用于从金伯利岩尾矿制备硅酸钠的方法技术

在本发明专利技术中，公开了一种用于从在钻石开采中作为固体废物产生的金伯利岩尾矿制备硅酸钠的方法。所述方法包括将金伯利岩尾矿与无机酸反应以除去酸溶性杂质，随后在敞开或封闭系统中，用碱溶液煮解酸处理的金伯利岩尾矿以得到用于商业应用的硅酸钠。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
全世界每年生产约四百万吨可溶性硅酸盐，它们在洗涤剂、颜料、催 化剂以及二氧化硅凝胶生产工业中获得主要应用。这些硅酸盐还用于粘合 剂、水泥和建筑材料以及纸浆和造纸工业。可溶性硅酸盐还用于在酿造、 制酪业、食品加工和金属加工工业中通用的清洗，如水清洗、设备清洗。 在铸造工业中，硅酸盐用作从中可以生产铸件的砂芯和模具的生产用的粘 合剂。这些硅酸盐还获得了下列应用粘合绝缘材料，例如蛭石、珍珠岩 和许多矿物及矿石；密封多孔表面，例如石棉和纤维状材料。碱金属硅酸盐(Alkali silicates)是一类具有许多物理和化学性质的化学 品。这些碱金属硅酸盐主要是通过用高于100(TC的砂熔化碳酸钠或碳酸 钾，或在压力下用氢氧化钠或氢氧化钾溶液煮解砂来制备的。碱金属硅酸 盐的特性允许它们用于多种应用，例如焊条、肥皂、洗涤剂、硬表面清 洁剂、涂层材料、以及电子学。特别是，硅酸钠用于制造特种无机材料，即沉淀二氧化硅、硅溶胶/胶体二氧化硅及硅胶、硅酸钙和硅酸铝、硅酸锌和硅酸钛、三硅酸镁、沸 石等。硅酸钠还用于矿石浮选、渠道衬砌以及泥土固结。金伯利岩尾矿是在钻石开采中以巨大的固体废物形式产生的。在诸如印度的国家，从它的Panna钻石矿，典型地，每开采10克拉钻石，产生 约100吨的金伯利岩。在印度，在早先的钻石开采中已经积聚了约3-4百 万吨的金伯利岩。在估计Panna矿的寿命为20年的情况下，在该国可能 获得大量的金伯利岩废物。在全球范围考虑此问题，由于诸如南非和加拿 大的国家同样涉及钻石开采，产生的金伯利岩的量具有严重的影响。因此， 适宜的是，寻找有利益地利用在钻石开采中所积聚的金伯利岩的技术解决 方案。金伯利岩的典型化学组成如下Si02 30-32%， Al203 2-5%， Ti025-8%， CaO 8匿10%， MgO 20-24%， Fe203 5-11%, LOI 13-15%金伯利岩富含氧化镁和二氧化硅，因此存在从此材料开发基于二氧化硅和 镁的产物的机会。因此，在二氧化硅含量的富集以后，随后通过化学处理 努力制备增值的产物例如硅酸钠。金伯利岩的增值将不仅会使钻石开采更 有经济效益，而且还会使它成为环境友好过程。
技术介绍
转让给Beecher和Mich的美国专利2,219,646 (1940)已经公开了一种 通过二氧化硅与温度低于氢氧化钠的熔点或熔化温度的氢氧化钠的干熔 融制备硅酸钠的方法，并且向反应混合物中加入约2至4%的苏打灰。二 氧化硅的来源可以是石英砂、石英、火山灰石、石英粉等。该方法的缺点 是二氧化硅与氢氧化钠的高温熔融，因而该方法是能量密集并且不经济 的。转让给Habemickel的美国专利2,829,030 (1958)，其中报道了在蒸汽 作用下由砂和碱金属氯化物以及约2至4%的其它碱金属盐的混合物制备 具有2.74至3.16的Si02/Na20摩尔比的碱金属硅酸盐的方法，所述其它 碱金属盐是例如碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾或它们的混合物。 该方法包括在115(TC至125(TC的蒸汽处理之前的烧结步骤，其中将二氧 化硅和碱金属氯化物的混合物研磨，然后在78(TC至84(TC烧结，然后冷 却。此方法用更便宜的碱金属氯化物取代了常规使用的碱金属的碳酸盐和 硫酸盐。然而，由于在1150-1250。C的高反应温度下进行2-6小时，该方 法是高度能量密集的，并且涉及反应混合物的烧结的预处理。转让给McDaniel的美国专利2,988,423 (1961)已经描述了一种通过下 列步骤制备Si02/Na20摩尔比在1.0至2.8的范围内的硅酸钠的方法在 65至300磅/平方英寸的压力下，将石英砂与碳酸钠的水溶液在155'C至 217。C反应约20小时或更久。该专利技术的缺点是制备的硅酸钠的摩尔比较低， 高的反应压力和温度，以及非常长的反应时间使得方法不经济。