以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及焊接材料水玻璃的制備方法，更具體地，本發(fā)明的實(shí)施方 式涉及一種以硅灰石為原材料采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水玻璃在焊接材料（焊劑和焊條）中主要用作粘結(jié)劑和造渣劑，而目前我國高端 裝備的焊接材料大都被國外壟斷，國際知名高端焊條、焊劑企業(yè)如日本神鋼等跨國采購瑞 士 VanBaerle公司的水玻璃，而不向既近、市場又大、又便宜的中國采購水玻璃，其足以說 明水玻璃產(chǎn)品質(zhì)量與品相對焊條、焊劑的影響相當(dāng)大。
[0003] 水玻璃生產(chǎn)大都采用傳統(tǒng)高溫熔煉-水浸法，不僅過程繁雜、耗時(shí)長，而且其產(chǎn)品 單一，大都僅滿足一些低端客戶需求，產(chǎn)品質(zhì)量差，主要表現(xiàn)為水玻璃渾濁、有懸浮物、易分 層、顏色及雜質(zhì)高、性能穩(wěn)定性差等問題，不能滿足客戶對不同技術(shù)指標(biāo)的水玻璃，尤其是 高端焊接材料的需要。
[0004] 除了采用傳統(tǒng)高溫熔煉-水浸法，也有部分廠家用硅灰石制水玻璃，但是用硅灰 石制水玻璃又存在如下技術(shù)難題：硅灰石酸解后，由于硅酸膠體不同程度的析出使過濾很 難進(jìn)行。為了解決過濾難題，大都采用大比例液固比（10?20 :1)和低酸度（1?5mol/L) 控制在不超過60°C的低溫下反應(yīng)，這樣一來，用硅灰石制水玻璃工藝就僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室 研宄階段，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
[0005] 為了徹底解決硅灰石酸解后硅酸膠體對過濾的影響，需要對硅灰石制備水玻璃的 方法進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，使硅灰石制備水玻璃能夠工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法 制備水玻璃的方法，以期望可以徹底解決硅灰石酸解后難以過濾的問題，實(shí)現(xiàn)硅灰石制備 水玻璃的產(chǎn)業(yè)化。
[0007] 為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明以硅灰石為原材料采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法，它包括以下步 驟：
[0009] A、濃鹽酸與硅灰石反應(yīng)
[0010] 將硅灰石制成粉末，按照濃鹽酸和硅灰石粉末的比例1000?1250mL : IOOOg將濃 鹽酸分次加入硅灰石粉末中并不斷攪拌，濃鹽酸與硅灰石粉末進(jìn)行放熱反應(yīng)，控制溫度不 超過80°C，放熱反應(yīng)完全后獲得以氯化鈣和硅酸為產(chǎn)物的物料；放熱反應(yīng)屬于酸解反應(yīng)， 其化學(xué)反應(yīng)方程式為：
[0011] CaSi〇3+2HCl = CaCl2+H2Si03；
[0012] 由于鹽酸沸點(diǎn)低，而反應(yīng)又是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，為避免鹽酸因高溫?fù)]發(fā)損失過大， 在較低溫度下進(jìn)行反應(yīng)是有必要的
[0013] B、加入固化劑并進(jìn)行熟化
[0014] 以活性二氧化娃為固化劑，按照固化劑與所述娃灰石粉末的質(zhì)量比1 :0. 5?1. 25 將固化劑加入步驟A所得的以氯化鈣和硅酸為產(chǎn)物的物料中，混合均勻后在60?200°C熟 化1?3h ;本步驟要目的是利用活性二氧化硅的吸水性，讓反應(yīng)生成的硅酸脫水，再加上反 應(yīng)生成的氯化鈣也有很強(qiáng)的吸水性，在熟化階段使硅酸脫水成疏松多孔狀，同時(shí)由于活性 二氧化硅比表面大，在60?200°C進(jìn)行熟化時(shí)更有利于水分脫除；
[0015] C、沸水浸脫氯化鈣
[0016] 按照固液質(zhì)量比1:3?5將步驟B熟化后的物料加入沸水中并在沸水條件下攪 拌，然后進(jìn)行固液分離，將固體水洗至基本無氯根，烘干獲得活性二氧化硅；氯化鈣在水中 的溶解度加大、溶液粘度也較大，在固液質(zhì)量比1:3?5下既好操作，又有較大的處理能 力；
[0017] D、制備水玻璃
