(guī)使用的堿金屬的碳酸鹽和 硫酸鹽。然而，由于在1150-1250。C的高反應(yīng)溫度下進行2-6小時，該方 法是高度能量密集的，并且涉及反應(yīng)混合物的燒結(jié)的預(yù)處理。
轉(zhuǎn)讓給McDaniel的美國專利2,988,423 (1961)已經(jīng)描述了一種通過下 列步驟制備Si02/Na20摩爾比在1.0至2.8的范圍內(nèi)的硅酸鈉的方法在 65至300磅/平方英寸的壓力下，將石英砂與碳酸鈉的水溶液在155'C至 217。C反應(yīng)約20小時或更久。該發(fā)明的缺點是制備的硅酸鈉的摩爾比較低， 高的反應(yīng)壓力和溫度，以及非常長的反應(yīng)時間使得方法不經(jīng)濟。
轉(zhuǎn)讓給Haase等的美國專利3,984,526 (1976)公開了一種用于制備Si02: 堿金屬氧化物摩爾比為2.5-5.5:1，并且二氧化硅含量為16-23重量％的堿 金屬聚硅酸鹽溶液的方法，所述方法包括在室溫和反應(yīng)混合物的沸點之 間的溫度下，使式Si(0R)4的四烷氧基硅烷與堿金屬氫氧化物水溶液接觸，其中每一個R獨立為l至3個碳原子的直鏈或支鏈烷基；以及在高達100 。C的溫度下，蒸餾出通過硅烷與堿金屬氫氧化物的反應(yīng)形成的醇。該方法 的缺點是二氧化硅的來源是四烷氧基硅垸，這使得方法不經(jīng)濟。
轉(zhuǎn)讓給Melkonian的美國專利4,029,736 (1977)公開了一種用于制備水 玻璃的方法，所述方法使用珍珠巖作為二氧化硅的來源，通過使用濃度為 40-140 g/1、以使液相與固相的比率為(0.7-1.5):l的量取得的堿性溶液處理 所述珍珠巖，然后通過過濾將在熱處理過程中得到的水玻璃與形成的殘渣 分離。該方法的缺點是珍珠巖與堿金屬氫氧化物在13(TC至150°C、在自 生壓力下反應(yīng)。
轉(zhuǎn)讓給Deabriges Jean的美國專利4,336,235 (1982)包括一種由含二氧 化硅材料以連續(xù)方式制備硅酸鈉溶液的方法。此方法包括向溫度為
225-245。C并且壓力為27-32巴的反應(yīng)區(qū)中連續(xù)加入所述含二氧化硅材料 和氫氧化鈉-碳酸鈉溶液的流，并且時間足以形成硅酸鈉溶液，并且從該反 應(yīng)區(qū)回收所述硅酸鈉溶液。在此方法中，在鍍鎳熱交換器中，在250-280 。C的溫度預(yù)熱NaOH-Na2C03的流。這需要高成本設(shè)備，并且操作條件表 明，所需的使用成本較高，這增加了生產(chǎn)成本。
轉(zhuǎn)讓給Metzger等的美國專利4，520,001 (1985)公開了一種用于制備 Si02/堿金屬氧化物的重量比為2.5以下的堿金屬硅酸鹽的澄清溶液的方 法，所述方法包括在沒有機械攪拌的情況下，使堿金屬氫氧化物的水溶 液通過在垂直管狀反應(yīng)器的底部形成的結(jié)晶二氧化硅的床，所述二氧化硅 具有在約O.l mm和2 mm之間的平均粒徑，所述二氧化硅和堿金屬氫氧 化物從反應(yīng)器的頂部進料，并且從反應(yīng)器的底部回收得到的堿金屬硅酸鹽 的澄清溶液。反應(yīng)溫度被保持在15(TC和24(TC之間。該方法的缺點是Si02/ 堿金屬氧化物的重量比為2.5以下。不能得到高的Si(V堿比率的硅酸鹽， 并且需要最低15(TC的反應(yīng)溫度。
轉(zhuǎn)讓給Jeromin等的美國專利4,676,953 (1987)公幵了一種通過下列步 驟連續(xù)生產(chǎn)摩爾比Si02/Na20為1-2.8:1的硅酸鈉的方法使砂在150-300 。C和5-40巴的壓力下熔化于氫氧化鈉水溶液中。此方法的缺點是在高壓下 的高反應(yīng)溫度，這使得方法不經(jīng)濟。
