環(huán)保型Na2SiO3·9H2O生產(chǎn)工藝探析

周小平 , 陳以春

(多氟多化工股份有限公司 ， 河南 焦作 454191)

?生產(chǎn)與實踐?

環(huán)保型Na2SiO3·9H2O生產(chǎn)工藝探析

周小平 , 陳以春

(多氟多化工股份有限公司 ， 河南 焦作 454191)

針對公司氟硅酸鈉法年產(chǎn)3萬t硅法冰晶石聯(lián)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)白炭黑項目產(chǎn)品所面臨的疲軟問題，經(jīng)研究開發(fā)加入固堿，將白炭黑硅渣轉(zhuǎn)化或Na2SiO3·9H2O，不僅解決了白炭黑硅渣庫存的難題，也保證了后續(xù)冰晶石正常的秩序。

硅渣 ； Na2SiO3·9H2O ； 資金回籠

0 前言

近幾年，偏硅酸鈉隨著陶瓷等相關行業(yè)的快速發(fā)展，市場需求也增長迅速。無水偏硅酸鈉需求由幾千噸增長到近10萬t；Na2SiO3·5H2O更是幾年一個臺階，由2萬t上升到30萬t以上；Na2SiO3·9H2O在保有市場的情況下，也隨著低檔陶瓷的擴張而有較大幅度增長。偏硅酸鈉需求增長的另一個因素就是磷酸鹽價格的走高，這樣就促使相當一部分用量轉(zhuǎn)移到替代品偏硅酸鈉上來。據(jù)專家預測，市場對偏硅酸鈉各品種的需求在隨后幾年還會有較大增長，但市場競爭和優(yōu)勝劣汰也不可避免。

公司氟硅酸鈉法年產(chǎn)3萬t硅法冰晶石聯(lián)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)白炭黑項目通過沉淀法所副產(chǎn)的0.9萬t/a白炭黑，前期生產(chǎn)時白炭黑根據(jù)市場需求達標直接銷售，近期由于受市場形勢的影響，白炭黑成品銷售出現(xiàn)疲軟。因此所副產(chǎn)的白炭黑硅渣庫存問題逐漸成為制約正常生產(chǎn)秩序的一個“瓶頸”，嚴重制約著后續(xù)冰晶石的正常生產(chǎn)。為了徹底解決白炭黑問題，公司領導要求生產(chǎn)系統(tǒng)尋求出路，經(jīng)過調(diào)查研究決定把白炭黑硅渣轉(zhuǎn)化成新產(chǎn)品——Na2SiO3·9H2O，這樣不僅解決了白炭黑硅渣庫存的難題，也保證了后續(xù)冰晶石正常的秩序，還為公司資金回籠找到了良好途徑[1-3]。后期還會繼續(xù)開發(fā)出相關的產(chǎn)品，進而增加公司的產(chǎn)品種類。

1 物性及用途

Na2SiO3·9H2O的結(jié)晶水含量達到58%，溶解度(20 ℃) ：38 g/(100 g水)；熔點41.6 ℃，在30～40 ℃時，就會釋放結(jié)晶水，儲存時，自溶板結(jié)現(xiàn)象比較嚴重。偏硅酸鈉具有強堿性、去污力強、緩沖能力大，可中和酸性污物，使脂肪和油乳化，對無機物有反絮凝作用，對金屬又有防腐蝕作用。

在無機電解質(zhì)中，偏硅酸鈉的活性堿度和pH值緩沖指數(shù)最高，有較強的潤濕、乳化和皂化油脂的作用，在去除、分散和懸浮污垢方面具有優(yōu)秀的表現(xiàn)，并能阻止污垢的再沉積。將偏硅酸鈉應用到洗滌劑中，國外已有40多年的歷史，應用技術比較成熟；國內(nèi)應用到洗滌劑和其它多種行業(yè)也有20多個年頭，是一個成熟的化工產(chǎn)品，同時也具有成熟的、廣闊的市場。偏硅酸鈉在洗滌劑、陶瓷、電鍍、紡織、印染、造紙、水泥、混凝土、耐火材料、油脂和皮革加工等工業(yè)領域有著大量的應用。目前應用量較大的行業(yè)排序是：陶瓷、工業(yè)清洗、洗滌劑、混凝土、印染、造紙、水泥、石油開采等。

