專利名稱：堿金屬硅酸鹽的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在高溫和常壓下由含SiO2的晶體材料和堿金屬氫氧化物水溶液制備堿金屬硅酸鹽的方法。
堿金屬硅酸鹽如水玻璃被大量制備，并且既以溶液形式又可作為固體在許多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。屬于這類領(lǐng)域的有洗滌和干洗劑、粘合劑、顏料、礦石浮選和水處理。它也可用作原料來(lái)制造沸石及硅酸、硅溶膠和硅凝膠(Büchner等人，“工業(yè)無(wú)機(jī)化學(xué)”，化學(xué)出版社，1984，333頁(yè))。
水玻璃溶液從實(shí)用角度用兩個(gè)物理量綱表征。其一用摩爾比SiO2/M2O表示，下面稱為系數(shù)(Modul)，以及固體含量，也就是溶液中SiO2和M2O的重量分?jǐn)?shù)，這里M表示Na或K-。兩種因素都對(duì)堿金屬硅酸鹽溶液的粘度有影響。
由圖和表可在一定的系數(shù)下找到一種堿金屬硅酸鹽的最大溶解度。一般來(lái)說(shuō)，在較高的堿含量下，也就是在較低的系數(shù)下，可在溶液中達(dá)到較高的固體含量。直到系數(shù)為4.3的水玻璃經(jīng)熔化法得到。這種熔化法近百年來(lái)已經(jīng)公知;今天有效的僅僅還有石英砂與蘇打在1500℃溫度下的反應(yīng)(Winnacker-Küchler，“化學(xué)工藝”，C.Hanser出版社，第4版，(1983)，第3冊(cè)，“無(wú)機(jī)工藝Ⅱ”，58頁(yè)隨后)。這樣制備的堿金屬硅酸鹽只有很少的部分作為固體玻璃出售。主要部分緊接著溶于水中。對(duì)系數(shù)＞2.0的玻璃，在溶液回流溫度下的反應(yīng)速度是不令人滿意的，因此優(yōu)選在4-6巴和150℃下的熱壓浸出。
低分子(系數(shù)＜2.7)的富堿水玻璃也可由石英砂和濃氫氧化鈉水溶液熱液制造。由于石英砂的反應(yīng)率低，因而必須提高溫度和壓力。工業(yè)上應(yīng)用兩種方法在200至220℃溫度下用鍍鎳旋轉(zhuǎn)壓力溶解器和在250至260℃的溫度下用管式反應(yīng)器(Winnacker-Küchler，上文，61頁(yè)及隨后)。
細(xì)分的非晶形硅酸在堿液中溶解放熱。這樣，通過(guò)熱解或沉淀的硅酸與苛性堿溶液反應(yīng)，有時(shí)得到特別純凈的堿金屬硅酸鹽溶液。不考慮特殊情況，這種方法太昂貴了。
在各種工藝過(guò)程中，非晶形硅酸也作為付產(chǎn)物或廢料沉淀下來(lái)。許多使用這種硅酸的方法已被描述。
根據(jù)Przem.Chem.67(8)(1988)384-6(化學(xué)文摘109213144f)所述，由ALF3和HF制備中的廢硅酸可以得到中等系數(shù)的硅酸鈉溶液。
按照J(rèn)P-7617519(化學(xué)文摘，8619116q)，在硅鐵合金制造中的粉塵含有約90%(重量)高活性SiO2，它可以在90℃溫度下與8.1%的氫氧化鈉溶液反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成一種具有高系數(shù)的水玻璃溶液。
作為其它的堿金屬硅酸鹽，固體的無(wú)水晶體多硅酸鈉(Na2SiO2)∞作為洗滌和干洗劑中的構(gòu)成組分具有工業(yè)價(jià)值。總組成為Na2SiO3的硅酸鈉含有SiO4四面體的無(wú)頭的鏈，該鏈由鍵橋與鈉原子連結(jié)。這種鏈硅酸鹽在礦物學(xué)中稱作“鏈硅酸鹽”在化學(xué)中叫“聚硅酸鹽”。推廣但錯(cuò)誤的是“偏硅酸鹽”的叫法。下面只用“多硅酸鈉”這一稱呼。