轉(zhuǎn)讓給Christophliemk等的美國專利4,770,866 (1988)公開了通過下列步驟生產(chǎn)硅酸鈉的方法在合適的爐中，將石英砂和蘇打在1,4CKTC至 1，50(TC—起熔融，同時放出C02。然后，在高溫、壓力下進行的另一個工 藝步驟中，將熔體溶解在水中，所述熔體在冷卻時以玻璃塊的形式凝固。 根據(jù)質(zhì)量要求，任選過濾這樣得到的溶液。然而，由于非常高的工藝溫度， 此方法消耗非常高的量的能量。
轉(zhuǎn)讓給Novotny等的美國專利5，000，933 (1991)公開了一種通過以下步 驟制備具有高的Si02/Na20摩爾比的硅酸鈉的方法將二氧化硅源與氫氧 化鈉水溶液、或與使用含有足夠的方英石相分數(shù)的二氧化硅源的硅酸鈉水 溶液反應(yīng)；或在水熱處理之前，在110(TC以上但是低于二氧化硅的熔點的 溫度加熱來調(diào)節(jié)二氧化硅的其它晶形。該反應(yīng)在處于15(TC至30(TC的溫 度以及在對應(yīng)這些溫度的飽和蒸汽壓下的密閉壓力反應(yīng)器中進行。此方法
的缺點是在二氧化硅源中需要足量的Si02的方英石相，否則，在與氫氧化
鈉溶液的水熱反應(yīng)之前，需要在非常高的溫度下處理該二氧化硅源。此方 法的另一個缺點是水熱反應(yīng)在150。C至30(TC的范圍內(nèi)、在自生壓力下進 行。
根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)，硅酸鈉是通過使用石英砂、方英石、珍珠巖等以 及碳酸鈉或氫氧化鈉制備的。在用于制備硅酸鈉的現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法 要么是能量密集的，要么操作條件是使用成本非常高的操作條件。在出版 文獻或?qū)＠墨I中，沒有其中金伯利巖尾礦已經(jīng)用作制備硅酸鈉和其它增 值二氧化硅基產(chǎn)品的二氧化硅源的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是使用金伯利巖尾礦作為用于制備硅酸鈉的二氧化 硅源。
本發(fā)明的另一個目的是使用消除如上詳述的缺點的能量有效方法制備 硅酸鈉。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于能夠從在鉆石開采中產(chǎn)生的金伯 利巖尾礦最大限度回收二氧化硅的方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于制備適于各種商業(yè)應(yīng)用的具有不 同Si02/Na20摩爾比的硅酸鈉的方法。本發(fā)明的再一個目的是提供一種這樣的方法，其中對于作為二氧化硅 源的應(yīng)用，金伯利巖尾礦是大量富集二氧化硅含量的。
發(fā)明概述
將已知重量的金伯利巖尾礦加入玻璃圓底燒瓶中預(yù)先量取的18重量
%/體積的鹽酸中，保持固液比為1:4，同時在回流條件下、在沸騰溫度連 續(xù)攪拌?；亓?至5小時以后，過濾漿液并且用自來水清洗濕濾餅，直至 無酸為止。為了制備硅酸鈉，用8至10重量％的NaOH溶液煮解這樣得 到的酸處理金伯利巖尾礦，保持固液比為1:4。將需要量的氫氧化鈉溶解 在不銹鋼夾套反應(yīng)器中預(yù)先量取的必需體積的水中。在攪拌下，向此堿溶 液中緩慢加入需要重量的酸處理金伯利巖，以制備均勻的漿液。通過使蒸 汽穿過反應(yīng)器的夾套來達到反應(yīng)溫度。達到該溫度以后，在恒速攪拌下繼 續(xù)煮解達特定的時間。在反應(yīng)完成以后，過濾漿液并且用自來水清洗殘渣， 以回收二氧化硅和堿。分析濾液和清洗水的Si02和Na20含量。
發(fā)明描述
