水热法制备硅酸钾溶液的方法技术

叙述了水热法制备高ＳｉＯ－［２］∶Ｋ－［２］Ｏ摩尔比的硅酸钾溶液的方法，石英与氢氧化钾水溶液在１５０－３００℃温度范围内和与此温度相应的饱和水蒸汽压力下，在压力反应器内进行水热转化。此法的特征是，在此得到的ＳｉＯ－［２］∶Ｋ－［２］Ｏ摩尔比小于２．７５∶１的硅酸钾溶液，紧接着与曾在１１００℃到熔点温度范围内煅烧过的石英进行反应，其间保持与上述范围相同的温度和压力。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及水热法制备SiO2∶K2O摩尔比高的硅酸钾溶液的方法。通过将石英砂与氢氧化钾水溶液反应生成硅酸钾溶液，紧接着将此中间产品和SiO2变种晶体反应生成SiO2∶K2O比值高的产品。在Winnacker和Kuchler的专著，Chemische  Technologie，Band  3，Anorganische  Technologie  Ⅱ，4版，1983，页54-63和Ullmanns著的Encyklopadie  der  technischen  chemie  Band  21，4版，1982，页409-412中已给出关于制备硅酸钾水溶液的一般性概貌。在已知称之为“水玻璃”的碱金属硅酸盐中，硅酸钾溶液（一般称为钾水玻璃）找到了工业应用。这类钾水玻璃主要具有固态含量为28-55%（重量）以及二氧化硅与氧化钾的分子比为2.0-4.2∶1。钾水玻璃的工业规模制备一般是在合适的炉子中（槽炉/转筒炉），在1400-1500℃温度范围下，通过石英砂与碳酸钾共溶分解出二氧化碳来完成的。经冷却硬化的融熔物（固态玻璃）在紧接着的下一工艺步骤中，在高温和压力下被溶解于水中。根据质量要求，必要时过滤所得溶液。此高温融熔法不论在设备及所需能量方面都是很费钱的。并且还进一步导致如尘埃、-->氧化氮和氧化硫的不可忽视的四处扩散。除了这类在工业中主要采用的高温融熔法外，已知有水热法制备硅酸钾水溶液。有一系列专利申请对此作了说明。这些方法采用一种非晶形二氧化硅，基本上是烟尘和天然存在的非晶形二氧化硅变种。由于受到作为原料加入的烟尘中的杂质和天然非晶形二氧化硅化合物中杂质的影响，这里得到的工艺产品的质量是低劣的。因而作为高价值工业产品，它们的应用受到局限。德国专利DE-AS2826432涉及到把在制备硅及硅铁合金时产生的烟尘与碱金属氢氧化物溶液在高温下反应，然后紧接着过滤所生成的溶液，作为制备水玻璃溶液的方法。该法的特征是，在2.9-18.6巴高压釜内，用6-15%（重量）碱金属氢氧化物水溶液，在120-190℃下处理烟尘。碱金属氢氧化物溶液与固态烟尘之重量比为2∶1至5∶1，工艺产品中SiO2∶K2O摩尔比为3.76∶1。用作原料加入的烟尘的硅含量为89-98%（重量），按实施例常为90%（重量），其余部分由杂质组成。德国专利DE-OS2609831涉及到把硅金属和硅合金制备过程中产生的对环境有害的废弃烟尘中的二氧化硅转变为硅酸或硅酸盐的方法，其特征归纳成为下列Ⅰ-Ⅲ工艺步骤。Ⅰ.将烟尘溶解于碱金属氢氧化物溶液中，形成碱金属硅酸盐溶液，Ⅱ.通过活性碳和/或氧化剂的处理，清除碱金属硅酸盐溶-->液中的有机组份，并从溶液中分离掉不能分解的残渣，Ⅲ.将碱金属硅酸盐溶液与无机（或有机）酸和/或基盐进行反应，以达到进一步纯化的目的。按此法制得的碱金属硅酸盐溶液中，SiO2∶Me2O摩尔比一般在3.3-5.0∶1范围内。德国专利DE-OS2619604涉及到用非晶形二氧化硅和碱金属氢氧化物制备液态水玻璃的方法，其特征是，从铁合金工业或其他用硅炉加工的工业废气中分离出来的烟尘状的二氧化硅尘埃，以一定重量比与碱金属氢氧化物和水混合，然后在75和100℃温度范围内搅拌，冷却所得的液体。在此水玻璃制备过程中，作为原料用的二氧化硅尘埃的二氧化硅含量，一般为94-98%（重量），其余由杂质组成。所得的钾水玻璃的SiO2/K2O摩尔比为3.58∶1。正如前面说明中所指出那样，专利文献中指出的从非晶形二氧化硅制得的水玻璃，常常只能提供性能低劣的工艺产品，必需对它们进行进一步纯化。下述的技术工艺涉及从晶状二氧化硅（即砂子）和苛性钾溶液水热制备硅酸钾溶液的方法。按现有技术工艺的方法一般SiO2∶K2O摩尔比只能达到2.75-1。德国专利DE-OS3313814还涉及到制备硅酸钾清澈溶液的方法，其二氧化硅∶氧化钾摩尔比同样为2.75∶1。对平均颗粒尺寸在0.1和2mm之间的晶状二氧化硅进行分解，在一个无机械运动的垂直的管式反应器中氢氧化钾水溶液流经由二氧-->化硅组成的床层，并从上向下不断补给二氧化硅和氢氧化钾水溶液。比利时专利649739涉及到通过高温和压力，将含硅酸的物料溶解于苛性钠水溶液中，作为制备清澈硅酸钠溶液的方法和设备，其特征是：通过过滤，将产品从剩余的含硅酸的物料和/或从不溶的杂质中分离出来。