專利名稱：一種硅溶膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制取硅溶膠的方法，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硅溶膠又稱膠體二氧化硅、硅酸溶膠、矽酸膠、矽溶液，是無定形SiO2在水中的膠體溶液，可以用HiSiO2 nH20表示。工業(yè)上用的最多的是粒徑在8 20nm，并含有少量穩(wěn)定劑如NaOH、NH3 H2O等的堿性硅溶膠，酸性硅溶膠也多是以這類堿性硅溶膠為原料制得的。 由于硅溶膠的主要成分是膠態(tài)的SiO2，所以它呈現(xiàn)出化學惰性，無臭、無味、無毒、無腐蝕性，有較大的比表面積(一般在200m2/g左右)和較強的吸附性。因此，硅溶膠可廣泛應(yīng)用于耐火材料、熔模鑄造、涂料、造紙、毛紡和催化劑等行業(yè)，是一種十分重要的精細化工產(chǎn)品。關(guān)于硅溶膠的生產(chǎn)，殷馨、戴媛靜在《化學推進劑與高分子材料》第3卷第6期第27 32頁的《硅溶膠的性質(zhì)、制法及應(yīng)用》一文中，介紹了硅溶膠的六種制備方法硅溶解法、離子交換法、電解電滲析法、膠溶法、酸中和法和分散法。而在實際現(xiàn)行生產(chǎn)中，應(yīng)用的最多的是以硅酸鈉為原料的離子交換法。成都科技大學出版社在1994年5月發(fā)行的《硅化合物的生產(chǎn)與應(yīng)用》((川)新登字015號)第174-178頁較祥細的介紹了離子交換法生產(chǎn)硅溶膠的工藝。該工藝主要是以硅酸鈉和鹽酸(或硫酸)為原料，通過硅酸鈉精制、離子交換、母液制備、增粒、濃縮等工序，得到硅溶膠產(chǎn)品。其中的離子交換是通過離子交換樹脂實現(xiàn)的，所以相應(yīng)的還有樹脂的清洗、樹脂再生等工序。文中還舉例說明了硅溶膠生產(chǎn)的消耗定額，以30%堿性硅溶膠為例，生產(chǎn)I噸產(chǎn)品需消耗硅酸鈉(Na2O8. 2%, SiO2 :26%，模數(shù)為 3. 1-3. 4) :1. 4T鹽酸(35%含量)0.8T所以，用該種工藝生產(chǎn)硅溶膠時，除了消耗作為硅源的硅酸鈉外，還需消耗相應(yīng)的鹽酸或硫酸，除成本支出因素外，另一個不容忽視的問題是，在該工藝離子交換、樹脂洗滌、再生等工序中，會產(chǎn)生大量的含鹽含酸廢水，由于濃度及工藝費用等方面的因素，這些含鹽含酸廢水回收成本較高，回收物價值又不大，所以不可避免的會排放大量廢水。由于上述工藝需消耗大量無機酸，產(chǎn)生大量含鹽含酸廢水無法循環(huán)或回收利用，存在生產(chǎn)成本較高，同時引起環(huán)境污染等問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明擬解決的是提供一種除硅源(硅酸鈉Na2O *nSi02)外，其他化學品能循環(huán)使用的制取硅溶膠的方法，以降低硅溶膠的制造成本，同時少消耗資源，減少排放，盡量減少對環(huán)境的損害。為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種硅溶膠的制備方法，它是以NaHCO3或NH4HCO3與硅酸鈉Na2O *nSi02為原料，反應(yīng)得到水合SiO2沉淀，經(jīng)過濾分去濾液，濾餅再經(jīng)水洗、膠溶、增粒、濃縮得到硅溶膠產(chǎn)品；所述原料為硅酸鈉Na2O nSi02和NaHCO3時，二者的摩爾 比為了 I : 2. O 2. 3，所述原料為硅酸鈉Na2O ^nSiO2和NH4HCO3時，二者的摩爾比為I : I. 0 I. 15 ;所述濾液主要含有Na2CO3,當用NaHCO3為原料時，還含有少量NaHCO3,當用NH4HCO3為原料時，還含有NH3 *H20和少量NH4HC03。所述硅酸鈉Na2O TiSiO2的模數(shù)n為2. 2 3. 7。 所述NaHCO3或NH4HCO3與硅酸鈉Na2O nSi02的反應(yīng)，是先將所述原料均各配制成溶液，然后在反應(yīng)器中在攪拌下混合二種溶液，所述溶液濃度為混合后混合液中SiO2含量在 2. 0 5. 5%。所述硅酸鈉Na2O -HSiO2溶液在混合反應(yīng)前還經(jīng)過了精制工序以除去不溶性雜質(zhì)，所述精制工序為自然沉降澄清或過濾，所述過濾為微孔精密過濾，離心過濾或加助濾劑的壓濾機過濾。所述分去濾液的過濾采用真空過濾或壓濾機過濾。