因此， 一種用于從金伯利巖尾礦最大限度回收二氧化硅的方法，所述 方法包括
(1) 用1至5 N的無機酸的酸在95-100°C的范圍內(nèi)的溫度下處理金伯利 巖尾礦，時間在3-5h的范圍內(nèi)，以固體形式得到二氧化硅富集的材料；
(2) 在處于95-190。C的封閉系統(tǒng)中，或在處于沸騰溫度的敞開系統(tǒng)中， 用濃度在8-10%的范圍內(nèi)的堿溶液煮解二氧化硅富集的固體，時間在3-4h 的范圍內(nèi)，以得到所需性質(zhì)的硅酸鈉。
因此，本發(fā)明提供了一種用于從金伯利巖尾礦最大限度回收二氧化硅 的方法，其中首先在95-10(TC下，用1至5N的無機酸例如鹽酸處理金伯 利巖尾礦，時間為3至5h，以濾液形式除去酸溶性雜質(zhì)，并且以固體形 式得到二氧化硅富集的材料，隨后，在處于95-19(TC的密閉系統(tǒng)中，或在 處于沸騰溫度的敞開系統(tǒng)中，用8至10%的堿溶液，即氫氧化鈉煮解二氧 化硅富集的固體，歷時3至4小時，以制備所需的適用于商業(yè)應(yīng)用的性質(zhì) 的硅酸鈉。未加工的金伯利巖典型地含有約32-35%的二氧化硅。為了回收二氧化 硅并且將此二氧化硅轉(zhuǎn)化為增值產(chǎn)品，必要的是通過升級來增加金伯利巖 尾礦的二氧化硅含量。金伯利巖中二氧化硅的富集對于其有效用作生產(chǎn)硅 酸鈉的二氧化硅源是必需的。將金伯利巖尾礦在回流條件下的沸騰溫度用 鹽酸處理，并且連續(xù)攪拌以除去酸溶性雜質(zhì)。酸處理的金伯利巖尾礦中的
二氧化硅含量增加至72-78%。 二氧化硅富集的金伯利巖尾礦用于貯存穩(wěn) 定的硅酸鈉的制備。
在本發(fā)明的一個實施方案中，金伯利巖尾礦是使用銷棒粉碎機研磨的， 并且通過60目的篩子。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，在回流條件下的沸騰溫度并且在連續(xù) 攪拌的情況下，用無機酸例如鹽酸處理金伯利巖尾礦的60目部分，以將 存在于金伯利巖尾礦中的酸溶性雜質(zhì)以濾液的形式除去。
在本發(fā)明的再一個實施方案中，在攪拌下，用堿例如氫氧化鈉溶液在 105。C煮解二氧化硅含量富集的酸處理金伯利巖尾礦，固定時間為3至5 h。
在本發(fā)明的再一個實施方案中，使用真空過濾系統(tǒng)過濾堿煮解的金伯 利巖尾礦。
在再一個實施方案中，在金伯利巖尾礦的酸處理中，觀察到以在濾液 中的可溶性金屬鹽的形式損失了 25%的固體，所述可溶性金屬鹽可以進一 步用于得到增值產(chǎn)物例如Mg(OH)2、 MgO和Fe203。
在再一個實施方案中，在沸騰溫度下從酸處理的金伯利巖尾礦得到 75-85°/。的二氧化硅回收率。
在再一個實施方案中，發(fā)現(xiàn)總的固體減少量為82-87%，這可以顯著地 降低在鉆石開采期間產(chǎn)生的固體廢物量。而且，金伯利巖尾礦-鉆石開采期 間產(chǎn)生的固體廢物-被轉(zhuǎn)化為用于生產(chǎn)硅酸鈉的二氧化硅富集的原料。
在相對中等的溫度和大氣壓下用氫氧化鈉溶液煮解酸處理的二氧化硅 富集的金伯利巖主要得到硅酸鈉，因為存在于金伯利巖中的二氧化硅是活 性二氧化硅，而不是處于在熱力學(xué)上高度穩(wěn)定的形式例如石英。得到的硅 酸鈉是按照下列方法分析的。
硅酸鈉的分析1. 硅酸鈉樣品的制備
將預(yù)先稱量的樣品瓶中的硅酸鈉( 10.0 g)精確稱量，將樣品定量轉(zhuǎn)移
到250ml的容量瓶中，用蒸餾水充分清洗樣品瓶，并且將其轉(zhuǎn)移到容量瓶
中，重復(fù)清洗所述瓶并且將清洗水定量轉(zhuǎn)移到容量瓶中。充分搖動該溶液 并且用蒸餾水將體積補足至標記，通過搖動燒瓶將它充分混合，并且將其 標記為儲備溶液。
