利用氯氧化锆生产排放废水制备偏硅酸钠的方法

摘要

一种利用氯氧化锆生产排放废水制备偏硅酸钠的方法，依次有原料预处理、反应、结晶、分离、干燥和筛分工序，主要原料是氯氧化锆生产所排放的氧化钠、二氧化硅浓度按重量百分比分别是5～15％、2～10％的废水。原料预处理工序依次有加热搅拌、冷却沉降、二次过滤和蒸发浓缩，经过预处理进入反应工序的浓缩液中氧化钠与二氧化硅浓度按重量百分比合计是25～50％。原料预处理工序中加热温度是90～98℃，搅拌时间是12～18分钟，冷却沉降温度是45～55℃，沉降时间是3.5～4.5小时，蒸发温度是100～120℃。本发明具有方法简便可行、原料组分新颖、资源利用充分、产品质量稳定、成本相应较低、无二次废弃物排放的优点，尤其是能有效治理氯氧化锆生产排放的废水，保护生态环境，降低氯氧化锆生产成本。

说明书

技术领域    本发明涉及碱金属硅酸盐的制备，尤其涉及一种利用氯氧化锆生产排放废水制备偏硅酸钠的方法。

背景技术    偏硅酸钠是氧化钠与氧化硅分子数比等于1的晶体硅酸钠，分子式是Na₂O·SiO₂·XH₂O。市场销售的主要有五水、无水和九水三种形态偏硅酸钠，分子式中X分别是5、O或9。是水溶性硅酸盐的主要品种，广泛用作陶瓷成型助剂、洗涤助剂、纺织浆料，还用于纸板制造、防火涂料、石油炼制以及食品防腐等。现有偏硅酸钠的制备方法，一般都有反应、结晶、分离、干燥、筛分工序。主要差别是原料以及原料的预处理工序有所不同。以氢氧化钠和工业硅酸钠为原料的，产品成本相对较高；而采用焙烧处理钾长石的工艺流程长，设备复杂，后处理费用多，产品成本相应也较高。至于按照产品成型划分的熔固结晶法、一次造粒法、喷雾干燥法和溶液结晶法，前一种效率低，产品外观差，放置易吸潮结块，不适于批量规模生产，后三种共同缺陷是成本高，都有必要进一步改进。

氯氧化锆是锆盐、锆制品的基础原料，其应用和需求量正在不断增长，但生产过程中排放的以氧化钠(Na₂O)、二氧化硅(SiO₂)为主要成分的稀碱液废水治理，严重制约着氯氧化锆生产规模的扩大。至今尚未见有以氧化钠、二氧化硅为主要成分的稀碱液废水为主要原料制备偏硅酸钠的文献报导。

发明内容    为治理氯氧化锆生产排放的废水，弥补现有偏硅酸盐钠产品制备方法的缺陷，本发明提出一种利用氯氧化锆生产排放废水制备五水、无水偏硅酸钠的方法，本发明还提出一种利用氯氧化锆生产排放废水制备九水偏硅酸钠的方法，采用的技术方案分别如下：

这种利用氯氧化锆生产排放废水制备五水、无水偏硅酸钠的方法，依次有原料预处理、反应、结晶、分离、干燥和筛分工序，其特征是：

主要原料是氯氧化锆生产所排放的氧化钠、二氧化硅浓度按重量百分比分别是5～15％、2～10％的废水。

原料预处理工序依次有加热搅拌、冷却沉降、二次过滤和蒸发浓缩，经过预处理进入反应工序的浓缩液中氧化钠与二氧化硅浓度按重量百分比合计是25～50％。

上述的原料预处理工序中加热温度是90～98℃，搅拌时间是12～18分钟，冷却沉降温度是45～55℃，沉降时间是3.5～4.5小时，蒸发温度是100～120℃。

上述的反应工序是配料、加热、搅拌反应工序，由浓缩液氧化钠、二氧化硅含量决定加入高模数硅酸钠，与以上浓缩液混合，调整后的反应液的氧化钠、二氧化硅浓度按重量百分比分别是20～25％、8～15％，加热温度是55～65℃，反应时间是0.5～1.0小时，高模数硅酸钠的氧化硅浓度以≥25％为佳。

上述的结晶工序，依次是降低温度至50～60℃、加入成核剂和成核助剂、搅拌、匀速降温、沉降结晶工序，降温速度是5～8℃/小时，结晶时间是1～2小时，成核剂分别是以五水、无水偏硅酸钠做成核晶种。