所述膠溶和增粒是同步進行，它包含以下步驟I)加水分散將經(jīng)水洗的濾餅加水混合，攪拌，或再用膠體磨磨細，或用高速剪切分散機打漿，至漿料與水混合均勻并有自由的流動性；2)配制含SiO2晶種的母液；3)膠溶和增粒將確定數(shù)量的母液，一次性加入到增長反應(yīng)釜中，加熱升溫，連續(xù)加入由步驟A)制得的漿料，并加入PH值調(diào)節(jié)劑，保持PH值在9. 0±0. 5，使其在穩(wěn)定的條件下反應(yīng)，讓漿料中溶出的小顆粒長成所需的大粒徑，漿料的用量由最終產(chǎn)品的要求來確定，具體為在一定的母液下，加入的漿料越多，得到的硅溶膠粒徑越大。所述濃縮是超濾濃縮。所述濾液中通往CO2,使濾液中的Na2CO3生成NaHCO3,或使其中的NH3 H2O反應(yīng)生成NH4HCO3,生成的NaHCO3或NH4HCO3可循環(huán)作為與硅酸鈉反應(yīng)生成水合SiO2沉淀的原料。當使用NaHCO3為原料時，所述的濾液經(jīng)濃縮后，通入CO2,生成NaHCO3的飽和溶液和其結(jié)晶物的混合物，所述的濃縮是控制在使結(jié)晶的NaHCO3占混合物中NaHCO3的40 45%，然后過濾回收NaHCO3固體，濾液作為與硅酸鈉反應(yīng)生成水合SiO2沉淀的原料循環(huán)使用。當使用NH4HCO3為原料時，在所述的濾液中先通入CO2反應(yīng)后，再對濾液進行濃縮，然后冷卻析出回收部分NaHCO3, NaHCO3和剩余部分的NH4HCO3的混合溶液循環(huán)作為制備水合SiO2沉淀的反應(yīng)原料，所述析出回收部分NaHCO3量的控制是使混合溶液中NH4HCO3和剩余部分NaHCO3的量能滿足循環(huán)反應(yīng)的要求，即足夠下一循環(huán)中與Na2O nSi02反應(yīng)的量。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明制備硅溶膠的方法，它是以NaHCO3或NH4HCO3與硅酸鈉Na2O nSi02為原料，反應(yīng)得到水合SiO2沉淀，經(jīng)過濾分去濾液，濾餅再經(jīng)水洗、膠溶、增粒、濃縮得到硅溶膠產(chǎn)品。由于濾液主要是含有Na2CO3和少量NaHCO3,或者是Na2C03、NH3 H2O和少量NH4HCO3，這些都可以通過不同的處理方式重新生成反應(yīng)原料，因此本發(fā)明工藝除硅源(硅酸鈉Na2O nSi02)夕卜，其他化學品均能循環(huán)使用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，降低了硅溶膠的制造成本，同時少消耗資源，減少排放，減少對環(huán)境的損害，避免了現(xiàn)有技術(shù)需消耗大量無機酸，并產(chǎn)生大量含鹽含酸廢水，引起環(huán)境污染等問題。前述技術(shù)方案中還列舉了一些對濾液不同的處理方式，然后回用作為與硅酸鈉反應(yīng)的原料，并可同時回收多余的nh4hco3。對前述的三種不同處理方法，在實際生產(chǎn)中，可根據(jù)不同的生產(chǎn)狀況采用相應(yīng)的處理方式，以取得最好的效果。按現(xiàn)行原料價格計算，與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明方法可降低硅溶膠品生產(chǎn)原料成本30 %以上。
下面對上述技術(shù)方案作些簡要的分析。先介紹下作為制備硅溶膠的主要原料硅酸鈉。娃酸鈉,俗名水玻璃,商品名為泡化堿,分子式可寫作Na20 nSi02, n為SiO2與Na2O的摩爾比，常稱為模數(shù)，一般硅酸鈉產(chǎn)品的模數(shù)在2. 2 3. 7。硅酸鈉極易與酸發(fā)生反應(yīng)析出二氧化硅，Na2O nSi02與H2SO4的反應(yīng)式為
權(quán)利要求
1.一種硅溶膠的制備方法，其特征在于它是以NaHCO3或NH4HCO3與硅酸鈉Na2O *nSi02為原料，反應(yīng)得到水合SiO2沉淀，經(jīng)過濾分去濾液，濾餅再經(jīng)水洗、膠溶、增粒、濃縮得到硅溶膠產(chǎn)品；所述原料為硅酸鈉Na2O ^nSiO2和NaHCO3時，二者的摩爾比為了 I : 2.0-2. 3，所述原料為硅酸鈉Na2O *nSi02和NH4HCO3時，二者的摩爾比為I : I. 0-1. 15 ;所述濾液主要含有Na2CO3,當用NaHCO3S原料時，還含有少量NaHCO3,當用NH4HCO3為原料時，還含有NH3 ·Η20和少量NH4HCO3。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅溶膠的制備方法，其特征在于所述硅酸鈉Na2O· nSi02的模數(shù)η為2. 2-3.7。