2. 硅酸鈉中的Si02的分析
通過使用50 ml的移液管從儲備溶液移出50 ml硅酸鈉溶液，并且將 該溶液轉(zhuǎn)移到含有50.0 ml 1:1 HCI溶液的清潔燒杯中，用玻璃棒將溶液充 分混合。在水浴上將燒杯的內(nèi)含物蒸發(fā)至完全干燥，用玻璃棒壓碎所有的 塊。加入50.0ml 1:1 HC1，借助于玻璃棒混合固體塊和酸，再次將酸溶液 蒸發(fā)至干燥。將該過程重復(fù)三次。在完全蒸發(fā)以后，當(dāng)粉末看來是干的時 候，將該燒杯在處于100-10(TC的空氣烘箱中放置1 h，以使二氧化硅脫水。 用5 ml的1:1 HC1潤濕剩余物，并且借助于攪拌棒使酸與固體接觸。加入 75 ml的蒸餾水，向下漂洗燒杯的側(cè)面，并且在水浴上加熱10-20分鐘。 在Whatman-42濾紙上過濾掉分離的二氧化硅，首先將沉淀物用溫的稀釋 HC1清洗，然后用熱的蒸餾水清洗，直至無氯化物為止，將濾液和洗滌物 倒入最初的燒杯中，在水浴上蒸發(fā)至干燥，并且在lOO-ll(TC的空氣烘箱 中加熱1小時。用5ml的1:1HC1潤濕剩余物，加入75ml蒸餾水，加熱 以提取可溶鹽，并且通過新鮮但更小的濾紙過濾，用溫的稀釋HC1清洗， 并且最后用稍熱的蒸餾水清洗。[母液+洗滌物將用于其它元素的分析。] 將潤濕的濾紙折疊并且將它們放置到預(yù)先稱量的鉑坩鍋中，干燥紙，使紙 焦化，并且在弱的火焰上燒掉碳，當(dāng)心不要將細粉吹走。在碳完全燃燒以 后，蓋上坩鍋并且在整個溫度(1000士25t:)下加熱1小時。允許在干燥器中 冷卻，并且稱量。重復(fù)燃燒直至恒重，記錄重量(W2)。用1.0ml的蒸餾水 潤濕剩余物；加入2至3滴濃H2S04(AR級)和約5 ml可得到最高純度的(AR 級)HF。將坩鍋放置在水浴上，并且在通風(fēng)柜中用小火或在加熱板上將HF 蒸發(fā)，直至酸完全排出為止，不應(yīng)當(dāng)使液體沸騰。然后增強加熱以使H2S04 揮發(fā)，并且最終在IOO(TC的馬弗爐中歷時1小時。允許在干燥器中將坩鍋冷卻，并且稱重。再加熱至恒量(W3)。重量損失表示純二氧化硅(Si02)的 重量。使用下列等式得到純二氧化硅(Si02)的百分數(shù)。
<formula>formula see original document page 11</formula>其中，w,二制備儲備溶液所取的硅酸鈉的重量。
3.硅酸鈉樣品中的Na20的分析
用25 ml移液管從儲備溶液移出25 ml溶液，并且用蒸餾水將它在250 ml的錐形瓶中稀釋至 100 ml，加入2-3滴甲基橙指示劑，用標準HC1 (0.1N)
將它滴定直至顏色從黃色變?yōu)槌壬?，記錄滴定管讀數(shù)并且使用下列等式得
到Na20的百分數(shù)。<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，N二酸的當(dāng)量濃度；BR二滴定管讀數(shù)；W,二制備儲備溶液所取的硅
酸鈉的重量。
下列實施例是通過說明而給出的，因而不應(yīng)被解釋為對本發(fā)明的范圍 的限制。
實施例1
將15 g金伯利巖尾礦與5 g氫氧化鈉裝入特氟隆容器中。將20 g水加 入其中。然后，將此容器密閉并且在15(TC空氣烘箱中保持5h。在反應(yīng)完 全以后，將漿液離心，并且分析濾液的Si02和Na20。發(fā)現(xiàn)硅酸鈉中的 Si02/Na20摩爾比為1.81。發(fā)現(xiàn)制備的硅酸鈉的穩(wěn)定性差。對于上述產(chǎn)物， 在10-15天內(nèi)將產(chǎn)物在室溫下貯存期間，由于硅酸鈉中的雜質(zhì)的存在，觀 察到硅酸鈉水解為二氧化硅粒子。
實施例2
