原硅酸钠的制备工艺及应用

纪发达 王敬伟 山东龙港硅业科技有限公司 潍坊 261300

原硅酸钠，又名正硅酸钠，分子式为2Na2O·SiO2，模数为0.5。原硅酸钠属于无机盐产品，是一种无毒、无味、无公害的白色颗粒，易溶于水，不溶于醇和酸，水溶液呈碱性，碱性比偏硅酸钠强，置于空气中易吸湿潮解，具有去垢、乳化、分散、湿润、渗透等性能及优良的pH缓冲能力。作为水溶性硅酸盐的深加工产品，具有良好的性能和广阔的市场前景。广泛应用于保塑保水剂、除油剂、清洗剂、耐火剂、陶瓷添加剂和金属表面处理剂、造纸脱墨剂与印染助剂、石油吸附剂等。

1 原硅酸钠的制备工艺

1.1 现有工艺

目前，国内原硅酸钠的制备工艺主要有以下三种：

(1)固体混合法。将偏硅酸钠与粒状烧碱进行人工搅拌混合，破碎筛分得到符合粒度要求的产品。此工艺生产出的产品只是二氧化硅及氧化钠数量上的搀兑，仅是含量上达到了原硅酸钠的要求，其分子结构并非实质化学意义上的原硅酸钠。主要缺点是产品混合不均匀、含量不稳定、生产过程中粉尘大、粉尘具有腐蚀性、含有二氧化硅、污染环境，且采用偏硅酸钠和粒状烧碱进行二次加工，生产成本高。

(2)熔融法。是用偏硅酸钠与粒状烧碱高温溶解后再降温结晶，经破碎、筛分、烘干后得到符合粒度要求的原硅酸钠。主要缺点是工作环境差、工人劳动强度大、自动化程度低、产量低、效率低、生产成本高。生产方式为间断式生产，夏天天气潮湿湿度大，生产控制困难，采用偏硅酸钠和粒状烧碱进行二次加工，生产成本高。

(3)喷雾干燥法。利用烧碱和液体硅酸钠调模后，利用高速雾化机在干燥塔内雾化成微小液滴，通过高温400～500℃对液滴进行干燥，通过旋风除尘器和布袋除尘器收料，筛分机筛分得到合适粒度的原硅酸钠。此种工艺的产品粒度细，产品易吸潮，包装时或客户在使用时粉尘大，粉尘具有腐蚀性，含有二氧化硅，对人体健康产生影响。

现有制备原硅酸钠的工艺流程长，设备多，投资大，能耗高。

1.2 新工艺

1.2.1 工艺流程介绍

本文介绍的原硅酸钠生产工艺见图1。

图1 原硅酸钠生产工艺流程图

此工艺原硅酸钠具体生产步骤如下：

(1)将固体氢氧化钠与硅微粉(1000目筛下)按照重量比(2.5～3)∶1的熔炉中，升温曲线按照8～10℃/min升温至200℃，然后按照4～6℃/min升温至 320～350℃，经过加温后使固体氢氧化钠熔融，再继续按照4～6℃/min升温至400～450℃，停止加热，直至硅微粉反应完全，即得原硅酸钠粗品。

(2)将原硅酸钠粗品冷却至60℃以下，使原硅酸钠粗品固化完全，经粉碎、筛分，制备成粒状或粉状的原硅酸钠产品。

1.2.2 工艺特点

本文介绍的原硅酸钠生产方法，与现有工艺相比，其制备过程简单、原料易得、工艺可控，反应率与反应速度均有明显提升。与传统熔融工艺相比，本工艺可直接使用硅微粉与氢氧化钠进行反应，不需要先制备偏硅酸钠再与氢氧化钠反应的二次加工工艺，且分段升温可使原料充反应完全，不受天气湿度影响，引入DCS控制系统，实现自动化连续性生产。

此工艺可使熔融状态的氢氧化钠具有非常高的反应活性，可快速地与硅微粉进行反应，采用分阶段升温保证了氢氧化钠充分熔融，且降低能耗；保温30分钟可明显提高熔融状态的氢氧化钠与硅微粉的反应率，进一步提高反应速度；通过粉碎、筛分工艺可加工成符合生产要求的粒状或粉状原硅酸钠产品。与现有工艺相比能耗明显降低(见表1)。