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的硅溶膠的制備方法，其特征在于所述NaHCO3或NH4HCO3與硅酸鈉Na2O · nSi02的反應(yīng)，是先將所述原料均各配制成溶液，然后在反應(yīng)器中在攪拌下混合二種溶液，所述溶液濃度為混合后混合液中SiO2含量在2. 0-5. 5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅溶膠的制備方法，其特征在于所述硅酸鈉Na2O· nSi02溶液在混合反應(yīng)前還經(jīng)過了精制工序以除去不溶性雜質(zhì)，所述精制工序為自然沉降澄清或過濾，所述過濾為微孔精密過濾，離心過濾或加助濾劑的壓濾機過濾。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅溶膠的制備方法，其特征在于所述分去濾液的過濾采用真空過濾或壓濾機過濾。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅溶膠的制備方法，其特征在于所述膠溶和增粒是同步進行，它包含以下步驟 A)加水分散將經(jīng)水洗的濾餅加水混合，攪拌，或再用膠體磨磨細，或用高速剪切分散機打漿，至漿料與水混合均勻并有自由的流動性； B)配制含SiO2晶種的母液； C)膠溶和增粒將確定數(shù)量的母液，一次性加入到增長反應(yīng)釜中，加熱升溫，連續(xù)加入由步驟A)制得的漿料，并加入PH值調(diào)節(jié)劑，保持PH值在9. 0±0. 5，使其在穩(wěn)定的條件下反應(yīng)，讓漿料中溶出的小顆粒長成所需的大粒徑，漿料的用量由最終產(chǎn)品的要求來確定，具體為在一定的母液下，加入的漿料越多，得到的硅溶膠粒徑越大。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅溶膠的制備方法，其特征在于所述濃縮是超濾濃縮。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅溶膠的制備方法，其特征在于所述濾液中通CO2,使濾液中的Na2CO3生成NaHCO3,或還使其中的NH3 ·Η20反應(yīng)生成NH4HCO3,生成的NaHCO3或NH4HCO3可循環(huán)作為與硅酸鈉反應(yīng)生成水合SiO2沉淀的原料。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅溶膠的制備方法，其特征在于當使用NaHCO3為原料時，所述的濾液經(jīng)濃縮后，通入CO2,生成NaHCO3的飽和溶液與其結(jié)晶物的混合物，所述的濃縮是控制在使結(jié)晶的NaHCO3占混合物中NaHCO3的40-45%，然后過濾回收NaHCO3固體，濾液作為與娃酸鈉反應(yīng)生成水合SiO2沉淀的原料循環(huán)使用。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅溶膠的制備方法，其特征在于當使用NH4HCO3為原料時，在通入CO2反應(yīng)后，還對濾液進行了濃縮，然后冷卻析出回收部分NaHCO3, NaHCO3和剩余部分的NH4HCO3的混合溶液循環(huán)作為制備沉淀SiO2的反應(yīng)原料；所述析出回收部分NaHCO3量的控制是使混合溶液中NH4HCO3和剩余部分NaHCO3的量能滿足循環(huán)反應(yīng)的要求，即足夠下一循環(huán)中與Na2O · nSi02反應(yīng)的量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅溶膠的制備方法，它是以NaHCO3或NH4HCO3與硅酸鈉Na2O·nSiO2為原料，反應(yīng)得到水合SiO2沉淀，經(jīng)過濾分去濾液，濾餅再經(jīng)水洗、膠溶、增粒、濃縮得到硅溶膠產(chǎn)品；所述濾液主要含有Na2CO3，當用NaHCO3為原料時，還含有少量NaHCO3，當用NH4HCO3為原料時，還含有NH3·H2O和少量NH4HCO3。由于濾液主要成分都可以通過不同的處理方式重新生成反應(yīng)原料，因此本發(fā)明具有循環(huán)使用的特點，降低了硅溶膠的制造成本，同時少消耗資源，減少排放，減少對環(huán)境的損害，避免了現(xiàn)有技術(shù)需消耗大量無機酸，引起環(huán)境污染等問題。
文檔編號C01B33/141GK102633268SQ20121012190
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者章浩龍 申請人:浙江宇達化工有限公司