在大工業(yè)規(guī)模中，通過(guò)在約950℃于回轉(zhuǎn)爐中由石英砂和蘇打進(jìn)行均熱反應(yīng)制備無(wú)水多硅酸鈉(Büchner等，“工業(yè)無(wú)機(jī)化學(xué)”，化學(xué)出版社，1984，333頁(yè))。反應(yīng)時(shí)間約為45分鐘。在更高的溫度下，但反應(yīng)時(shí)間較短，也可以通過(guò)熔化石英砂和蘇打來(lái)得到該多硅酸鹽(Ullmann′s Encyklop
die der technischen Chemie，化學(xué)出版社，1982，21冊(cè)，412頁(yè))。
US-PS3532458還描述了由石英砂用熱液法制造多硅酸鈉。這里，在高壓下約200℃的溫度對(duì)于石英砂與氫氧化鈉水溶液的完全反應(yīng)是必要的。
DE-AS1567572提出，用下述方法制備無(wú)水的晶體堿金屬硅酸鹽，尤其是多硅酸鈉，在加熱到130℃溫度并保持持續(xù)運(yùn)動(dòng)的細(xì)分散固體堿金屬硅酸鹽上，通過(guò)噴涂一種堿金屬硅酸鹽水溶液形成一層薄膜，并由一股另外的熱氣流引起水分的汽化，其中重復(fù)涂層和干燥步驟，直到晶體無(wú)水堿金屬硅酸鹽微粒的尺寸上升到所期望的程度為止。通常，這里將一部分同時(shí)形成的無(wú)水堿金屬硅酸鹽作為原料成分返回該連續(xù)工藝。
該最后所述方法的缺點(diǎn)是，在持續(xù)地保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的多硅酸鈉中，用一大部分多硅酸鈉顆粒作為晶種基礎(chǔ)，因而必須將一大部分得到的噴霧顆粒重新磨碎并送回去，所以這種方法的最終產(chǎn)率很低。
另外，由DE-PS968034已知，用下述方法制備固體含結(jié)晶水的多硅酸鈉，將細(xì)分的硅酸如石英砂或石英粉和氫氧化鈉水溶液以與待制產(chǎn)物中堿金屬氧化物∶SiO2比相應(yīng)的比例均勻混合，將該混合物逆著反應(yīng)管內(nèi)的壓力連續(xù)地送入反應(yīng)管內(nèi)，并在高于約175℃的溫度和高壓下使其以合適的規(guī)模通過(guò)反應(yīng)管，通過(guò)調(diào)節(jié)線性流速保證硅酸在混合物中的均勻分布，接著，使該熱的反應(yīng)產(chǎn)物由反應(yīng)管經(jīng)由一個(gè)減壓閥流出，這時(shí)，形成的反應(yīng)產(chǎn)物中本來(lái)較高的含水量由于減壓膨脹時(shí)的水分汽化而降低到所需要的最終產(chǎn)物含水量。以這種方式，可以制造少于9MoL結(jié)晶水的多硅酸鈉水合物。
由NL-OS7802697還已知一種硅酸鈉的制法，即讓石英礦和氫氧化鈉溶液在高壓和至少200℃的溫度下通過(guò)一根管，該管可用來(lái)連續(xù)溶解鋁土礦，例如由DE-OS2106198及DE-OS2514339已經(jīng)公知。為了制備硅酸鹽，最好在200至240℃溫度下操作;為了制備有較高SiO2∶Na2O比率的產(chǎn)物，優(yōu)先采用240至280℃的溫度。管內(nèi)壓力優(yōu)選在10000至20000KPa之間的范圍。按照該公開(kāi)說(shuō)明書(shū)所述的方法，只能制備溶液而沒(méi)有固態(tài)產(chǎn)物。
DE-OS3124893描述了一種在壓力和200至400℃的溫度范圍下用濃氫氧化鈉水溶液處理石英砂和/或石英粉來(lái)制備無(wú)水多硅酸鈉的方法。
RO75620(化學(xué)文摘10024023U)描述了一種由含二氧化硅的化肥廠廢料制造系數(shù)為1∶1的晶體多硅酸鈉的方法。該方法的特征在于，必須首先對(duì)含多硅化鈉的溶液進(jìn)行過(guò)濾，以清除雜質(zhì)，然后再濃縮溶液。接著，將溶液冷卻到10至15℃的溫度進(jìn)行結(jié)晶。
SU-434060(化學(xué)文摘8245938W)描述了一種由火山灰制造多硅酸鈉的方法。
JP-73/16438(化學(xué)文摘8017050r)描述了一種由煙氣殘?jiān)圃旌喙杷徕c溶液的方法。
