原硅酸鈉的制備工藝及應用

紀發達 王敬偉 山東龍港硅業科技有限公司 濰坊 261300

原硅酸鈉，又名正硅酸鈉，分子式為2Na2O·SiO2，模數為0.5。原硅酸鈉屬于無機鹽產品，是一種無毒、無味、無公害的白色顆粒，易溶于水，不溶于醇和酸，水溶液呈堿性，堿性比偏硅酸鈉強，置于空氣中易吸濕潮解，具有去垢、乳化、分散、濕潤、滲透等性能及優良的pH緩沖能力。作為水溶性硅酸鹽的深加工產品，具有良好的性能和廣闊的市場前景。廣泛應用于保塑保水劑、除油劑、清洗劑、耐火劑、陶瓷添加劑和金屬表面處理劑、造紙脫墨劑與印染助劑、石油吸附劑等。

1 原硅酸鈉的制備工藝

1.1 現有工藝

目前，國內原硅酸鈉的制備工藝主要有以下三種：

(1)固體混合法。將偏硅酸鈉與粒狀燒堿進行人工攪拌混合，破碎篩分得到符合粒度要求的產品。此工藝生產出的產品只是二氧化硅及氧化鈉數量上的攙兌，僅是含量上達到了原硅酸鈉的要求，其分子結構并非實質化學意義上的原硅酸鈉。主要缺點是產品混合不均勻、含量不穩定、生產過程中粉塵大、粉塵具有腐蝕性、含有二氧化硅、污染環境，且采用偏硅酸鈉和粒狀燒堿進行二次加工，生產成本高。

(2)熔融法。是用偏硅酸鈉與粒狀燒堿高溫溶解后再降溫結晶，經破碎、篩分、烘干后得到符合粒度要求的原硅酸鈉。主要缺點是工作環境差、工人勞動強度大、自動化程度低、產量低、效率低、生產成本高。生產方式為間斷式生產，夏天天氣潮濕濕度大，生產控制困難，采用偏硅酸鈉和粒狀燒堿進行二次加工，生產成本高。

(3)噴霧干燥法。利用燒堿和液體硅酸鈉調模后，利用高速霧化機在干燥塔內霧化成微小液滴，通過高溫400～500℃對液滴進行干燥，通過旋風除塵器和布袋除塵器收料，篩分機篩分得到合適粒度的原硅酸鈉。此種工藝的產品粒度細，產品易吸潮，包裝時或客戶在使用時粉塵大，粉塵具有腐蝕性，含有二氧化硅，對人體健康產生影響。

現有制備原硅酸鈉的工藝流程長，設備多，投資大，能耗高。

1.2 新工藝

1.2.1 工藝流程介紹

本文介紹的原硅酸鈉生產工藝見圖1。

圖1 原硅酸鈉生產工藝流程圖

此工藝原硅酸鈉具體生產步驟如下：

(1)將固體氫氧化鈉與硅微粉(1000目篩下)按照重量比(2.5～3)∶1的熔爐中，升溫曲線按照8～10℃/min升溫至200℃，然后按照4～6℃/min升溫至 320～350℃，經過加溫后使固體氫氧化鈉熔融，再繼續按照4～6℃/min升溫至400～450℃，停止加熱，直至硅微粉反應完全，即得原硅酸鈉粗品。

(2)將原硅酸鈉粗品冷卻至60℃以下，使原硅酸鈉粗品固化完全，經粉碎、篩分，制備成粒狀或粉狀的原硅酸鈉產品。

1.2.2 工藝特點

本文介紹的原硅酸鈉生產方法，與現有工藝相比，其制備過程簡單、原料易得、工藝可控，反應率與反應速度均有明顯提升。與傳統熔融工藝相比，本工藝可直接使用硅微粉與氫氧化鈉進行反應，不需要先制備偏硅酸鈉再與氫氧化鈉反應的二次加工工藝，且分段升溫可使原料充反應完全，不受天氣濕度影響，引入DCS控制系統，實現自動化連續性生產。

此工藝可使熔融狀態的氫氧化鈉具有非常高的反應活性，可快速地與硅微粉進行反應，采用分階段升溫保證了氫氧化鈉充分熔融，且降低能耗；保溫30分鐘可明顯提高熔融狀態的氫氧化鈉與硅微粉的反應率，進一步提高反應速度；通過粉碎、篩分工藝可加工成符合生產要求的粒狀或粉狀原硅酸鈉產品。與現有工藝相比能耗明顯降低(見表1)。