2 生產(chǎn)工藝簡述

本工藝生產(chǎn)過程主要包括反應調(diào)模、結(jié)晶粉碎、包裝。合成槽內(nèi)按照比例投入一定的固堿，再投入一定量的白炭黑硅渣，合成反應溫度控制在75 ℃以上，反應結(jié)束同時指標合格后，開啟料漿泵，將偏硅酸鈉料漿打入攪拌過渡槽，然后將料漿放入結(jié)晶池內(nèi)，最后通過犁式旋耕機破碎后進行包裝即可。由于原料白炭黑硅渣中含有一定量的銨，反應過程中銨生產(chǎn)氨氣釋放出來，經(jīng)過相關車間的酸性廢水循環(huán)吸收后，尾氣達標排放，吸收液到一定濃度后作為相關車間原料使用。

3 反應機理及流程

本工藝使用固堿和白炭黑硅渣為原料，按照模數(shù)配比計算加料量(模數(shù)M=0.98～1.02)，將白炭黑硅渣加入到溶化后的固堿溶液體系中，反應合成Na2SiO3·9H2O，后經(jīng)調(diào)模，結(jié)晶，粉碎，最終得到產(chǎn)品。反應方程式如下：

工藝流程如圖1所示。

圖1 Na2SiO3·9H2O生產(chǎn)工藝流程簡圖

4 工藝技術操作

4.1 Na2SiO3·9H2O反應、調(diào)模

4.1.1 工藝流程

用固堿與白炭黑硅渣反應制備偏硅酸鈉溶液。①分析前段工序提供的白炭黑硅渣中SiO2含量，正常情況下每批分析一次。②以一定量的白炭黑硅渣量為參考，核算出白炭黑折百量，再根據(jù)方程式計算出固堿的添加量。③投料前，以計算出的固堿量為基準，先加入少量固堿打底，然后邊投硅渣邊加固堿，目的是加大反應熱的利用率，加料過程中保持硅渣過量，合成過程中依靠分析結(jié)果來補加固堿。④觀察液面上的白炭黑硅渣情況，同時間隔1 h左右取樣分析一次，根據(jù)化驗分析結(jié)果計算出固堿的補加量，固堿補加后，攪拌開啟5～10 min后關閉攪拌，取樣分析，合格后將料漿打入攪拌過渡槽內(nèi)。

4.1.2 工藝指標

合成槽反應溫度T>75 ℃；模數(shù)M=0.98～1.02。終點產(chǎn)品指標：SiO2，優(yōu)等品21%～22.5%，一等品20%～22.5%；Na2O，優(yōu)等品21.5%～23%，一等品20.5%～23%；其他指標滿足中華人民共和國化工行業(yè)標準HG/T2568-2008。

4.1.3 投料計算

假設固堿投料量為P(kg)，主含量為Q(%)，為得到模數(shù)為1的產(chǎn)品，白炭黑硅渣投料量X，硅渣水分A(%)，主含量B(%)。

其中：1.34為2個氫氧化鈉與1個二氧化硅相對分子質(zhì)量的比；X，白炭黑硅渣量以一定量來計。

4.1.4 模數(shù)計算

(模數(shù)范圍控制在0.98～1.02)

其中：SiO2%，為偏硅酸鈉料漿中二氧化硅的分析含量；Na2O%，為偏硅酸鈉料漿中氧化鈉的分析含量。

4.2 結(jié)晶破碎(僅有Na2SiO3·9H2O生產(chǎn)需要破碎)

4.2.1 工藝流程

生產(chǎn)任務：濃縮至設定濃度產(chǎn)物調(diào)整含量與模數(shù)后，冷卻、結(jié)晶。當攪拌過渡槽內(nèi)的料漿量達到一定量時，開啟過渡槽攪拌機，攪拌30 min后將料漿放到結(jié)晶池內(nèi)。

結(jié)晶池內(nèi)的料漿高度根據(jù)季節(jié)的不同而變化，放料后，隨即開啟犁式旋耕機，從結(jié)晶池一側(cè)運行至另一側(cè)，再開啟犁式旋耕機，反方向運行，犁式旋耕機按照這個程序循環(huán)運行，直至將料漿在結(jié)晶過程中破碎成粉狀即可。

在生產(chǎn)過程中，要注意：①根據(jù)現(xiàn)場實際操作熟練程度需要在 30～60 ℃加入小顆粒偏硅酸鈉作為晶種誘導產(chǎn)品加速結(jié)晶。②成品粒度的大小可以依靠犁式旋耕機的運行頻率來控制。犁式旋耕機破碎周期短，破碎粒度小，反之，犁式旋耕機破碎周期長，破碎粒度大。