[0018] 以步驟C制得的活性二氧化硅與標(biāo)定過的氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或者氫氧 化鈉/氫氧化鉀混合溶液反應(yīng)后加入適量硅藻土，經(jīng)過過濾、洗滌，合并濾液和洗液、蒸發(fā) 濃縮后冷卻至室溫獲得水玻璃。由于水玻璃的技術(shù)指標(biāo)有很多種，因此制備最終產(chǎn)物水玻 璃需要根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物的技術(shù)指標(biāo)將活性二氧化硅與標(biāo)定過的氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液 或者氫氧化鈉/氫氧化鉀混合溶液反應(yīng)，然后加入適量硅藻土制備水玻璃，在上述蒸發(fā)濃 縮過程中，根據(jù)需要將濾液和洗液的合并液體濃縮至一定的波美度即可。
[0019] 進(jìn)一步的技術(shù)方案是：步驟A所述硅灰石粉末能過兩百目篩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于 98%〇
[0020] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：步驟A所述濃鹽酸的濃度為10?12mol/L。實(shí)際操作中， 可以直接使用波美比重計(jì)測定濃鹽酸的比重約為1. 128,即可獲得該濃度范圍內(nèi)的濃鹽酸。
[0021] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：步驟A所述濃鹽酸分3?6次加入硅灰石粉末中。
[0022] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：步驟B所述固化劑為與步驟C制得的性質(zhì)相同的活性二 氧化硅。
[0023] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：步驟C所述固液分離和水洗都采用真空抽濾機(jī)進(jìn)行。
[0024] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：步驟C所述攪拌的時(shí)間為0. 5?2h。
[0025] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：步驟D所述活性二氧化硅需先進(jìn)行計(jì)量，該步驟中的反 應(yīng)條件是在90?100°C反應(yīng)30?120min。
[0026] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述活性二氧化硅進(jìn)行計(jì)量的方法是：根據(jù)目標(biāo)指標(biāo)的 水玻璃的模數(shù)，取氫氧化鈉溶液和步驟C制得的活性二氧化硅，將二者在90?100°C攪拌反 應(yīng)30?120min，抽濾、洗滌后測定濾液中的硅含量，得到活性二氧化硅的量。由于二氧化硅 比表面大、活性較高而致使體積膨大，樣品很易吸潮，將其收集于密封袋中，在步驟C制備 活性二氧化硅完成后進(jìn)行稱重的同時(shí)取出分析樣，使樣品有足夠的代表性，然后立即測定 其中的活性氧化硅和總二氧化硅含量。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是：本發(fā)明方法工藝流暢、簡短、操作性 好、規(guī)?？纱罂尚?，熟化后的物料中的硅酸膠體脫水并成為疏松多孔狀，很好地解決了過濾 與洗滌的難題，使硅灰石生產(chǎn)水玻璃易于產(chǎn)業(yè)化，與傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明可在短時(shí)間內(nèi)生 產(chǎn)出不同技術(shù)指標(biāo)且質(zhì)量穩(wěn)定的水玻璃，大大增強(qiáng)了特種焊接材料的配套性；硅灰石經(jīng)過 酸解、熟化、洗滌后，活性二氧化硅回收率可達(dá)85%以上；所得水玻璃放置一天后溶液依然 清亮、無色，產(chǎn)品質(zhì)量與進(jìn)口水玻璃比肩，且成本遠(yuǎn)低于進(jìn)口同類產(chǎn)品。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0029] 本發(fā)明使用的硅灰石化學(xué)元素主次含量范圍見表1。
[0030] 表1硅灰石化學(xué)元素分析結(jié)果