將100 g堿溶解到2升的自來水中，并且裝入玻璃圓底燒瓶中。在連 續(xù)攪拌下，將500 g金伯利巖尾礦加入其中，以制備均勻的漿液，并且在 95-100。C加熱5h。在反應(yīng)完全以后，用真空過濾系統(tǒng)過濾漿液，并且分析 濾液的Si02和Na20。硅酸鈉中的Si02/Na20摩爾比為2.72。對于此產(chǎn)物， 在10-15天內(nèi)將產(chǎn)物在室溫下貯存期間，由于硅酸鈉中的一些雜質(zhì)的存在，觀察到硅酸鈉水解為二氧化硅粒子。 實施例3
在連續(xù)攪拌下，用15%的鹽酸將70g金伯利巖尾礦在95-10(TC處理5 h，保持固液比為1:10。然后過濾漿液并且用自來水清洗，直至濕濾餅變 得沒有酸為止。在清洗完全以后，將它在ll(TC的爐中干燥，并且將干燥 的周體用于硅酸鈉制備。為了制備硅酸鈉，將16g堿溶解到200ml水中， 并且裝入不銹鋼高壓釜中。在連續(xù)攪拌下，將50g的酸處理金伯利巖加入 其中。然后將反應(yīng)器封閉并且在150。C加熱5h。在反應(yīng)完全以后，在真空 下過濾漿液并且分析濾液的Si02和Na20。發(fā)現(xiàn)硅酸鈉中的Si02/Na20摩 爾比為2.99。硅酸鈉中的二氧化硅的回收率為78。/。。發(fā)現(xiàn)由酸處理的金伯 利巖制備的硅酸鈉是穩(wěn)定的，并且在長期貯存時沒有觀察到二氧化硅的水 解。發(fā)現(xiàn)此硅酸鈉的重量百分比組成如下 Si02 = 13.40%和Na20 = 4.25 %。
實施例4
在連續(xù)攪拌下，用15%的鹽酸將140 g金伯利巖在95-10(TC處理5h， 保持固液比為1:10，然后過濾漿液并且用自來水清洗，直至濕的固體濾餅 變得沒有酸為止。在清洗完全以后，將它在ll(TC的爐中干燥，并且將干 燥的固體用于硅酸鈉的制備。將32 g的堿溶解到300 ml水中，并且裝入 不銹鋼高壓釜中。在連續(xù)攪拌下，將100g的酸處理的金伯利巖加入其中。 將反應(yīng)器封閉并且在15(TC加熱5h。在反應(yīng)完全以后，在真空下使用布氏 漏斗過濾反應(yīng)漿液并且分析濾液的Si02和Na20。發(fā)現(xiàn)硅酸鈉中的 Si02/Na20摩爾比為3.36。發(fā)現(xiàn)硅酸鈉中的二氧化硅的回收率為90%。硅 酸鈉的重量百分數(shù)組成為Si02 = 21.42 %和Na20 = 7.18 %。
實施例5
在連續(xù)攪拌下，用15。/。的鹽酸將200g金伯利巖在95-100。C處理3.5h，
保持固液比為1:4，然后過濾漿液并且用自來水清洗，直至濕的固體濾餅 變得沒有鐵為止。然后，將漿液在ll(TC的爐中在干燥，并且將干燥的固體用于硅酸鈉的制備。將40 g溶解到280 ml水中的堿裝入不銹鋼高壓釜 中。在連續(xù)攪拌下，將150g酸處理的金伯利巖尾礦加入其中，以制備均 勻的漿液。然后將反應(yīng)器封閉并且在17(TC加熱5h。在反應(yīng)完全以后，用 真空過濾器過濾漿液并且分析濾液的Si02和Na20。發(fā)現(xiàn)硅酸鈉中的 Si02/Na20摩爾比為3.28。發(fā)現(xiàn)硅酸鈉中的二氧化硅的回收率為30%。 二 氧化硅回收率的減少可能是由于更低的固液比以及反應(yīng)混合物的粘度的 增加。以下給出硅酸鈉的重量百分數(shù)組成
組分 Si02 Na20 R203
CaO+MgO
重量％
16.55
5.22
0.082
0.044
實施例6