以上所述后三種方法的缺點(diǎn)是，所用的SiO2來(lái)源不純凈，這些雜質(zhì)的分離造成了很大的困難，因此至今沒(méi)有能夠采用這些方法(Winnacker-Küchler，上述引文，61頁(yè))。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，開(kāi)發(fā)一種制備堿金屬硅酸鹽溶液和懸浮液的方法，該方法可在常壓和較低溫度下應(yīng)用晶體SiO2材料在短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)完成。
該任務(wù)由一種在高溫和常壓下用含晶體SiO2的材料和堿金屬氫氧化物水溶液制備堿金屬硅酸鹽的方法所完成，其特征在于，用方英石和/或退水的石英砂作含晶體SiO2材料，并使該材料與20至50%(重量)的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液在100至150℃和常壓下反應(yīng)，其中反應(yīng)混合物中SiO2對(duì)Na2O或K2O的摩爾比為2∶1至1∶7。
與石英相比，方英石(或鱗石英)由于具有更敞開(kāi)結(jié)構(gòu)(石英的密度＝2.65g/cm3，方英石/鱗石英的密度＝2.3g/cm3)，因而有更高的活性。除了方英石以外，本發(fā)明的方法也可以用鱗石英，必要時(shí)可以與非晶體二氧化硅一起用。它同樣由于具有比石英更敞開(kāi)的結(jié)構(gòu)而顯示更高的活性。退火的石英砂也有類似的性能，也就是在1000℃以上(優(yōu)選1300至1600℃)，在加入催化量堿的條件下退火處理過(guò)的石英砂，它由方英石、鱗石英和必要時(shí)的非晶形二氧化硅所組成。如德國(guó)專利申請(qǐng)P3938730.5所述，經(jīng)過(guò)石英砂的退火，可以獲得活性SiO2相，它在一定條件下由方英石、鱗石英和非晶體SiO2組成。該專利申請(qǐng)的內(nèi)容是一種制造活性二氧化硅相的方法，其特征是，將石英砂與一種堿金屬化合物或其水溶液相混合，其中堿金屬化合物選自加熱時(shí)轉(zhuǎn)化成堿金屬氧化物的一組化合物，SiO2與堿金屬氧化物的摩爾比為1∶0.0025至1∶0.1之間，并把該混合物加熱到1100至1700℃之間的一個(gè)溫度上。
聯(lián)系到本發(fā)明的實(shí)施，需詳細(xì)參考該專利申請(qǐng)所公開(kāi)的內(nèi)容。
退火的石英砂由較純凈的原料化合物得到，也就是說(shuō)，該石英砂可用于熔化法制備水玻璃。它帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是，在處理時(shí)，也即在必要時(shí)過(guò)濾堿金屬硅酸鹽溶液時(shí)，沒(méi)有另外的殘?jiān)纬桑虼丝刹捎靡呀?jīng)成熟的技術(shù)。這與已經(jīng)提到的由廢硅酸得到的堿金屬硅酸鹽溶液的困難處理形成鮮明的對(duì)照。
為了溶解而加入的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液的濃度為20至50%(重量);對(duì)于NaOH優(yōu)選濃度為40至50%(重量)，特別是50%(重量)的氫氧化鈉，這相當(dāng)于工業(yè)上可供使用的產(chǎn)物。氫氧化鉀溶液的濃度優(yōu)選40至50%(重量)，尤其是47至50%(重量)。
使退火的石英砂與含水的氫氧化鈉或氫氧化鉀在相應(yīng)的堿液或生成的堿金屬硅酸鹽溶液或懸浮液的沸點(diǎn)溫度下進(jìn)行反應(yīng)(參見(jiàn)實(shí)施例、表1)。根據(jù)溶液鹽含量的不同，這里的沸點(diǎn)溫度在150與100℃之間，由于鹽含量在反應(yīng)進(jìn)行期間不斷改變，因而該沸點(diǎn)不是恒定的。
示例性地加入方英石作為退火石英砂的SiO2源。粒度大小一般為0.1至0.8mm。