表1 现有工艺与本工艺投资成本与能耗对比

2 原硅酸钠生产装置

原硅酸钠生产装置结构示意见图2。

该装置包括电熔炉和冷却装置。电熔炉设有入料口和出料口，入料口设有螺旋进料器。冷却装置包括冷却罐，其顶部和底部分别设有进料口和排料口，进料口与电熔炉的出料口连通，排料口连通有粉碎机，粉碎机与筛分机连通。冷却罐外设有冷却夹套，冷却夹套的上部和下部分别设有出水口和进水口；冷却罐内设有搅拌轴，搅拌轴与电机传动连接，电机设于冷却罐的顶部，冷却罐内设有温度传感器，冷却罐的外壁设有温度显示器，实现对冷却罐体进行水冷降温，有效地提升了生产效率。

本文所介绍的原硅酸钠生产装置，其结构简单、投资小、操作简便，制得的原硅酸钠具有更高的纯度和含量，且比重大，并实现了连续化生产，提高了产量，降低了劳动强度及生产成本，改善了生产环境，达到了节能减排的效果。

3 原硅酸钠的应用

3.1 在织物前处理中的应用

原硅酸钠作为稳定剂时具有更强的碱性，因而无需辅加碱剂，适用于碱氧一浴法。碱用量减少,堆置时间缩短, 织物的双氧水氧漂都是在一定的碱性条件下进行，有效改善了织物漂白前处理的品质[1]。

原硅酸钠作为双氧水稳定剂，起效快、稳定性好，可以有效阻止双氧水过剧的连锁反应，使双氧水能够充分有效地发挥作用。该稳定剂其组分形成的晶体结构的胶束，会构成较大的比表面积，具有较强的吸附能力，能吸附金属离子封闭HOO-，避免金属离子对双氧水产生催化反应，同时抑制HO.自由基的形成和分解，以持续保证双氧水分解生成稳定的过氧氢离子，便于对织物退浆、除杂和漂白。且能与重金属离子形成螯合物，降低或者消除重金属离子的双氧水分解。通过与金属离子发生螯合作用而形成稳定的水溶性络合物，从而使重金属不发生催化作用，双氧水在漂白过程中均匀、有效地分解，避免织物遭受严重损伤。

3.2 在金属清洗中的应用

钢板在轧制过程中表面需要涂一层乳化液。轧制过后要用正硅酸钠溶液或其他碱性溶液将其清洗干净[2]。原硅酸钠为无机助洗剂，具有较强的碱性和一定的缓冲能力，使清洗剂能保持一定的碱度；同时具有去垢乳化、分散、湿润等性能，能把较大的污垢分散成接近胶体粒子大小的颗粒，从而提高清洗、除油能力。

3.3 在金属材料热处理中的应用

在实际的工业制造过程中,对金属材料进行相应的热处理是非常重要的,可以更好地保障金属材料的功能3]。在金属的热处理过程中，金属件会在高温条件下保持较长时间，这段时间内，金属件会发生氧化、脱碳一系列变化，导致金属材料性能劣化。以原硅酸钠为主要成分的涂料，能有效对金属件形成保护层，减少热加工蚀斑，减少金属件热处理时的氧化损失，且涂层在金属热处理后易于脱落。以原硅酸钠溶液进行浸渍或电解处理的镀镍钢板，在热处理之后具有极好的外观，并且在热处理期间可以防止钢板的彼此粘接。

4 结语

本文介绍的原硅酸钠的新生产工艺及生产装置，解决了原硅酸钠生产过程中存在污染环境、产量低、自动化程度低、生产成本高的问题；实现了在全密闭状态下，一步法生产原硅酸钠，提高了原硅酸钠硬度，减少了干燥时间，且操作人员少、劳动强度低、节能环保。原硅酸钠已经得到快速的应用发展和突破，重要性十分突出，利用空间很大，在经济和资源方面均有重大意义，具有广阔的应用前景。