在連續(xù)攪拌下，用濃度為15重量％的鹽酸將135 g金伯利巖尾礦在 95-10(TC處理3.5 h，保持固液比為1:4，，然后過濾漿液并且用自來水清洗， 直至濕的固體濾餅變得沒有酸為止。然后，將它在ll(TC的爐中干燥，并 且將干燥的固體用于硅酸鈉的制備。為了制備硅酸鈉，將31.2 g溶解到400 ml水中的堿裝入不銹鋼高壓釜中。在連續(xù)攪拌下，將100g酸處理的金伯 利巖加入其中，以制備均勻的漿液。然后將反應(yīng)器在沸騰溫度加熱2 h。 在反應(yīng)完全以后，用真空過濾器過濾漿液并且分析濾液的Si02和Na20。 發(fā)現(xiàn)硅酸鈉中的Si02/Na20摩爾比為3.30。發(fā)現(xiàn)硅酸鈉中的二氧化硅的回 收率為81%。以下給出對該產(chǎn)物的分析。
組分重量％
Si0215.18
Na204.20
R2030.087
CaO+MgO0.017實施例7
在連續(xù)攪拌下，用15。/。的鹽酸將2.7kg金伯利巖尾礦在95-10(TC處理 3h，保持固液比為1:4，，然后過濾漿液并且用自來水清洗，直至濕的固體 濾餅變得沒有酸為止。將該濾餅在ll(TC的爐中干燥，并且用于硅酸鈉的 制備。為了制備硅酸鈉，將0.64kg堿溶解到8升水中，并且裝入不銹鋼 高壓釜中。在連續(xù)攪拌下，將2kg酸處理的金伯利巖加入其中，以制備均 勻的漿液。然后將反應(yīng)器在沸騰溫度加熱3.5h。在反應(yīng)完全以后，用真空 過濾器過濾漿液并且分析濾液的Si02和Na20。 Si02/Na20摩爾比為3.25。 發(fā)現(xiàn)硅酸鈉形式的二氧化硅的回收率為75%。以下給出對得到的硅酸鈉的 分析。
組分 Si02 Na20 R203
CaO+MgO
重量％
13.73
4.36
0.47
0.017
實施例8
在連續(xù)攪拌下，用15。/。的鹽酸將23kg金伯利巖尾礦在95-10(TC處理 3h，保持固液比為1:4，然后過濾漿液并且用自來水清洗，直至濕的固體 濾餅變得沒有酸為止。然后將它在ll(TC的爐中干燥，并且將干燥的固體 用于硅酸鈉的制備。將5.44 kg溶解在68升水中的堿裝入到不銹鋼反應(yīng)器 中。在連續(xù)攪拌下，將17kg酸處理的金伯利巖加入其中，以制備均勻的 漿液。然后將反應(yīng)器在沸騰溫度加熱3.5h。在反應(yīng)完全以后，用真空過濾 器過濾漿液并且分析濾液的Si02和Na20。發(fā)現(xiàn)硅酸鈉中的Si02/Na20摩 爾比為3.16。發(fā)現(xiàn)硅酸鈉中的二氧化硅的回收率為73%。
以下給出對得到的硅酸鈉的分析。
組分 Si07
重量％ 14.63Na20 4.77 R203 0.052 CaO+MgO 0.088
實施例9
按照如實施例-8中所述的程序制備硅酸鈉，所述硅酸鈉可能由于一些 有機化合物的存在而具有黑棕色。這種硅酸鈉同樣可以用于制備沉淀二氧 化硅和沸石-A。然而，為了改善硅酸鈉的質(zhì)量和顏色，使用活性炭作為脫 色劑進行了硅酸鈉的脫色。將lkg硅酸鈉裝入到不銹鋼反應(yīng)器中，并且在 加入3-4重量％的商購活性炭以后，在連續(xù)攪拌下，將其加熱到75-8(TC， 歷時2h，并且過濾。在碳處理以后，得到的硅酸鈉是無色的。
本發(fā)明中的制備硅酸鈉的方法在下述意義上是新穎的:它利用被認為 是固體廢物并且迄今為止未被報道用于所述方法的原料。從技術(shù)觀點來 看，該方法是新穎的，因為它涉及制備硅酸鈉的較低溫度(95-105X:)以及 大氣壓條件。在用于生產(chǎn)硅酸鈉的常規(guī)方法中使用的石英或石英砂需要與 碳酸鈉的高溫( 110(TC)反應(yīng)，因為石英是結(jié)晶材料并且是Si02的熱力學(xué) 穩(wěn)定體。然而，金伯利巖具有在酸處理以后轉(zhuǎn)化為無定形二氧化硅的蛇紋 巖礦物，并且是相對活性的，并且是用于生產(chǎn)硅酸鈉的更好原料。所開發(fā) 的方法可用于鉆石開采期間產(chǎn)生的廢料的增值。這將使得鉆石開采在經(jīng)濟 上有吸引力，以及對生態(tài)環(huán)境友好。此外，這將減少對用于生產(chǎn)硅酸鈉的 天然形成的優(yōu)質(zhì)砂的需求，因而有助于保持生態(tài)平衡。