上述的过滤过程在反应器底部附近，在其温度和压力条件与反应条件十分相似的地方顺利地完成。用这种方式也能制得硅酸钾水溶液。这类由砂子和苛性钾溶液水热制备钾水玻璃的方法，在已引用的Winnacker，Kuchler专著中也被讨论过，这里说（61页和62页）水热法不能制备钾水玻璃，因在分解时会形成大量难溶物（KHSi2O5）X，即使再经加热，它们也不能溶解。因为有这些被引用的文献，对于从砂子（即晶状SiO2）和苛性钾溶液通过水热法制备高SiO2/K2O-摩尔比的硅酸钾溶液，自然存在有十足的偏见。本专利技术针对此提出任务：提出一种将晶状二氧化硅和氢氧化钾水溶液转化为硅酸钾溶液的水热制备方法，其中作为晶状二氧化硅加入的是石英（即砂子），得到的最终产物是SiO2/K2O摩尔比大于2.75∶1的硅酸钾溶液。本专利技术任务是这样完成的，将石英（即砂子）和氢氧化钾水溶液进行水热转化，并紧接着将此处作为中间产品得到的硅酸钾溶液和一种专门煅烧过的石英进行水热转化。-->本专利技术因而涉及，在150-300℃温度范围内和与此温度相应的饱和水蒸汽压力下，在压力反应器中，将石英砂和氢氧化钾水溶液转化为高SiO2∶K2O摩尔比的硅酸钾溶液的水热制备法。其特征是，将作为中间产品得到的、SiO2、K2O摩尔比小于2.75∶1的硅酸钾溶液，在遵循上述温度和压力范围的条件下，紧接着在超过1100℃直到熔点的温度范围内，与专门加以煅烧过的石英进行反应。本专利技术由于运用了技术上无问题的简易的工艺过程，因而比之现有技术水平的方法，在价格上是有利的。现有技术水平的方法，即高温融熔，紧接着溶解的方法，在技术上花钱多，要求的能量多并对环境污染大。与现有技术水平的水热法相比，本专利技术的方法具有的优点是：通过加入一种特别煅烧过的石英，作为后续工艺步骤中的晶状二氧化硅组份，也能得到SiO2∶K2O摩尔比大于2.75∶1的硅酸钾溶液。前面已讨论过，按现有技术水平的水热法，用石英（即砂子）至今未能制得这种硅酸钾溶液。更惊喜地发现，作为二氧化硅组份的煅烧过的石英和硅酸钾溶液，在上述给定的水热合成条件下，经短时间反应，已可直接制备出SiO2∶K2O摩尔比大于2.75∶1的硅酸钾水溶液，作为最终产物。最后本专利技术的特有的优点是，以技术上简易而又很经济的方式，得到二氧化硅一氧化钾摩尔比高的硅酸钾溶液。此法在进行基础反应时，即石英（砂子）与氢氧化钾溶液反应时，使用价格低贱的二-->氧化硅组份（即砂子），只是在进行“硅化反应”时，使用价贵的由煅烧石英而得的晶状二氧化硅组份。这样可从SiO2∶K2O摩尔比低于2.75∶1的硅酸钾溶液制得这样的硅酸钾溶液，即依据作为晶状二氧化硅组份的煅烧石英加入量的不同，其SiO2∶K2O摩尔比小于2.75-4.2∶1最好在3.0-4.0∶1。石英（即砂子）与氢氧化钾溶液经水热转本文档来自技高网...

【技术保护点】
石英砂与氢氧化钾水溶液，在１５０－３００℃温度范围内和在与此温度相应的饱和水蒸汽压力下，在压力反应器内进行水热制备ＳｉＯ↓［２］∶Ｋ↓［２］Ｏ摩尔比高的硅酸钾溶液的方法，其特征是在这里得到ＳｉＯ↓［２］∶Ｋ↓［２］Ｏ摩尔比小于２．７５∶１的硅酸钾溶液，紧接着与在１１００℃至熔点温度范围内煅烧过的石英反应，其间保持与上述范围相同的温度与压力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 1989-11-23 P3938789.51、石英砂与氢氧化钾水溶液，在150-300℃温度范围内和在与此温度相应的饱和水蒸汽压力下，在压力反应器内进行水热制备SiO2∶K2O摩尔比高的硅酸钾溶液的方法，其特征是在这里得到的SiO2∶K2O摩尔比小于2.75∶1的硅酸钾溶液，紧接着与在1100℃至熔点温度范围内煅烧过的石英反应，其间保持与上述范围相同的温度与压力。2、按照权利要求1的方法，其特征是作为最终产品得到的硅酸钾溶液具有SiO2∶K2O摩尔比为2.75-4.20∶1最好是3.0-4.0∶1。3、按照权利要求1或2的方法，其特征是在第一反应阶段得到的硅酸钾溶液和这样的石英反应，此石英在1100-1700℃温度范围内，特别是在1300-1600℃范围内，在加入有催化量碱金属的条件下煅烧过。4、按照权利要求1-3任一项的方法，其特征是在第一反应阶段得到的硅酸钾溶液和（以最终产品中所要求的SiO2∶K2O摩尔比为基准）按化学当量计算所需加入的煅烧过的石英进行反应。5、按照权利要求1-3任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁道夫诺沃特尼，阿夫里德霍夫，约斯特舒尔咨，
申请(专利权)人：亨克尔两合股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]