本發(fā)明的方法既可以間斷也可以連續(xù)進(jìn)行，適用于根據(jù)所加SiO2/堿金屬氧化物系數(shù)來(lái)制備堿金屬硅酸鹽懸浮液或溶液。用氫氧化鈉在1.2∶1至1∶2(優(yōu)選1∶1)的SiO2∶Na2O系數(shù)范圍內(nèi)，結(jié)果產(chǎn)生多硅酸鈉的懸浮液;也就是說(shuō)，多硅酸鈉作為固晶體相析出。在2∶1的SiO2∶Na2O系數(shù)下，形成非晶體硅酸鈉，它們同樣以固態(tài)形式，即作為懸浮液產(chǎn)生。然而，在1∶＞2，也即從1∶＞2至1∶7的SiO2∶Na2O系數(shù)范圍內(nèi)，用氫氧化鈉得到了可溶的富堿硅酸鈉，即硅酸鈉水溶液。
用氫氧化鉀在2∶1至1∶7的整個(gè)SiO2∶K2O系數(shù)范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明的方法，只能得到可溶的富堿硅酸鉀，即硅酸鉀水溶液。
在本發(fā)明的意義上，優(yōu)先使含晶體SiO2的材料和氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，其中，反應(yīng)混合物中SiO2對(duì)Na2O的摩爾比在1.2∶1至1∶2的范圍內(nèi)，優(yōu)選1∶1。
另外，本發(fā)明還優(yōu)先使含晶體SiO2的材料與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，其中，反應(yīng)混合物中SiO2對(duì)Na2O的摩爾比為2∶1。
表2中(見(jiàn)實(shí)施例)反映了所加SiO2完全溶解所必需的時(shí)間與裝料系數(shù)及堿金屬氫氧化物濃度的關(guān)系。
現(xiàn)在出人意外地發(fā)現(xiàn)，按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，退火的石英砂在2∶1的SiO2/Na2O比下不加壓也可在三小時(shí)之內(nèi)完全溶解在50%的氫氧化鈉溶液中。固體含量為65%已經(jīng)明顯地超過(guò)了所形成的堿金屬硅酸鹽的溶解度，在反應(yīng)將近結(jié)束時(shí)，人們得到一種幾乎不能攪動(dòng)的粘物料。換句話說(shuō)，加入的SiO2可以不需加壓就可轉(zhuǎn)化為硅酸鈉，它可在水中即刻溶解。
由實(shí)施例(表2)可清楚地看到，在降低要達(dá)到的系數(shù)時(shí)(針對(duì)Na2O而言更少的SiO2)，直到SiO2完全溶解的時(shí)間縮短。另一方面，隨著堿金屬氫氧化物的濃度降低，溶解速度也下降。
在比較表3(對(duì)比例)的數(shù)值時(shí)，本發(fā)明方法的特殊優(yōu)點(diǎn)非常明顯。人們看到，未經(jīng)處理的石英砂在氫氧化鈉溶液中溶解得非常緩慢。但在1∶1的系數(shù)下，退火后的石英砂在兩小時(shí)內(nèi)即完全溶于沸騰的50%的氫氧化鈉溶液中。然而，在6.5小時(shí)后石英砂僅僅溶解43%，表面積較大的石英粉6小時(shí)后也僅僅反應(yīng)掉62%。
為了實(shí)現(xiàn)盡可能高的反應(yīng)速度，有利的是使該方法在堿金屬氫氧化物水溶液或生成的堿金屬硅酸鹽溶液或懸浮液的沸點(diǎn)溫度下進(jìn)行。較低的溫度會(huì)使反應(yīng)減慢。更高的溫度雖然可以提高反應(yīng)速度，但前提條件是需要高壓及由此引起的耐壓容器，這會(huì)使得工藝過(guò)程不經(jīng)濟(jì)。如果聯(lián)系本發(fā)明的方法提起常壓，應(yīng)理解為約1巴的常見(jiàn)環(huán)境壓力。換句話說(shuō)，這意味著，在本發(fā)明的意義上不用考慮高壓。
在試驗(yàn)1、2、4至7和10(見(jiàn)實(shí)施例，表2)中，超過(guò)了生成的硅酸鈉的溶解度。在系數(shù)為2∶1的試驗(yàn)1和2中，在還熱時(shí)分離出的固體經(jīng)X射線照射為非晶形的。
