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为了对生产过程进行控制及便于操作,以保证生产出合格的硅酸钠产品。
适用于泡花碱车间马蹄焰窑炉硅酸钠产品生产过程。
名称
化学名称: 硅酸钠又称水玻璃
俗名: 泡花碱
英文名称:SodiumSilcate
化学式:Na2O?nSiO2(其中n为模数)
说明:模数在3以上的称为“中性”水玻璃, 模数在3以下的称为 “碱性”水玻璃。
性质
物理性质
外观
固体水玻璃: 淡兰色、青绿色、天蓝色或黄绿色玻璃状物。
液体水玻璃: 无色透明或带浅灰色粘稠状液体。
当杂质含量极少时, 玻璃状无水固体硅酸纳是无色透明的玻璃体。 随着杂质含量的增加, 玻
璃体出现颜色。杂志中铁的氧化物使其呈现淡棕或深棕色, 甚至是黑色。颜色的深浅又随模
数的减小而加深。
密度: 随着模数的降低而增大。当模数从 下降到1时,密度从增大到。
熔点: 无固定熔点, "中性"水玻璃大约在 550℃左右软化。
对急冷急热非常敏感,受到这种作用时,立即裂成不规则的小碎块。
溶解度: 固体水玻璃在水中溶解度随下列因素有关
a与压强有关, 压强升高, 溶解速度增大。
b在相同的压强下, 随水玻璃模数增大, 溶解速度而减少。
与固体水玻璃的粒度有关,粒度越大,所用的溶解时间越长。
模数:硅酸纳中的二氧化硅与氧化纳的摩尔比称为模数。 模数既显示硅酸纳的组成, 又影响
硅酸纳的物理、化学性质。
模数与质量百分比的关系如下式:
M=SiO2%∕Na2O%×
式中M为模数,为换算系数(N a2O与SiO2分子量之比)。
化学性质
无论是块状或粉状固体无水硅酸纳, 对酸都很难起起作用。 但易被氢氟酸分解, 生成挥发性
的SiF4和碱金属氟化物。苛性碱能溶解固体硅酸钠,特别对细粉状物的反应更快。
水玻璃的水溶液能发生强烈的水解反应而使溶液呈碱性。
b强酸、弱酸、甚至电解质,在加热或在室温,都能使水玻璃水解而析出二氧化硅。
c氯气在低于 100℃时,即能相当剧烈地分解固体硅酸钠。生成 NaCl、SiO2、并放出
氧气。
dH2O2能与固体硅酸纳起反应,生成含氧气泡的二氧化硅凝胶。 模数高的硅酸钠活
泼性差;浓的 H2O2比稀的H2O2反应强烈。
用途
硅酸钠用途非常广泛, 几乎遍及国民经济各个部门, 在石油行业中被用来制造石油催
化、裂化用的硅铝催化剂;在化学工业中,被用来制造硅胶、沸石分子筛、沉淀二氧化硅,
各种硅酸盐类,是硅化物的基本原料;轻化工业中,是洗衣粉、肥皂中不可少的填料,硅酸
钠本身也是一种高效的洗涤剂, 市民用自来水的软化剂、 助沉剂;在纺织工业中,用于助染、
漂白和浆纱;在机械工业中,广泛用于铸造、精密铸造、砂轮制造和作金属防腐剂;在建筑
工业中,用于制造快干水泥、耐酸水泥、防水油、土壤固化剂、耐火材料、瓦楞板等;在矿
山方面,用于选矿、防水和堵漏;在农业方面,用于制造硅素肥料;木材在硅酸钠中浸过后
就具有防火特性;蛋类在硅酸钠中浸过后就能长期存放而不变质;高模数硅酸钠是纸板 、
纸箱的粘结剂。硅酸钠产品的广泛应用,使这个行业在国民经济中占有重要的地位。
原材料性质及其质量标准
碳酸钠
性质
无水碳酸钠, 俗称纯碱。分子式Na2CO3,分子量:106,外观:白色粉未或细粒, 密度cm3,
熔点:851℃。易溶于水,水溶液呈强碱性;不溶于乙醇。吸湿性很强,能吸湿而结成硬块,
并能在潮湿空气中逐渐吸收二氧化碳生成碳酸氢钠。
石英砂
性质
石英砂是二氧化硅的一种,白色或无色, 含有铁杂质量高的是淡 **,不溶于水和酸(除氢氟