[0031]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法，其特征在于它包括 以下步驟： A、 濃鹽酸與硅灰石反應(yīng) 將硅灰石制成粉末，按照濃鹽酸和硅灰石粉末的比例1000?1250mL : IOOOg將濃鹽酸 分次加入硅灰石粉末中并不斷攪拌，濃鹽酸與硅灰石粉末進(jìn)行放熱反應(yīng)，控制溫度不超過 80 °C，放熱反應(yīng)完全后獲得以氯化鈣和硅酸為產(chǎn)物的物料； B、 加入固化劑并進(jìn)行熟化 以活性二氧化硅為固化劑，按照固化劑與所述硅灰石粉末的質(zhì)量比1 :〇. 5?1. 25將 固化劑加入步驟A所得的以氯化鈣和硅酸為產(chǎn)物的物料中，混合均勻后在60?200°C熟化 1 ?3h ; C、 沸水浸脫氯化鈣 按照固液質(zhì)量比1:3?5將步驟B熟化后的物料加入沸水中并在沸水條件下攪拌，然 后進(jìn)行固液分離，將固體水洗至基本無氯根，烘干獲得活性二氧化硅； D、 制備水玻璃 以步驟C制得的活性二氧化硅與標(biāo)定過的氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或者氫氧化鈉 /氫氧化鉀混合溶液反應(yīng)后加入適量硅藻土，經(jīng)過過濾、洗滌，合并濾液和洗液、蒸發(fā)濃縮后 冷卻至室溫獲得水玻璃。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法， 其特征在于步驟A所述硅灰石粉末能過兩百目篩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于98%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法， 其特征在于步驟A所述濃鹽酸的濃度為10?12mol/L。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法， 其特征在于步驟A所述濃鹽酸分3?6次加入硅灰石粉末中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法， 其特征在于步驟B所述固化劑為與步驟C制得的性質(zhì)相同的活性二氧化硅。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法， 其特征在于步驟C所述固液分離和水洗都采用真空抽濾機(jī)進(jìn)行。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法， 其特征在于步驟C所述攪拌的時(shí)間為0. 5?2h。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法， 其特征在于步驟D所述活性二氧化硅需先進(jìn)行計(jì)量，該步驟中的反應(yīng)條件是在90?100°C 反應(yīng)30?120min。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法， 其特征在于所述活性二氧化硅進(jìn)行計(jì)量的方法是：根據(jù)目標(biāo)指標(biāo)的水玻璃的模數(shù)，取氫氧 化鈉溶液和步驟C制得的活性二氧化硅，將二者在90?100°C攪拌反應(yīng)30?120min，抽濾、 洗滌后測定濾液中的硅含量，得到活性二氧化硅的量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以硅灰石采用鹽酸分解和固化劑熟化法制備水玻璃的方法，將硅灰石粉末和濃鹽酸按比例在不超過80℃條件下進(jìn)行酸化反應(yīng)，然后以活性二氧化硅為固化劑，按照固化劑與硅灰石粉末的質(zhì)量比1：0.5～1.25將酸化后的物料與固化劑混合均勻并在60～200℃熟化1～3h，然后將熟化后的物料在沸水中浸脫氯化鈣，得到活性二氧化硅，再以活性二氧化硅與標(biāo)定過的氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液等溶液根據(jù)目的水玻璃的技術(shù)參數(shù)制備成水玻璃。本發(fā)明方法簡單，熟化后物料中的硅酸膠體脫水后疏松多孔，很好地解決了過濾與洗滌的難題，本發(fā)明所制水玻璃放置一天后溶液依然清亮、無色，產(chǎn)品質(zhì)量與進(jìn)口水玻璃比肩。
【IPC分類】C01B33-32
【公開號】CN104609436
【申請?zhí)枴緾N201510074038
【發(fā)明人】鄭若鋒, 蔣碧仙, 王吉, 周正, 曹佳, 雷力, 彭強(qiáng), 繆興平
【申請人】四川西冶新材料有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月11日