權(quán)利要求
1.一種用于從金伯利巖尾礦中最大限度回收二氧化硅的方法，所述方法包括(i)用2至15％的無機酸在95-100℃的范圍內(nèi)的溫度下處理金伯利巖尾礦，時間在3-5h的范圍內(nèi)，以固體形式得到二氧化硅富集的材料；(ii)在處于95-190℃的封閉系統(tǒng)中，或在處于沸騰溫度的敞開系統(tǒng)中，用濃度在8-10％的范圍內(nèi)的堿溶液煮解二氧化硅富集的固體，時間在3-4h的范圍內(nèi)，得到所需性質(zhì)的硅酸鈉。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所得到的硅酸鈉具有 組分 重量％Si02 13-16 Na20 4-6 R203 0.04-0.09 CaO+MgO 0.044-0.088。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用的金伯利巖的典型化學(xué)組成如下Si02 30-32%， Al203 2-5%， Ti02 5-8%， CaO8-10%， MgO 20-24%， Fe203 5-11%， LOI 13-15%。
4. 如權(quán)利要求l-3所述的方法，其中優(yōu)選將在鉆石開采過程中產(chǎn)生的 金伯利巖尾礦用于酸處理以及進一步的堿處理，以制備硅酸鈉。
5. 如權(quán)利要求1和4所述的方法，其中優(yōu)選使用15%的鹽酸在95-100 。C的范圍內(nèi)的溫度下處理未加工的金伯利巖尾礦，其中金伯利巖與酸的比 率為1:4，持續(xù)時間為3至5h。
6. 如權(quán)利要求l-5所述的方法，其中二氧化硅富集的材料中的二氧化 硅含量在72至78%的范圍內(nèi)。
7. 如權(quán)利要求1至6所述的方法，其中使用氫氧化鈉在95-105。C的范 圍內(nèi)的溫度下煮解酸處理過的二氧化硅富集的固體，其中固體與堿的比率 為3至5，持續(xù)時間為2至6h。
8. 如權(quán)利要求1至7所述的方法，其中制備的硅酸鈉具有在2.3至3.3的范圍內(nèi)的SKVNa20比率。
9. 如權(quán)利要求1至8所述的方法，其中通過使用活性炭處理進一步純 化制備的硅酸鈉，所述硅酸鈉具有在2.3至3.3的范圍內(nèi)的Si02/Na20比率。
10. 如權(quán)利要求1至9所述的方法，其中將3-4重量％的活性炭用于硅 酸鈉的純化。
11. 如權(quán)利要求1至IO所述的方法，其中從金伯利巖尾礦回收的二氧 化硅是約85%。
全文摘要
在本發(fā)明中，公開了一種用于從在鉆石開采中作為固體廢物產(chǎn)生的金伯利巖尾礦制備硅酸鈉的方法。所述方法包括將金伯利巖尾礦與無機酸反應(yīng)以除去酸溶性雜質(zhì)，隨后在敞開或封閉系統(tǒng)中，用堿溶液煮解酸處理的金伯利巖尾礦以得到用于商業(yè)應(yīng)用的硅酸鈉。
文檔編號C01B33/32GK101296865SQ200580051917
公開日2008年10月29日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者哈里·昌德·巴賈杰, 哈雷斯·馬希保特洛·莫迪, 坎列什·庫馬爾, 埃馬爾·納倫德拉庫馬·蘭帕納, 德文德拉·拉勒吉?！どw拉尼, 拉克?！ぞS爾·賈斯拉, 拉杰什·尚蒂拉爾·索馬里, 查卡拉·凱沙夫·拉奧, 蘇雷什·錢德拉, 賈廷·拉姆什錢德拉·丘納瓦納, 迪普提·吉萬海·巴羅奇亞, 馬哈拉杰·基尚·達爾 申請人:科學(xué)與工業(yè)研究委員會;國家礦物發(fā)展有限公司