转让给Haase等的美国专利3,984,526 (1976)公开了一种用于制备Si02: 碱金属氧化物摩尔比为2.5-5.5:1，并且二氧化硅含量为16-23重量％的碱 金属聚硅酸盐溶液的方法，所述方法包括在室温和反应混合物的沸点之 间的温度下，使式Si(0R)4的四烷氧基硅烷与碱金属氢氧化物水溶液接触，其中每一个R独立为l至3个碳原子的直链或支链烷基；以及在高达100 。C的温度下，蒸馏出通过硅烷与碱金属氢氧化物的反应形成的醇。该方法 的缺点是二氧化硅的来源是四烷氧基硅垸，这使得方法不经济。转让给Melkonian的美国专利4,029,736 (1977)公开了一种用于制备水 玻璃的方法，所述方法使用珍珠岩作为二氧化硅的来源，通过使用浓度为 40-140 g/1、以使液相与固相的比率为(0.7-1.5):l的量取得的碱性溶液处理 所述珍珠岩，然后通过过滤将在热处理过程中得到的水玻璃与形成的残渣 分离。该方法的缺点是珍珠岩与碱金属氢氧化物在13(TC至150°C、在自 生压力下反应。转让给Deabriges Jean的美国专利4,336,235 (1982)包括一种由含二氧 化硅材料以连续方式制备硅酸钠溶液的方法。此方法包括向温度为225-245。C并且压力为27-32巴的反应区中连续加入所述含二氧化硅材料 和氢氧化钠-碳酸钠溶液的流，并且时间足以形成硅酸钠溶液，并且从该反 应区回收所述硅酸钠溶液。在此方法中，在镀镍热交换器中，在250-280 。C的温度预热NaOH-Na2C03的流。这需要高成本设备，并且操作条件表 明，所需的使用成本较高，这增加了生产成本。转让给Metzger等的美国专利4，520,001 (1985)公开了一种用于制备 Si02/碱金属氧化物的重量比为2.5以下的碱金属硅酸盐的澄清溶液的方 法，所述方法包括在没有机械搅拌的情况下，使碱金属氢氧化物的水溶 液通过在垂直管状反应器的底部形成的结晶二氧化硅的床，所述二氧化硅 具有在约O.l mm和2 mm之间的平均粒径，所述二氧化硅和碱金属氢氧 化物从反应器的顶部进料，并且从反应器的底部回收得到的碱金属硅酸盐 的澄清溶液。反应温度被保持在15(TC和24(TC之间。该方法的缺点是Si02/ 碱金属氧化物的重量比为2.5以下。不能得到高的Si(V碱比率的硅酸盐， 并且需要最低15(TC的反应温度。转让给Jeromin等的美国专利4,676,953 (1987)公幵了一种通过下列步 骤连续生产摩尔比Si02/Na20为1-2.8:1的硅酸钠的方法使砂在150-300 。C和5-40巴的压力下熔化于氢氧化钠水溶液中。此方法的缺点是在高压下 的高反应温度，这使得方法不经济。转让给Christophliemk等的美国专利4,770,866 (1988)公开了通过下列步骤生产硅酸钠的方法在合适的炉中，将石英砂和苏打在1,4CKTC至 1，50(TC—起熔融，同时放出C02。然后，在高温、压力下进行的另一个工 艺步骤中，将熔体溶解在水中，所述熔体在冷却时以玻璃块的形式凝固。 根据质量要求，任选过滤这样得到的溶液。然而，由于非常高的工艺温度， 此方法消耗非常高的量的能量。转让给Novotny等的美国专利5，000，933 (1991)公开了一种通过以下步 骤制备具有高的Si02/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从金伯利岩尾矿中最大限度回收二氧化硅的方法，所述方法包括：　　　　（ｉ）用２至１５％的无机酸在９５－１００℃的范围内的温度下处理金伯利岩尾矿，时间在３－５ｈ的范围内，以固体形式得到二氧化硅富集的材料；　　　　（ｉｉ）在处于９５－１９０℃的封闭系统中，或在处于沸腾温度的敞开系统中，用浓度在８－１０％的范围内的碱溶液煮解二氧化硅富集的固体，时间在３－４ｈ的范围内，得到所需性质的硅酸钠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉克希维尔贾斯拉，哈里昌德巴贾杰，拉杰什尚蒂拉尔索马里，哈雷斯马希保特洛莫迪，贾廷拉姆什钱德拉丘纳瓦纳，德文德拉拉勒吉海盖拉尼，埃马尔纳伦德拉库马兰帕纳，迪普提吉万海巴罗奇亚，苏雷什钱德拉，马哈拉杰基尚达尔，查卡拉凯沙夫拉奥，坎列什库马尔，
申请(专利权)人：科学与工业研究委员会，国家矿物发展有限公司，
类型：发明
国别省市：IN[印度]