4.2.2 工藝指標

冷卻終點：30～60 ℃；晶種粒徑： 根據(jù)客戶需求；晶種添加量：溶液質(zhì)量的 5 %左右；結(jié)晶池溶液高度：隨著季節(jié)的不同而變化。

4.3 成品包裝

4.3.1 生產(chǎn)任務

將結(jié)晶池內(nèi)破碎后的物料定量裝入帶內(nèi)襯的編織袋內(nèi)。

4.3.2 技術指標

包裝質(zhì)量誤差：50 kg±0.1 g(包裝形式可結(jié)合市場包裝具體要求)。

4.4 尾氣吸收

4.4.1 生產(chǎn)任務

利用酸性廢水吸收尾氣中的氨氣，尾氣達標排放。

4.4.2 流程簡述

反應后的尾氣經(jīng)一級、二級吸收塔噴淋吸收后，尾氣達標排放，吸收液達到一定濃度后泵至相關車間作為原料使用。

5 技術創(chuàng)新及難點突破

5.1 技術創(chuàng)新

本項目在合成原料選擇上采用了上游副產(chǎn)的白炭黑硅渣及固堿，一方面解決了公司白炭黑銷售困難的難題，在原材料使用上實現(xiàn)技術創(chuàng)新；另一方面，項目結(jié)晶工段選用一定容積的結(jié)晶池配套旋耕式爬犁機進行結(jié)晶攪拌和結(jié)晶破碎，在偏硅酸鈉結(jié)晶與破碎上實現(xiàn)技術創(chuàng)新。

5.2 難點突破

5.2.1 合成達標難，蒸汽消耗量大

因項目選用白炭黑硅渣作為原料，其本身水分較高，約為80%，故合成后系統(tǒng)水分偏高，SiO2、Na2O濃度不達標。同時蒸發(fā)多余的水分需要消耗大量的蒸汽，不僅蒸發(fā)時間長，還造成產(chǎn)品成本偏高。

經(jīng)過多次試驗研究，項目對合成工段設備選型、原料調(diào)整及合成方法進行了改進，選用夾套反應釜并往夾套中通蒸汽保證合成溫度，白炭黑硅渣水分由原來的80%降低至70%以內(nèi)，并改用固堿做原料，一方面減少系統(tǒng)水分帶入，另一方面還可利用固堿溶解反應放出的熱量加快合成速度，只需補充少量蒸汽熱，通過這些改進，順利解決了合成達標難的問題，為下一步調(diào)模、結(jié)晶打下基礎。

5.2.2 結(jié)晶破碎難

因偏硅酸鈉結(jié)晶后破碎勞動強度大，如采用粉碎機破碎，需人工首先破成大塊，再投入粉碎機進行破碎，破碎時散發(fā)出粉塵，不僅危害了工人身體健康，還污染了環(huán)境。

后采用一定容積的冷卻結(jié)晶池，配套旋耕式爬犁機進行結(jié)晶攪拌、結(jié)晶破碎，不僅縮短了結(jié)晶時間，提高了生產(chǎn)效率，還減輕了工人的勞動強度，至此項目基本實現(xiàn)達產(chǎn)目標。

6 效益分析

因本項目偏硅酸鈉生產(chǎn)整個合成過程無雜質(zhì)進入，故生產(chǎn)出來的成品外觀晶瑩潔白，比用石英砂做原料生產(chǎn)出來的九水偏硅酸鈉具有外觀優(yōu)勢，可做銷售突破口。

項目實際單位控制成本為760元(含稅價)，市場售價為900元，每噸可實現(xiàn)收益140元，年收益168萬元；而且項目還為公司解決了白炭黑銷售難的問題，為公司快速回籠資金做出貢獻。

7 結(jié)語

國家的發(fā)展離不開創(chuàng)新，同樣，不斷地創(chuàng)新，不斷的開發(fā)適合市場需求的新產(chǎn)品是一個企業(yè)長盛不衰之道。特別是把廢水、廢渣、廢氣經(jīng)過有效處理、回收利用，不僅減輕了環(huán)保壓力，同時還為企業(yè)創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟利潤。

[1] 戴志成.硅化合物的生產(chǎn)與應用[M].成都：成都科技大學出版社，1994.

[2] 吳德榮.化工工藝設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

[3] 胡 偉.氟化工生產(chǎn)技術[M].北京 ：科學出版社，2010.

2016-08-24

周小平(1974-)，女，高級技師，從事安全環(huán)保管理工作，電話：13569190920。

TQ177.4

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