水玻璃制作工艺全.docx

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水玻璃制作工艺全

工业硅酸钠工艺规程

1．目的      

  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。

2．范围

  适用于泡花碱车间马蹄焰窑炉硅酸钠产品生产过程。

3．产品说明

3.1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。

3.2性质

3.2.1物理性质

3.2.1.1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。

3.1.1.2密度:

随着模数的降低而增大。

当模数从3.33下降到1时，密度从2.413增大到2.560。

3.1.1.3熔点:

无固定熔点，"中性"水玻璃大约在550℃左右软化。

3.1.1.4对急冷急热非常敏感，受到这种作用时，立即裂成不规那么的小碎块。

3.1.1.5溶解度:

固体水玻璃在水中溶解度随以下因素有关

  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。

  c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%×1.032

式中Ｍ为模数，1.032为换算系数〔Ｎa２O与ＳiO２分子量之比〕。

3.2.2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响更快。

　a水玻璃的水溶液能发生强烈的水解反响而使溶液呈碱性。

  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响，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反响强烈。

3.3  用途

  硅酸钠用途非常广泛，几乎普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，是硅化物的根本原料；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。

4原材料性质及其质量标准

4.1碳酸钠

4.1.1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2.532Kg/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。

4.2石英砂

4.2.1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响。

分子式：

SiO2，分子量：

60.1

    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0.5毫米为粗沙；小于0.5毫米为细沙；介于二者之间者为中沙；0.1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0.05％的石英砂呈白色。

随含铁量的增加，那么由**逐渐向浅红色过渡。

假设将石英砂加热到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。

5生产工艺过程说明

5.1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参加容器中，通入较高压力的蒸汽，经过一定的时间，到达相应的浓度，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，在砂库内去掉局部水份后，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响，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响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0.5MPa的压力下反响，生成低于40°Be’的液体产品，由于反响不完全，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，在配料时需要参加少量的水，产生较多的废渣，只能生产2.5模数以下的产品。

在国外局部生产厂家，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2.5以上的产品，据说能达至3.4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1.0MPa，在反响釜内经过较长时间的反响，生成可以到达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1.4～1.6的产品，易于过滤，不需要加助滤剂，生产本钱低。

5.2生产根本原理及化学反响式：

5.2.1原理

根据石英砂能与熔融的碱类起反响这个原理，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响，当纯碱呈熔化状态时，反响特别迅速。

5.2.2化学反响式:

Na2CO3=Na2O+CO2↑

Na2O+nSiO2=Na2O•nSiO2    

反响熔炉的温度越高，反响越完全，反响温度过低，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。

5.3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

5.4工序的划分

生产工艺可分为配料、熔制、成型、化料四个工序。

6.各工序工艺、操作

6.1    配料工序

6.1.1  工艺控制  

    a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参加水份含量因素。

6.1.2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

6.1.2.1开车前准备工作

a.必须检查高位槽储碱、砂情况。

  b.检查皮带机上是否有异物，如有异物去除掉。

6.1.2.2开车

a.    碱输送系统开车顺序，先开斗提机，检查正常前方可往进料口倒碱。

  b.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。

c.配料：

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。

6.1.2.3停车

  a.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。

  b.自动称量停车：

必须把称量器料斗的料放完，才能停车。

  c.混料机停车，要把混料机内的料放完，才能停车。

6.1.2.4考前须知

  a.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。

  b.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。

6.2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，进行化学反响。

6.2.1操作

  a.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。

  b.按照车间要求定时清理油枪，保证油枪雾化良好。

注意事顶

  a窑炉熄火降温应按照规定的降温曲线进行，窑炉撤除检修除外。

  b.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。

  c.要保持炉内良好的燃烧状态，以产生白亮的火为最正确，严禁冒黑烟，防止污染料液和浪费燃料。

6.3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，本钱低，产品收率高。

是一种清洁生产工艺。

（目前公司采用）

6.3.2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局部会水解，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。

6.3.2.考前须知

  a.如有砖头等杂物堵住料口，必须及时去除掉，不得将杂物掉进料中。

  b.水淬用水尽量用低度循环水，假设循环水温度高时，可用少量自来水，以免结块。

  c.严禁小度水流失，维持水位平衡。

  d.当出料机发生故障时，控制好出料流量，对流出料及时去除并用水喷淋，以免产生大块。

  f.假设生产固体产品，水淬后去包装工序，假设生产液体产品水淬后去溶化工序。

6.4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、水比参加水，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。

