注：本文原发表于《辽宁化工》2000年第5期，如需PDF原文，请留下邮箱，注明所需文章即可。

纪萍，张进，徐伟平

摘要：首先对硅溶胶的性能进行了叙述，并对xx硅灰石法制备硅溶胶的各种条件进行较详细的考察和论证。得出了xx硅灰石制备硅溶胶工艺属xx,能够利用xx资源,成本低,经济效益好的结论。

关键词：xx硅灰石；硅溶胶；制备

1．前言

硅溶胶又称为硅酸溶胶，或称为硅酸水溶胶，它是高分子二氧化硅粒子分散在水中的胶体溶液。

硅溶胶是非常有发展前途的无机高分子材料之一，广泛应用于精密铸造、纺织、造纸、涂料、粘结剂、陶瓷、耐火材料、化工等各个领域。全世界的硅溶胶产量非常大，一些工业发达国家硅溶胶消费量在0.5～1万t/ a，日本的硅溶胶年产量高达2万t。

我国硅溶胶的工业生产始于50年代，主要采用硅酸钠为原料的离子交换法生产，这种方法也是目前世界各国普遍采用的生产方法。由于硅酸钠的生产能耗高，增加了硅溶胶的生产成本。其它制备方法对设备的要求又非常高。我们在小试成果的基础上，对以xx硅灰石为主要原料制备稳定的硅溶胶进行了生产实验研究，取得了较为满意的结果。

我国几处较大型的优质xx硅灰石矿，为该法的工业化提供了充足的原料。

2．制备原理

我们以xx硅灰石为主要原料，采用化学凝聚法制备稳定的硅溶胶，其制备原理如下：

xx硅灰石粉首先和工业硫酸反应，生成CaSO4沉淀和H2SiO3水溶液，经过滤分离后，得到澄清的H2SiO3水溶液。因为H2SiO3是一种弱电解质，可以通过电离和聚合作用而形成胶体，其主要反应式如下：

CaSiO3 + H2SO4 →CaSO4 ↓+ H2SiO3

H2SiO3=2H++ SiO32 -

硅灰石经酸化后得到的H2SiO3水溶液中有杂质存在，其中阳离子杂质有Na + 、K+ 、Ca2 + 、Mg2 + 、Al3+ 、Fe2 + 等，阴离子杂质主要有Cl - 、SO42 - ，其中阳离子杂质Fe2 + 、Ca2 + 、Mg2 + 、Al3 + 等的存在易使硅溶胶凝聚，所以，我们必须对得到的硅酸水溶液实行净化处理。我们采用离子交换法进行净化，反应简示如下：

阳离子交换:Na + + R - H NaR + H+

阴离子交换:Cl - + R - OH R - Cl + OH-

经过阳、阴离子交换后硅酸水溶液基本不含有阳、阴离子杂质，排除了硅溶胶容易凝聚的一个最主要因素。

净化后的硅酸水溶液接近中性，这种条件下的硅溶胶很不稳定。硅溶胶在pH = 8. 5以上才达到相当稳定状态，因此必须向其中加入稳定剂。我们选择了试剂NaOH 作稳定剂，调节稀硅溶胶的pH值达到8. 5以上，以保证蒸浓后的产品处于稳定状态。

上述得到的硅溶胶浓度很低（SiO2含量大约3 %），必须经过浓缩才能达到工业标准的要求。硅溶胶浓缩时，在SiO2含量低于22 %这段过程中，SiO2胶粒的大小几乎没有变化，也就是说低浓度、低分子量的SiO2聚合程度不大，与单纯的去水浓缩过程相似，这个过程往往称为浓缩过程；在SiO2含量高于22 %以后，由于单位体积内SiO2的密度增大，导致胶粒间明显的聚合反应发生，该过程与高分子的聚合反应相似,称为聚合过程，因此，在浓缩过程中，可采有较快的蒸发速率，而在聚合过程中，必须采用较缓的蒸发速率，以防止SiO2颗粒之间高度聚合而产生凝胶。

3．主要原料及工艺流程

3. 1．主要原料

xx硅灰石的主要化学成分是CaSiO3，是标准的接触交代变质矿物，常见于石灰岩和酸性侵入体的接触带中，是钙质矽卡岩中的主要矿物，共生矿物以方解石、石榴石、透辉石为主,有时还有少量的方柱石的石英等。

硅灰石以两种形态存在,即α- 硅灰石与β-硅灰石晶型结构，前者能够与硫酸等无机酸作用，而后者却不能。因此，应该选以α- 硅灰石品位高的矿石为{zj0}。

近年，在吉林大顶山与辽宁法库已发现较大型的优质硅灰石矿，现已有各种规格的矿粉供应市场。

国产xx硅灰石矿和日本合成硅灰石的化学成分比较见表1。

从表1 的数据可以看出，三种硅灰石的主要成分基本相同。其它原料：工业硫酸，浓度96 %～98 %；工业盐酸,浓度36 %～37. 5 %；烧碱,NaOH试剂；阳离子交换树脂，强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂：001 ×7 （732）；阴离子交换树脂，弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂：201 ×7 （717） 。

3. 2．工艺流程示意图

3. 3．流程说明

将150目的硅灰石粉和去离子水加入至反应釜中，开动搅拌器，并且开始升温，当温度达到要求时，向其中加入工业硫酸，保持激烈搅拌状态，反应xx（滴加终点由pH值确定）后，立即进行减压过滤，得到低浓度的硅溶胶水溶液，冷却至室温，经过阳、阴离子交换柱进行净化，控制速度使pH值分别达到技术要求。

净化后的硅酸水溶液，在搅拌情况下，加入一定量的NaOH稳定剂,使pH值达到8. 5～9. 0，然后过滤，{zh1}在常压下蒸浓，使密度达到1200kg/ m3左右，便得到了一定质量的硅溶胶。

3. 4．制得的硅溶胶产品质量

4．技术的先进性论证由于xx硅灰石粉和工业硫酸反应后，生成了CaSO4沉淀和H2SiO3水溶液，经过滤分离，得到澄清的硅酸水溶液，使得阳离子杂质大部分成为沉淀而除去，其阳离子杂质仅为硅酸钠法的十分之一左右。生产时，大大降低了阳离子树脂的使用量，同时也节省了用于处理树脂的酸的用量，生产成本也随着大大降低了。另外，由于阴离子杂质又不复杂，所以在降低了硅溶胶的生产费用的同时，也有效地提高了产品的质量。

5．三废处理方法

硅灰石酸化后，得到的滤饼是固体CaSO4，内含少量的β- 硅灰石，可用于纸张填充剂和油漆填料。也可以用于建筑涂料。

从树脂处理后得到的废酸和废碱经过中和，使pH值达到6～9，符合排放标准。

6．结论

（1）本工艺用于工业制备硅溶胶，具有工艺简单，便于工业化生产，而且具有很大效益优势。xx可以替代现有的硅酸钠法。

（2）本工艺工业三废少，且易于处理。

（3）本工艺利用xx资源，成本低，经济效益好。