在SiO2/Na2O摩爾比為1.2∶1至1∶2(優(yōu)選1∶1)條件下進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，生成固體結(jié)晶多硅酸鈉Na2SiO3，它可用X射線衍射圖表示(參見(jiàn)JCPDS-Datei 16-818號(hào)-粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì))。該硅酸鹽溶解性良好且干燥后有0.015至0.18%的未溶部分。用50%的氫氧化鈉溶液在1∶1.5和1∶2的SiO2/Na2O裝料比條件下進(jìn)行反應(yīng)，得到同樣的硅酸鹽晶體(試驗(yàn)7和10)。
得到的硅酸鈉懸浮液可加水稀釋，直至低于堿金屬硅酸鹽的溶解度。
在堿含量更高的其它試驗(yàn)中，即系數(shù)SiO2∶Na2O＝1∶＞2，形成有極少未溶部分的硅酸鈉溶液，這起因于原料化合物中的雜質(zhì)。稍微渾濁的溶液可以過(guò)濾澄清。在用氫氧化鉀進(jìn)行的試驗(yàn)22至24中(參見(jiàn)實(shí)施例，表1和2)，也形成同樣幾乎透明的硅酸鉀溶液。
如前所述令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，所列舉化合物(即方英石和/或退火的石英砂)的高活性可有利地用于制備固態(tài)晶體多硅酸鈉。此外，在用本發(fā)明方法制備多硅酸鈉時(shí)，不必在結(jié)晶工序前設(shè)置提純步驟來(lái)提純得到的多硅酸鹽。
本發(fā)明方法用于制備多硅酸鈉優(yōu)先選用的應(yīng)用可能將借助于其它的實(shí)施例(表4)說(shuō)明。即使在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，也在100至150℃的溫度和常壓下完成該方法。在該溫度范圍內(nèi)，本發(fā)明方法可在敞口的反應(yīng)容器中進(jìn)行，因?yàn)榉磻?yīng)混合物中高的鹽含量要求含水反應(yīng)混合物的沸點(diǎn)向高溫移動(dòng)。例如，方英石與50%(重量)的氫氧化鈉水溶液在1∶1的SiO2∶Na2O克分子比和常壓(1巴)及初始溫度為150℃條件下反應(yīng)時(shí)，在反應(yīng)進(jìn)行2小時(shí)后，可以得到一種僅僅還含0.015%(重量)水不溶性殘?jiān)亩喙杷徕c。
如借助于實(shí)施例(表4)詳細(xì)說(shuō)明的那樣，為了實(shí)施本發(fā)明的方法，使方英石或退火的石英砂，即方英石、鱗石英和非晶形二氧化硅與所述量的堿水溶液進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)在常壓下于一個(gè)燒瓶中進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，在制備固態(tài)晶體多硅酸鈉(SiO2∶Na2O系數(shù)＝1∶1)的反應(yīng)結(jié)束之后，用一個(gè)吸濾步驟過(guò)濾仍有70至130℃(較好的是90至110℃)的熱懸浮液。按照本發(fā)明的方法，不必需對(duì)反應(yīng)溶液進(jìn)行濃縮或冷卻來(lái)引起或改進(jìn)結(jié)晶。在過(guò)濾時(shí)形成的濾液(母液)最好在濃縮后送回工藝流程。作為濾渣剩下來(lái)的多硅酸鈉通常趁熱(在70至90℃)粉碎，接著在低壓(1333Pa至26664Pa)和高溫(100至150℃)下干燥成無(wú)水多硅酸鈉。干燥時(shí)間可為5至15小時(shí)。本發(fā)明方法所得到的“無(wú)水多硅酸鈉”指含水量平均不超過(guò)5%(重量)且最好低于3.5%(重量)的多硅酸鈉。水含量通過(guò)確定加熱到1000℃時(shí)的灼熱損耗來(lái)確定。在X射線衍射圖中只能看到無(wú)結(jié)晶水的多硅酸鈉(參見(jiàn)JCPDS-Datei 16-818號(hào))。