6.4.1控制条件

  a参加滚筒内料水比方下表：

工程配比

〔Kg〕    1.381Kg/m3    1.526Kg/m3    1.629Kg/m3

    40°Be′    50°Be′    56°Be′

料加水    37+63    45+55    50+50

b蒸气压力0.30—0.50MPa

  c水温≤95℃（尽可能高）

  如果采用烧碱调制不同模数的产品，采用下式对计算参加烧碱数量。

      0.996×b-M×a

  m=            

    0.775×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

    M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，确定参加烧碱的体积。

给合水蒸汽的情况进行计算，确定水的参加量。

液体产品加烧碱调制模数参照上面公式计算。

6.4.2操作

  a.检查滚筒化料机是否正常。

  b.根据生产不同浓度的水玻璃按不同的规格要求，将料、水比参加滚筒内。

  c.滚筒内用蒸汽加热，滚筒内压强控制在0.3—0.5MPa，到达压力后，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，直到到达浓度为止，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。

  f.放料时先停车，然后翻开放料阀门，直到放料完毕。

  g.滚筒放料先放入汽液别离罐，进入车间成品罐，由车间申请经质分析合格后入成品库。

6.4.3考前须知

  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。

  b.确认滚筒内无压力时，才能翻开上料盖。

  c.上料盖螺旋一定要完整，每次化料一定要上紧盖。

  d.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。

  e.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、平安、可靠。

  f.停车检修或大修时，要把滚筒清洁干净。

7窑炉的有关知识    

    7.1窑炉分类：

    7.1.1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〕

    7.1.2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。

    7.1.3按生产规模分：

大中小三种。

    7.1.4按分隔装置分：

平板池窑和流液洞两大类

7.2马蹄焰窑炉的结构

    7.2.1组成

    a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  

    b小炉：

小炉底板、小炉墙、小炉碹、舌头碹、喷火口  

    c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

    7.2.2配套设备

    空气交换器、煤气交换器、旋转闸板、总烟道闸板。

    7.2.3工作制度

    温度、气氛、窑压、火焰〔刚度、长度、亮度、角度〕使用燃料

    固体、液体、气体。

来源分：

人造和天然燃料

          固体颜料：

主要指煤炭。

我国煤炭分为三种：

无烟煤、烟煤、褐煤〔挥发分大于40％〕。

我公司主要使用烟煤，分类有：

贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱粘结煤、不粘结煤、长焰煤八种。

固体和液体燃料组成有五种表示方法：

操作成份、分析成份、枯燥成份、可燃成份、有机成份。

一般确定燃料成份：

挥发份V、固定碳F、灰分A和水份W。

    气体燃料：

天然气、煤气等。

7.3烟囱的抽力

        空气的容重差产生的浮力〔抽力〕---热空气上升，冷空气下降，而造成空气的流动，这就是烟囱的自然通风的原理。

        在大气中的任何物体〔包括空气本身〕都会受到来自于空气的浮力，但空气为什么还能保持平衡〔不考虑吹风现象〕而不上浮呢？

那是因为空气不但受到了上升的浮力，同时还受到了自身的重力作用，通常情况下空气向上的浮力与自身向下的重力是相等的，所以就保持了平衡。

        但是烟囱里所排出的烟子，是温度很高的热空气，温度越高它就越澎涨，单位体积所受的重力也就变小了，由于浮力没变，而热空气的重力变小了，所以烟子就上浮了，往上冲。

热空气上升后，炉里压强减小，所以炉外的冷空气进入炉里，被加热后，又上升。

就这样周而复始地。

    公式：

浮力〔抽力〕=容重×高差

设单位体积气体受浮力F，单位体积气体重力为G，烟囱烟气密度为p，外界大气密度为P’，气体截面积为f，高度为H，在通常情况下F=G=mg=pfHg，烟囱烟气温度较高，单位体积所受重力小于浮力，那么产生压力差W=（p-p’）gfH，单位面积所受压力差〔抽力〕W’=（P-P’）gH，可以看出抽力与烟囱高度H、烟气温度、大气温度有关系。

烟囱越高，烟气温度越高，大气温度越低，那么抽力越大。

7.4窑压

7.4.1窑压分布

      玻璃池窑内压力指气体流程系统所具有的静压。

      空气从烟道进入时呈现负压，而且越是靠近蓄热室底部负压越大。

这是因为进入蓄热室的空气被预热了，沿着蓄热室上升，温度越来越高〔可达1000℃以上〕，由于蓄热室内、外气体的温度近1000℃，加之蓄热室有4米以上的高度，产生较大的几何压头，使热气体自然上升〔类似于烟囱的工作原理〕。