表1 現有工藝與本工藝投資成本與能耗對比

2 原硅酸鈉生產裝置

原硅酸鈉生產裝置結構示意見圖2。

該裝置包括電熔爐和冷卻裝置。電熔爐設有入料口和出料口，入料口設有螺旋進料器。冷卻裝置包括冷卻罐，其頂部和底部分別設有進料口和排料口，進料口與電熔爐的出料口連通，排料口連通有粉碎機，粉碎機與篩分機連通。冷卻罐外設有冷卻夾套，冷卻夾套的上部和下部分別設有出水口和進水口；冷卻罐內設有攪拌軸，攪拌軸與電機傳動連接，電機設于冷卻罐的頂部，冷卻罐內設有溫度傳感器，冷卻罐的外壁設有溫度顯示器，實現對冷卻罐體進行水冷降溫，有效地提升了生產效率。

本文所介紹的原硅酸鈉生產裝置，其結構簡單、投資小、操作簡便，制得的原硅酸鈉具有更高的純度和含量，且比重大，并實現了連續化生產，提高了產量，降低了勞動強度及生產成本，改善了生產環境，達到了節能減排的效果。

3 原硅酸鈉的應用

3.1 在織物前處理中的應用

原硅酸鈉作為穩定劑時具有更強的堿性，因而無需輔加堿劑，適用于堿氧一浴法。堿用量減少,堆置時間縮短, 織物的雙氧水氧漂都是在一定的堿性條件下進行，有效改善了織物漂白前處理的品質[1]。

原硅酸鈉作為雙氧水穩定劑，起效快、穩定性好，可以有效阻止雙氧水過劇的連鎖反應，使雙氧水能夠充分有效地發揮作用。該穩定劑其組分形成的晶體結構的膠束，會構成較大的比表面積，具有較強的吸附能力，能吸附金屬離子封閉HOO-，避免金屬離子對雙氧水產生催化反應，同時抑制HO.自由基的形成和分解，以持續保證雙氧水分解生成穩定的過氧氫離子，便于對織物退漿、除雜和漂白。且能與重金屬離子形成螯合物，降低或者消除重金屬離子的雙氧水分解。通過與金屬離子發生螯合作用而形成穩定的水溶性絡合物，從而使重金屬不發生催化作用，雙氧水在漂白過程中均勻、有效地分解，避免織物遭受嚴重損傷。

3.2 在金屬清洗中的應用

鋼板在軋制過程中表面需要涂一層乳化液。軋制過后要用正硅酸鈉溶液或其他堿性溶液將其清洗干凈[2]。原硅酸鈉為無機助洗劑，具有較強的堿性和一定的緩沖能力，使清洗劑能保持一定的堿度；同時具有去垢乳化、分散、濕潤等性能，能把較大的污垢分散成接近膠體粒子大小的顆粒，從而提高清洗、除油能力。

3.3 在金屬材料熱處理中的應用

在實際的工業制造過程中,對金屬材料進行相應的熱處理是非常重要的,可以更好地保障金屬材料的功能3]。在金屬的熱處理過程中，金屬件會在高溫條件下保持較長時間，這段時間內，金屬件會發生氧化、脫碳一系列變化，導致金屬材料性能劣化。以原硅酸鈉為主要成分的涂料，能有效對金屬件形成保護層，減少熱加工蝕斑，減少金屬件熱處理時的氧化損失，且涂層在金屬熱處理后易于脫落。以原硅酸鈉溶液進行浸漬或電解處理的鍍鎳鋼板，在熱處理之后具有極好的外觀，并且在熱處理期間可以防止鋼板的彼此粘接。

4 結語

本文介紹的原硅酸鈉的新生產工藝及生產裝置，解決了原硅酸鈉生產過程中存在污染環境、產量低、自動化程度低、生產成本高的問題；實現了在全密閉狀態下，一步法生產原硅酸鈉，提高了原硅酸鈉硬度，減少了干燥時間，且操作人員少、勞動強度低、節能環保。原硅酸鈉已經得到快速的應用發展和突破，重要性十分突出，利用空間很大，在經濟和資源方面均有重大意義，具有廣闊的應用前景。