上述的分离工序是固液离心分离工序。

上述的干燥工序是结晶湿物料在流化床中通风干燥工序，干燥温度是60～70℃，通过控制流化床运转速度，使物料干燥时间是5～10分钟。

上述的筛分工序的筛分粒度≤12目。

这种利用氯氧化锆生产排放废水制备五水、无水偏硅酸钠的方法的进一步特征是：

上述的成核助剂可以是十二烷基苯磺酸钠，也可以是十二烷基硫酸钠，还可以是聚乙二醇型非离子表面活性剂。

这种利用氯氧化锆生产排放废水制备九水偏硅酸钠的方法，依次有原料预处理、反应、结晶、分离工序，其特征是：

主要原料是氯氧化锆生产所排放的氧化钠、二氧化硅浓度按重量百分比分别是5～15％、2～10％的废水。

原料预处理工序依次有加热搅拌、冷却沉降、二次过滤和蒸发浓缩，经过预处理进入反应工序的浓缩液中氧化钠与二氧化硅浓度按重量百分比合计是25～50％。

上述的原料预处理工序中加热温度是90～98℃，搅拌时间是12～18分钟，冷却温度是45～55℃，沉降时间是3.5～4.5小时，蒸发温度是100～120℃。

上述的反应工序是配料、加热、搅拌反应工序，由浓缩液氧化钠、二氧化硅含量决定加入高模数硅酸钠和固体氢氧化钠，与以上浓缩液混合，调整后的反应液的氧化钠、二氧化硅浓度按重量百分比分别是18～24％、16～24％，加热温度是45～60℃，反应时间是0.5～1.0小时，高模数硅酸钠的氧化硅浓度以≥25％为佳。

上述的结晶工序依次是降低温度至35～50℃、加入成核剂和成核助剂、搅拌、匀速降温、沉降结晶，降温速度是5～8℃/小时，结晶时间是1～2小时，成核剂是以九水偏硅酸钠做成核晶种。

上述的分离工序是固液离心分离工序。

这种利用氯氧化锆生产排放废水制备九水偏硅酸钠的方法的进一步特征是：

上述的成核助剂可以是十二烷基苯磺酸钠，也可以是十二烷基硫酸钠，还可以是聚乙二醇型非离子表面活性剂。

本发明对照现有技术的有益效果是，本发明方法合理利用氯氧化锆生产过程中排放的废水，依次经原料预处理、反应、结晶、分离、干燥、筛分工序制备五水、无水偏硅酸钠，或依次经原料预处理、反应、结晶、分离工序制备九水偏硅酸钠，具有方法简便可行、原料组分新颖、资源利用充分、产品质量稳定、成本相应较低、无二次废弃物排放的优点，尤其是能有效治理氯氧化锆生产排放的废水，保护生态环境，降低氯氧化锆生产成本。试验表明，以一个年产2万吨氯氧化锆的生产装置所排放的废水为主要原料，采用本发明方法可以年产3万吨偏硅酸钠(以五水偏硅酸钠计)，而且制成品的各项性能指标稳定，能较好地满足洗涤助剂、陶瓷成型、纺织浆料，纸板制造、防火涂料、石油炼制以及食品防腐等的要求。

具体实施方式  利用氯氧化锆生产排放废水制备偏硅酸钠的方法

实施例1

氯氧化锆生产排放废水重量1.00公斤，该废水中的氧化钠、二氧化硅浓度按重量百分比分别是6.25％、2.55％，加热至95±2℃搅拌15分钟，之后冷却至50℃，沉降4小时，将冷却处理的废水在板框压滤机中进行过滤，过滤后的清液在105～115℃浓缩蒸发至重量为0.25公斤，此时氧化钠、二氧化硅浓度分别为25.0％、10.2％。

再加入含氧化钠14.0％、二氧化硅30.0％、模数2.21的工业硅酸钠0.025公斤，与以上浓缩液混合，调整后的反应液浓度是氧化钠24.0％、二氧化硅12.0％，混合加热至60±5℃，搅拌反应0.5小时，降温至55℃时加入0.1～0.2毫米的晶种五水偏硅酸钠0.2克、十二烷基苯磺酸钠0.001克，搅拌中控制降温时间为2小时，将结晶液温度匀速降至40～42℃，用离心设备分离出湿固体物料0.078公斤，再将湿固体物料投入流化床干燥器中，用70℃热风干燥5～10分钟，进行筛分后得粒度0.5～1毫米、含氧化钠29.5％、二氧化硅28.5％的五水偏硅酸钠成品0.075公斤。离心设备分离出的含氧化钠22.27％、二氧化硅5.90％的母液0.197公斤，返回配料反应系统继续使用。

实施例2

氯氧化锆生产排放废水重量1.00公斤，该废水中的氧化钠、二氧化硅浓度按重量百分比分别是6.25％、2.55％，加热到95±2℃搅拌15分钟，之后冷却至50℃，沉降4小时，将冷却处理的废水用板框压滤机中进行过滤，过滤后的清液在105～115℃浓缩蒸发至重量为0.25公斤，此时氧化钠、二氧化硅浓度分别为25.0％、10.2％。再加入含氧化钠14.0％、二氧化硅30.0％、模数2.21的工业硅酸钠0.30公斤和90.0％的工业氢氧化钠(折氧化钠含量69.75％)0.057公斤，与以上浓缩液混合，调整后的反应液浓度是氧化钠23.77％、二氧化硅19.0％，重量是0.607公斤，降温至45℃时加入0.1～0.2毫米的九水偏硅酸钠晶种2克、十二烷基苯磺酸钠0.01克，搅拌中控制降温时间为1小时，将结晶液温度匀速降至35℃，用离心设备分离出含氧化钠21.90％、二氧化硅21.20％的九水偏硅酸钠成品0.410公斤。含氧化钠28.46％、氧化硅14.31％的母液0.190公斤，返回配料反应系统继续使用。