酸),能与熔融的碱类起反应。
分子式:SiO2,分子量:
石英砂又称石英粉、硅石粉、硅沙。主要有石英矿石粉碎而成, 但亦有天然的
砂矿。石英砂主要是由晶体二氧化硅组成,优良的石英砂含 SiO2在99%以上,硅酸钠生产
中,所用的石英砂含 SiO2≥98%。石英砂根据颗粒的大小划分:颗粒大于毫米为粗沙;小
于毫米为细沙;介于二者之间者为中沙;毫米左右的称为粉状沙。
石英砂的颜色,随杂质氧化物的含量而改变。 氧化物含量小于%
的石英砂呈白色。 随含铁量的增加,则由 **逐渐向浅红色过渡。若将石英砂加热到 800~
1000℃,可使砂中的淡色氧化物变为深色。有些石英砂,在煅烧后还会变为棕色。
砂中的氧化铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁等杂质, 能显著降低固
体硅酸钠的溶解度, 并增加液体硅酸钠的沉淀物。 用于硅胶、硅溶胶、沸石分子筛精细化工
产品的硅酸钠,对含铁量要求十分严格,必须控制在 500ppm以下。
石英砂的含水量,一般在 5%以下,含水量以 2~3%为宜。
生产工艺过程说明
生产方法:干法、湿法。
干法
产品以固体形式出现,主要方法是使用纯碱和石英砂为原料或以元明粉和碳粉加石英砂作原
料(由于采用 Na2SO4会产生大量的 SO2,对环境产生极大的污染,目前已被淘汰,但是在
我国个别地区执法不严的地方,仍有厂家生产,生产原理如下) ,经过称量、混料后进入窑
炉在
1300~1500℃高温进行熔化,然后成型, 形成固体产品。可以作为成品进入市场。 最终使用
是液体产品,固体产品加水溶解后, 形成液体产品。目前采用的化料方法 有:常压蒸煮法、
高压溶解法。常压蒸煮法是指将固体产品放入常压容器中,加水热水蒸煮,由于压力较低,
溶解量较少,液体浓度低,作为产品使用,必须进行浓缩。高压溶解法是指将物料和水按一
定比例加入容器中, 通入较高压力的蒸汽,经过一定的时间, 达到相应的浓度,通过较高压
力,可以放入产品贮罐中,经过沉淀,得到清液作为产品使用。
目前我公司采用纯碱和优质石英砂作为原料, 在砂库内去掉部分水份后, 水份均匀的石英砂
进入受料口,经过提升机送至料仓后,经过振动料斗振动给料机进入砂碱称量斗,称量后,
进入混合机,混合均匀后,通过混合料皮带机、提升机送至炉前料仓,通过裹入式加料机,
进入马蹄焰窑炉,经过煤气燃烧产生的高温,在 1300~1500℃,经过一系列复杂的化学物
理反应,形成 1100~1200℃的高温液体物料,象玻璃液一样,经过成型后,形成固体产品。
成型设备采用链板成型机。
湿法
液相法,采用石英砂和液体烧碱在反应釜内通过高温高压的蒸汽,由于设备承压能力不同,
分为两种生产工艺,一种为石英砂和低浓度的烧碱,采用大约的压力下反应,生成低于
40°Be’的液体产品,由于反应不完全, 产生剩余大量的石英砂, 需要重复使用, 此种生产
工艺效率低,耗能大,在配料时需要加入少量的水,产生较多的废渣, 只能生产模数以下的
产品。在国外部分生产厂家,采用颗粒极为均匀的细石英砂(严格说不能称之为石英砂,白
土,资源量极少,能够生产超过模数以上的产品,据说能达至左右,大陆地区没有此资源,
在日本、台湾有极少量) 。
另一种是采用较高浓度的烧碱和石英砂作为原料, 压力超过,在反应釜内经过较长时间的反
应,生成可以达到 60°Be’的产品,经过过滤后,成为清澈的液体产品。此种方法优点是
产品耗能低,能够生产高浓度的产品。 特别是适用于下游偏硅酸钠产品的生产。 产品主要采
