[發明專利]用于從金伯利巖尾礦制備硅酸鈉的方法

有效

• 申請號: 200580051917.3
• 申請日: 2005-12-27
• 公開（公告）號: CN101296865A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 拉克希·維爾·賈斯拉;哈里·昌德·巴賈杰;拉杰什·尚蒂拉爾·索馬里;哈雷斯·馬希保特洛·莫迪;賈廷·拉姆什錢德拉·丘納瓦納;德文德拉·拉勒吉海·蓋拉尼;埃馬爾·納倫德拉庫馬·蘭帕納;迪普提·吉萬海·巴羅奇亞;蘇雷什·錢德拉;馬哈拉杰·基尚·達爾;查卡拉·凱沙夫·拉奧;坎列什·庫馬爾
• 申請（專利權）人: 科學與工業研究委員會;國家礦物發展有限公司
• 主分類號: C01B33/32
• 分類號: C01B33/32
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 王旭

發明領域

全世界每年生產約四百萬噸可溶性硅酸鹽，它們在洗滌劑、顏料、催化劑以及二氧化硅凝膠生產工業中獲得主要應用。這些硅酸鹽還用于粘合劑、水泥和建筑材料以及紙漿和造紙工業。可溶性硅酸鹽還用于在釀造、制酪業、食品加工和金屬加工工業中通用的清洗，如水清洗、設備清洗。在鑄造工業中，硅酸鹽用作從中可以生產鑄件的砂芯和模具的生產用的粘合劑。這些硅酸鹽還獲得了下列應用：粘合絕緣材料，例如蛭石、珍珠巖和許多礦物及礦石；密封多孔表面，例如石棉和纖維狀材料。

堿金屬硅酸鹽(Alkali?silicates)是一類具有許多物理和化學性質的化學品。這些堿金屬硅酸鹽主要是通過用高于1000℃的砂熔化碳酸鈉或碳酸鉀，或在壓力下用氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液煮解砂來制備的。堿金屬硅酸鹽的特性允許它們用于多種應用，例如：焊條、肥皂、洗滌劑、硬表面清潔劑、涂層材料、以及電子學。

特別是，硅酸鈉用于制造特種無機材料，即：沉淀二氧化硅、硅溶膠/膠體二氧化硅及硅膠、硅酸鈣和硅酸鋁、硅酸鋅和硅酸鈦、三硅酸鎂、沸石等。硅酸鈉還用于礦石浮選、渠道襯砌以及泥土固結。

金伯利巖尾礦是在鉆石開采中以巨大的固體廢物形式產生的。在諸如印度的國家，從它的Panna鉆石礦，典型地，每開采10克拉鉆石，產生約100噸的金伯利巖。在印度，在早先的鉆石開采中已經積聚了約3-4百萬噸的金伯利巖。在估計Panna礦的壽命為20年的情況下，在該國可能獲得大量的金伯利巖廢物。在全球范圍考慮此問題，由于諸如南非和加拿大的國家同樣涉及鉆石開采，產生的金伯利巖的量具有嚴重的影響。因此，適宜的是，尋找有利益地利用在鉆石開采中所積聚的金伯利巖的技術解決方案。金伯利巖的典型化學組成如下：

SiO₂?30-32％，Al₂O₃?2-5％，TiO₂?5-8％，CaO?8-10％，MgO?20-24％，Fe₂O₃5-11％，LOI?13-15％金伯利巖富含氧化鎂和二氧化硅，因此存在從此材料開發基于二氧化硅和鎂的產物的機會。因此，在二氧化硅含量的富集以后，隨后通過化學處理努力制備增值的產物例如硅酸鈉。金伯利巖的增值將不僅會使鉆石開采更有經濟效益，而且還會使它成為環境友好過程。

發明背景

轉讓給Beecher和Mich的美國專利2,219,646(1940)已經公開了一種通過二氧化硅與溫度低于氫氧化鈉的熔點或熔化溫度的氫氧化鈉的干熔融制備硅酸鈉的方法，并且向反應混合物中加入約2至4％的蘇打灰。二氧化硅的來源可以是石英砂、石英、火山灰石、石英粉等。該方法的缺點是二氧化硅與氫氧化鈉的高溫熔融，因而該方法是能量密集并且不經濟的。

轉讓給Habernickel的美國專利2,829,030(1958)，其中報道了在蒸汽作用下由砂和堿金屬氯化物以及約2至4％的其它堿金屬鹽的混合物制備具有2.74至3.16的SiO₂/Na₂O摩爾比的堿金屬硅酸鹽的方法，所述其它堿金屬鹽是例如碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀和碳酸氫鉀或它們的混合物。該方法包括在1150℃至1250℃的蒸汽處理之前的燒結步驟，其中將二氧化硅和堿金屬氯化物的混合物研磨，然后在780℃至840℃燒結，然后冷卻。此方法用更便宜的堿金屬氯化物取代了常規使用的堿金屬的碳酸鹽和硫酸鹽。然而，由于在1150-1250℃的高反應溫度下進行2-6小時，該方法是高度能量密集的，并且涉及反應混合物的燒結的預處理。

轉讓給McDaniel的美國專利2,988,423(1961)已經描述了一種通過下列步驟制備SiO₂/Na₂O摩爾比在1.0至2.8的范圍內的硅酸鈉的方法：在65至300磅/平方英寸的壓力下，將石英砂與碳酸鈉的水溶液在155℃至217℃反應約20小時或更久。該發明的缺點是制備的硅酸鈉的摩爾比較低，高的反應壓力和溫度，以及非常長的反應時間使得方法不經濟。