以同樣的方式，也可以處理用2∶1的SiO2∶Na2O系數(shù)得到的非晶體硅酸鈉懸浮液。
由例25、26和28可以看出本方法的特殊優(yōu)點(diǎn)，在這些例子中由退火的石英砂與氫氧化鈉溶液在不加壓的情況下直接反應(yīng)成多硅酸鈉。這里的多硅酸鈉也是在實(shí)際上定量的反應(yīng)中得到的。在例25和26中，在常壓下將反應(yīng)懸浮液加熱到沸點(diǎn)溫度。其中，由于氫氧化鈉反應(yīng)掉，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，沸點(diǎn)逐漸降低。在例27中，懸浮液保持在100℃溫度下，該溫度不足以使其在兩小時(shí)內(nèi)完全反應(yīng)。例28證明，一種由方英石、鱗石英和非晶體二氧化硅組成的退火石英砂具有與方英石相同的活性。
利用本發(fā)明方法來(lái)制備堿金屬硅酸鹽，有可能在不加壓的情況下按照所選的SiO2/Na2O系數(shù)得到非晶體硅酸鈉或晶體多硅酸鈉懸浮液，如果需要，可接著用合適的已知方法使其脫水。由此也可以在不加壓即常壓下制備富堿的硅酸鈉或硅酸鉀溶液。
下面用實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，并不以任何方式限制發(fā)明。
實(shí)施例試驗(yàn)在一個(gè)1升的玻璃三頸圓底燒瓶中于常壓下進(jìn)行，燒瓶裝備有一個(gè)回流冷卻器、葉輪攪拌器和溫度計(jì)。該燒瓶在一個(gè)半圓形加熱器上加熱。
加入堿金屬氫氧化物水溶液(例如50%(重量)的工業(yè)NaOH或47%(重量)的工業(yè)KOH，或用水相應(yīng)稀釋的溶液)，并加熱使之沸騰。然后加入稱好重量的方英石。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，沸點(diǎn)溫度不斷下降，因?yàn)榧尤雺A金屬堿液反應(yīng)成為堿金屬硅酸鹽(例如硅酸鈉)。反應(yīng)時(shí)間為30至350分鐘，優(yōu)選30至210分鐘。
表1反映了每個(gè)試驗(yàn)1至24的裝料情況(1至21用NaOH;22至24用KOH)。表2顯示這些試驗(yàn)的反應(yīng)參數(shù)。表3中列出了相應(yīng)對(duì)比例的數(shù)值，對(duì)比例中用石英或石英粉代替方英石作SiO2來(lái)源。
表1制備堿金屬硅酸鹽溶液和懸浮液的裝料情況試驗(yàn)退火石英砂 NaOH(50%(重) H2O號(hào) 〔g〕 的)〔g〕 〔g〕1 525 700 -2 420 560 1403 240 320 2134 250 700 -5 200 560 1406 170 490 2107 175.3 700 -8 140.2 560 1409 105.2 420 28010 131.5 700 -
表1(續(xù))制備堿金屬硅酸鹽溶液和懸浮液的裝料情況試驗(yàn)退火石英砂 NaOH(50%(重)的) H2O號(hào) 〔g〕 〔g〕 〔g〕11 105.2 560 14012 78.9 420 28013 87.6 700 -14 70.1 560 14015 52.6 420 28016 52.6 700 -17 42.1 560 14018 31.6 420 28019 30.1 560 14020 22.5 420 28021 15 280 420試驗(yàn)退火石英砂 KOH(47%(重)的) H2O號(hào) 〔g〕 〔g〕 〔g〕22 176 700 -23 112.4 447 25324 44.6 500 -為了跟蹤反應(yīng)進(jìn)程，有規(guī)律地抽取反應(yīng)混合物試樣(約3ml)。用大約50ml水稀釋該試樣，并用0.1n的鹽酸溶液滴定M2O含量。向試樣溶液中加入固體NaF可以滴定分析確定已溶SiO2的含量。用這兩個(gè)測(cè)定值可以計(jì)算堿金屬硅酸鹽溶液或懸浮液的系數(shù)。達(dá)到所希望的系數(shù)后，(這可以通過(guò)選擇原料濃度確定)，中斷反應(yīng)。在反應(yīng)將結(jié)束時(shí)，反應(yīng)混合物的沸點(diǎn)溫度同樣保持恒定。