用48%的烧碱,生成模数~的产品,易于过滤,不需要加助滤剂,生产成本低。
生产基本原理及化学反应式:
原理
根据石英砂能与熔融的碱类起反应这个原理, 把混合均匀的纯碱和石英砂用加料机徐徐推入
熔炉,逐渐升高温度使纯碱和石英砂发生一系列化学反应, 当纯碱呈熔化状态时, 反应特别
迅速。
化学反应式:
Na2CO3=Na2O+CO2↑
Na2O+nSiO2=Na2O?nSiO2
反应熔炉的温度越高,反应越完全, 反应温度过低,熔料中会带来未熔化的石英砂粒, 影响
产品质量,因此熔炉温度应保持在 1400℃左右。
工艺流程图如下
纯 碱→称量 干法成型→料仓→包装
混合→熔化
石英砂→称量 静压釜 液体贮存
滚 筒
固体 包装
工序的划分
生产工艺可分为配料、熔制、成型、化料四个工序。
、操作
配料工序
工艺控制
配方
投料量(以干基计)按下式计算:
M1=M×M2×60/106
式中:
M1:应投入石英砂的质量 Kg
M2:投入纯碱的质量 Kg
M:硅酸钠产品的模数
60:二氧化硅的分子量
106:碳酸钠的分子量
注:在正常情况下 M2应为450Kg,由车间工艺人员根据实际情况确定纯碱的投
量料,在实际配料计算中应加入水份含量因素。
配料操作
配料操作包括砂、碱自库内送入高位储槽,砂、碱计量,混料机将砂、碱混合均匀,
皮带机送入车间炉前料仓。
流程图如下:
石英砂→砂斗提机→ 砂高位储槽 →砂自动称量
纯 碱→碱斗提机→碱高位储槽 →碱自动称量
混料机→ 混合料斗提机 皮带机 →炉前料仓
开车前准备工作
必须检查高位槽储碱、砂情况。
,如有异物清除掉。
开车
a. 碱输送系统开车顺序,先开斗提机,检查正常后方可往进料口倒碱 。
砂输送系统开车顺序,先开斗提机,待斗提机运转正常后,方可投砂。
:按顺序开启设备,按混合料到达的逆顺序开车,无异常后,开启配料按钮,开始配料。
停车
运料系统按物料到达的先后顺序停车。要把皮带机的料全部送净后,方可停皮带机。要使斗提机底部的料全部挖净后,才能停斗提机。
自动称量停车:必须把称量器料斗的料放完,才能停车。
混料机停车,要把混料机内的料放完,才能停车。
注意事项
每班接班后,首先校对该称量的读数是否符合当班生产品种的配方。
操作中要经常注意检查各设备运转是否正常,注意称量器中的料是否出净,以免影响产品质量。
熔制工序
熔制工序的工艺,是将配料工序送来的混合料从炉前料仓,经加料机送入池炉内, 加以高
温,进行化学反应。
操作
当窑炉升温至正常生产温度后,开启加料机向炉内投料,按照规定的投料次数安排均匀投料,使液面始终保持平坦稳定状态。
按照车间要求定时清理油枪,保证油枪雾化良好。
注意事顶
窑炉熄火降温应按照规定的降温曲线进行,窑炉拆除检修除外。
如遇突然停电,应立即放下烟道闸板,并用蒸汽将油管冲洗干净。
, 以产生白亮的火为最佳,严禁冒黑烟, 避免污染料
液和浪费燃料。
成型工序
成型工序分为水淬法成型、干法成型。
干法成型工序
干法成型采用链板成型机作为成型设备, 高温料液从窑炉中流出后至链板上, 由于链板形状
不同在要以生成需要的形状的产品。 料液的冷却是水来完成的, 但是物料不与水接触, 不会
水解。成型后的物料直接进入料仓,包装运输入库。此工艺优点可以生产各种形状的块料,
不产生污染,水使用极少,节水节电,成本低,产品收率高。是一种清洁生产工艺。 (目前
公司采用)
水淬法成型工序
水淬法,即将高温料液进入冷却水, 由于玻璃体急冷急热易炸裂, 在水中淬成小颗粒, 经过