因此在蓄热室地产生负压，将空气从进气口吸入，即为通常指的自然进风。

      由于几何压头的作用，空气从蓄热室底向上流动，在流动过程中几何压头逐渐减少，静压头逐渐增大，从负压到零压，再到正压。

      在窑内火根处正压较大，沿着火焰的方向其压力逐渐降低，火烧处压力最低，窑内控制成微正压。

从小炉垂直通道向下气流的压力是逐渐降级的，一直到烟囱底部，气流都是处于负压状态。

这是由于烟囱的作用，在烟囱底部有较大的负压，克服烟气一路上的阻力损失，将窑内烟气吸出，在排到大气中。

        如果自然进风所供应的助燃空气量不够，就必须另装通风机，将二次空气强制送进蓄热室内进行预热，该鼓风机被称为助燃风机。

使用助燃风机时，烟道内的压力与自然进风时烟道内压力不同，这与鼓风机的选择有关，鼓风机的风压选择较大时，烟道内负压减小，甚至成为正压〔一般都是处于正压状态〕。

7.4.2窑压大小

      窑内压力，在熔化部接近玻璃液面处最好是零压，并要求稳定。

这样既没有冷空气吸入，也没有火焰从孔口逸出。

但零压较难控制，通常是控制微正压〔5～10Pa〕。

玻璃液面上如果是负压，会有冷空气被吸入，从而降低炉温，打乱窑内温度和气氛制度。

      玻璃液面如果是正压，会使整个燃烧空间热气流分布均匀。

但是由于热气体会窜到燃烧空间的每一个角落和裂缝处，并力图从裂缝逸出窑外，这样就在所有密封不严的接缝处和开孔处引起烧蚀，降低了熔窑的使用寿命，增加了燃料损失；正压增大时，含有带油雾〔或未完全燃烧的煤气〕的高温气体经过矮碹下方入冷却部，冷却部空间温度升高，对桥砖前的成型玻璃液流的上层进行不合理的加热，致使成型流温度升高，引上作业不稳定。

7.4.2.造成窑压大的原因：

①烟囱或余热锅炉的引风机抽力不够。

通过调节烟道大闸板开度可以调节抽力。

②流体沿路阻力过大。

阻力大的原因很多，常发生在窑炉使用后期，如蓄热室格子砖倒塌严重，格孔堵塞是烟气排不出；空、煤气烟道、蓄热室炉条下熔渣等物的堆积，堵塞了烟气通道；因暴雨等原因，烟道内进水，使烟道内气流通道截面积减小等。

应根据不同的原因及时排除故障。

③窑内空、煤气量过多或空、煤气配比不当，造成烟气量多，窑内压力增大。

④空、煤气烟道或总烟道、空气蓄热室门、闸板和空气交换器等处有漏气之处，冷空气吸入，也会造成窑压增大。

应将漏风之处封严。

从全窑系统来看，都希望密闭不漏气，因为漏风不仅使窑压增大，还带来其他弊病。

7.5煤气的有关知识、使用过程工艺

      日常生活中说的煤气主要是液化石油气、液化天然气等。

煤气分为天然煤气和人工煤气。

焦炉煤气、高炉煤气等人工煤气主要采用煤炭气化产生的。

焦炉煤气是在炼焦过程中产生的，将焦煤在焦炉中炼焦干馏900～1200℃时，产生煤气，称之为焦炉煤气，其热值较高，可以达4000Kcal/Nm3，每吨配煤又产生300～330M3，经过净化，参加臭味剂后，作为商品用，即平时称呼的煤气，管道煤气，准确的称呼为城市煤气。

高炉煤气是在炼铁过程中高炉上部产生的气体，含有一局部CO等，热值较低，其热值小于1000Kcal/Nm3，每吨焦碳可产生3500～4000M3，以前直接排放大气中，不但污染环境，还浪费能源，现在已经能够利用。

7.5.1发生炉煤气是指用固体燃料在汽化剂的作用下转化成的可燃气体。

煤种不同，产生煤气亦不同。

由于采用气化剂的不同分为以下几种

7.5.2空气煤气，使用空气作为汽化剂。

理论上热值为1000Kcal/Nm3较多，很少使用。

7.5.3水煤气：

水蒸汽和空气分阶段吹入