在試驗(yàn)1、2、4至7和10中，反應(yīng)懸浮液冷卻到約90℃，并經(jīng)一吸濾步驟過(guò)濾。通常將作為濾渣剩下來(lái)的硅酸鈉趁熱粉碎，接著在低壓高溫下(100至150℃)干燥。為了確定未溶部分，將10g干燥的濾渣在60℃下在1000ml水中攪拌5分鐘，并用一個(gè)無(wú)灰分的過(guò)濾器過(guò)濾。該過(guò)濾器被灰化，稱出剩余殘?jiān)闹亓俊?br> 多硅酸鈉的制備表4列出了單獨(dú)的實(shí)施例的反應(yīng)參數(shù)。反應(yīng)以兩種方式進(jìn)行A帶葉輪攪拌器、溫度計(jì)和回流冷卻器、半圓形加熱器的三頸瓶。
B類似于A，但可由油浴加熱。
試驗(yàn)25至27涉及用方英石的反應(yīng)。試驗(yàn)28涉及用退火石英砂的反應(yīng)(1400℃，添加5%(重量)的NaOH)，該原料由方英石、鱗石英、非晶體二氧化硅和少量硅酸鈉成分組成。
在所有情況下，在粉碎并干燥濾渣后進(jìn)行灼熱損耗的測(cè)定。
權(quán)利要求
1.在高溫和常壓下由含晶體SiO2的材料和堿金屬氫氧化物水溶液制備堿金屬硅酸鹽的方法，其特征在于，用方英石和/或退火的石英砂作含晶體SiO2的材料，并使該材料與20至50%(重量)的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液在100至150℃的溫度范圍內(nèi)和常壓下反應(yīng)，其中反應(yīng)混合物中的SiO2對(duì)Na2O或K2O的摩爾比在2∶1至1∶7范圍內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，用方英石、鱗英石或其混合物，必要時(shí)與非晶體二氧化硅一起作退火的石英砂。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液的濃度為40至50%(重量)。
4.按照權(quán)利要求1至3中一項(xiàng)所述的方法，其特征是，使含晶體SiO2的材料與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，其中反應(yīng)混合物中SiO2對(duì)Na2O的摩爾比在1.2∶1至1∶2的范圍內(nèi)，最好為1∶1。
5.按照權(quán)利要求1至3中一項(xiàng)所述的方法，其特征是，使含晶體SiO2的材料與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，其中反應(yīng)混合物中SiO2對(duì)Na2O的摩爾比為2∶1。
6.按照權(quán)利要求4或5之一的方法，其特征是，在70至130℃，優(yōu)選90至110℃的溫度下過(guò)濾所得到的固態(tài)結(jié)晶多硅酸鈉或固態(tài)非晶體硅酸鈉的懸浮液，必要時(shí)濃縮形成的母液，并返回該工藝中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在高溫和常壓下由含晶體SiO
文檔編號(hào)C01B33/32GK1052645SQ90110349
公開(kāi)日1991年7月3日 申請(qǐng)日期1990年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月23日
發(fā)明者約翰尼斯·W·切奇根內(nèi), 魯?shù)婪颉ぶZ沃特尼, 彼得·克里斯托弗里姆克, 漢斯·多爾漢尼, 朱爾根·福爾 申請(qǐng)人:亨克爾兩合股份公司