出料机搅出至皮带机,至料仓, 包装成产品。此种工艺在生产过程中需要大量的水,由于硅
酸钠产品在水中溶解一部分会水解, 使冷却水呈碱性,冷却水需要循环使用,温度较高,水
解程度越大,会产生碱泥,使冷却水在循环过程中冷却效果降低, 排出较多的废水,形成环
境污染。是一种淘汰的生产工艺。
注意事项
如有砖头等杂物堵住料口,必须及时清除掉,不得将杂物掉进料中。
水淬用水尽量用低度循环水,若循环水温度高时,可用少量自来水,以免结块。
严禁小度水流失,维持水位平衡。
当出料机发生故障时,控制好出料流量,对流出料及时清除并用水喷淋,以免产生
大块。
若生产固体产品,水淬后去包装工序,若生产液体产品水淬后去溶化工序。
化料工序
溶化工序是将水淬后的玻璃料, 用皮带机送入滚筒,按一定的料、 水比加入水,在加温加压
下溶解成合格的水玻璃品。目前以滚筒化料为主。
控制条件
加入滚筒内料水比如下表:
项目配比
(Kg)
m3
m3
m3
40°Be′
50°Be′
56°Be′
料加水
37+63
45+55
50+50
蒸气压力—
水温≤95℃(尽可能高)
如果采用烧碱调制不同模数的产品,采用下式对计算加入烧碱数量。
×b-M×a
m=
×M×a1
式中:
a为原料硅酸钠产品的 Na20的百分含量
a1为烧碱的成分含量
b为原料硅酸钠的 SiO2的百分含量
为产品的硅酸钠产品模数
m为1吨硅酸钠固体需配加的烧碱的数量 ; 吨
根据烧碱的波美度计算出烧碱的比重,确定加入烧碱的体积。给合水蒸汽的情况进行计算,
确定水的加入量。
液体产品加烧碱调制模数参照上面公式计算。
操作
检查滚筒化料机是否正常。
, 将料、水比加入滚筒内。
, 滚筒内压强控制在—,达到压力后,关闭蒸汽阀门。
d. 经常测量滚筒内物料的浓度, 如物料的浓度不够,继续转动滚筒,直到达到浓度
为止,如果滚筒内物料全部化完, 还达不到规定浓度, 由操作工在下一次化料中多加一些料,
使浓度变高,进行调兑,直至合格。反之亦然。
e. 产品合格后,开始放料,放料前检查中间槽是否有存料, 以免放料后装不下而造成
溢料事故。
放料时先停车,然后打开放料阀门,直到放料完毕。
滚筒放料先放入汽液分离罐,进入车间成品罐,由车间申请经质分析合格后入成品
库。
注意事项
a. 装在汽管的压力表,一定要完好, 如果压力表失灵,要及时更换。
确认滚筒内无压力时,才能打开上料盖。
上料盖螺旋一定要完整,每次化料一定要上紧盖。
经常检查滚筒内部结料情况,有结料时,要清理滚筒,再投入使用。
防止放料管堵塞,放料管弯关、截止阀等要经常检查,保证各阀门完整、安全、可
靠。
, 要把滚筒清洁干净。
窑炉的有关知识
窑炉分类:
按所用能源分类:火焰窑(燃烧燃料为热能来源)、电熔窑(电能作为热能来
源)、火焰—电熔窑(以燃料作为热能主要来源,电能辅助热源)
按火焰流动方向
横火焰:火焰方向从窑的一侧流向另一侧, 横越熔窑的宽度, 与
玻璃流动方向垂直,用蓄热室作为余热回收设备。适合于大型窑炉。
纵火焰:火焰纵向流动,与玻璃液流动方向相同。 用换热器作为
余热回收装置,适合于小型窑炉
马蹄焰:有单、双马蹄焰之分。 火焰呈马蹄型流动。余热回收设
备有换热器和蓄热室,适合于中小型窑炉。
按生产规模分:大中小三种。
按分隔装置分:平板池窑和流液洞两大类
马蹄焰窑炉的结构
组成
熔化部:大碹、胸墙、端墙、前脸墙、加料口、出料口、池壁、池底、流液
洞
小炉:小炉底板、小炉墙、小炉碹、舌头碹、喷火口
蓄热室:空气蓄热室、煤气蓄热室(格子砖、炉条碹、分隔墙)空气烟道、
煤气烟道