本發(fā)明涉及一種用于由包含結(jié)晶二氧化硅的草木灰生產(chǎn)硅酸鹽、優(yōu)選堿金屬硅酸鹽的方法。該方法包括在添加劑存在下使所述草木灰與堿反應(yīng)，該添加劑是包含多價陰離子的鹽。本發(fā)明還涉及一種能夠由所述方法獲得的硅酸鹽以及一種用于由所述硅酸鹽制備沉淀二氧化硅的方法。本發(fā)明還涉及一種待用于所述方法的反應(yīng)混合物。

背景技術(shù)：

1、二氧化硅(silicon?dioxide，sio2)，也稱為二氧化硅(silica)，是自然界中常見的硅化合物。天然存在的二氧化硅以無定形和結(jié)晶形式存在，如方石英、鱗石英和石英，后者是砂子的主要成分。

2、石英砂經(jīng)常用于生產(chǎn)硅酸鹽(特別是硅酸鈉)，該硅酸鹽可以例如通過用強(qiáng)堿如氫氧化鈉或氫氧化鉀水熱處理石英砂，或通過在約1400℃-1500℃的高溫下將石英砂與碳酸鈉熔融來獲得。

3、硅酸鈉通常用作用于制備沉淀二氧化硅的原料，沉淀二氧化硅是呈無定形形式的合成二氧化硅的一種形式。

4、硅酸鹽和沉淀二氧化硅都是用途廣泛的材料，在從建筑到洗滌劑、輪胎、粘合劑、食品和制藥工業(yè)的最多樣化的技術(shù)領(lǐng)域具有多種應(yīng)用，并且它們的全球需求不斷增加。

5、然而，上述方法的主要缺點(diǎn)是，用作原材料的砂子在人類時間尺度上不是可再生資源，因?yàn)樗难a(bǔ)充是通過地質(zhì)時期的巖石侵蝕和風(fēng)化過程來實(shí)現(xiàn)的。

6、此外，前述通過砂熔融制造二氧化硅的常規(guī)方法由于需要將反應(yīng)物加熱至高溫而需要高能量消耗。

7、因此，顯然仍然需要找到一種不僅在環(huán)境上更可持續(xù)、而且具有成本效益的用于生產(chǎn)硅酸鹽和二氧化硅的方法。

8、可以設(shè)想一種可能的可再生來源是衍生自植物燃燒的灰燼，并且特別是衍生自富含二氧化硅的植物和/或其部分(如稻殼)燃燒的草木灰。

9、稻殼是碾米工業(yè)的農(nóng)業(yè)殘留物，并且在稻生產(chǎn)國大量存在。燃燒后，約20％的稻殼重量轉(zhuǎn)化為灰燼，該灰燼除了包含微量的碳雜質(zhì)和各種金屬外，還包含最高達(dá)97wt.％的二氧化硅。灰燼中所含的部分二氧化硅呈結(jié)晶形式，并且主要結(jié)晶相典型地是方石英。

10、類似地，特別富含二氧化硅的其他草木灰是衍生自樹木和/或甘蔗燃燒、特別是衍生自樹木木材和/或甘蔗渣燃燒的那些。同樣在這種情況下，灰燼除了包含碳和金屬雜質(zhì)之外，還可以包含最高達(dá)97wt.％的二氧化硅，并且灰燼中所含的這種二氧化硅的一部分呈結(jié)晶形式，其中主結(jié)晶相典型地是石英。

11、鑒于這些灰燼中含有大量二氧化硅及其本質(zhì)上可再生的性質(zhì)，已經(jīng)做出了許多努力來嘗試從它們中提取二氧化硅，因?yàn)檫@可能代表用于獲得硅酸鹽和沉淀二氧化硅的經(jīng)濟(jì)上可行的選擇。這還可以解決稻殼的適當(dāng)處置問題(如前面所提到的，稻殼是碾磨工業(yè)的廢料)。

12、us2020/0399134描述了由燃燒的有機(jī)物質(zhì)的灰燼(如稻殼灰燼)生產(chǎn)硅酸鈉溶液的方法，該方法通過洗滌灰燼并在氫氧化鈉存在下使經(jīng)漂洗的灰燼進(jìn)行反應(yīng)以獲得硅酸鈉溶液。

13、相比之下，wo?2017/063901披露了通過使稻殼灰燼與硅酸鹽前體反應(yīng)來制備硅酸鹽。此文獻(xiàn)還描述了由由此生產(chǎn)的硅酸鹽制備沉淀二氧化硅。

14、例如wo?2004/073600中也描述了由稻殼灰燼制備二氧化硅，該文獻(xiàn)披露了用于制備沉淀二氧化硅的方法，該方法通過向通過對生物質(zhì)灰燼(如稻殼灰燼)進(jìn)行苛性消解(caustic?digestion)而獲得的硅酸鹽溶液中添加酸。

15、使用草木灰作為起始材料(如稻殼灰燼、木材灰燼和/或甘蔗渣)的方法的關(guān)鍵性之一是，如前面所提到的，該灰燼包含具有結(jié)晶部分的二氧化硅。與當(dāng)使灰燼在堿性條件下反應(yīng)(例如堿性消解/苛性消解)時相對容易被侵蝕和溶解的無定形形式不同，結(jié)晶部分更難以溶解并且這些過程常常會導(dǎo)致二氧化硅轉(zhuǎn)化率低或者需要升高的溫度。與草木灰的使用相關(guān)的另一個問題涉及這樣的事實(shí)：由于灰燼是一種復(fù)雜的材料，因此通常難以獲得容易與其余雜質(zhì)分離的硅酸鹽，因?yàn)檫@些雜質(zhì)常常保持懸浮狀態(tài)。

16、因此，仍然需要開發(fā)一種環(huán)境友好、具有成本效益且具有高產(chǎn)率的用于生產(chǎn)硅酸鹽和沉淀二氧化硅的新穎方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明涉及一種用于由草木灰生產(chǎn)硅酸鹽、優(yōu)選堿金屬硅酸鹽的方法，其中該方法包括使以下項反應(yīng)的步驟(a)：

2、(i)由含二氧化硅的植物部分和/或植物的燃燒獲得的草木灰，其中所述草木灰包含結(jié)晶二氧化硅；

3、與

4、(ii)堿，優(yōu)選堿金屬氫氧化物；

5、其中步驟(a)的反應(yīng)在包含以下項的反應(yīng)混合物中進(jìn)行：

6、分散介質(zhì)、優(yōu)選水性分散介質(zhì)，和添加劑，其中所述添加劑是包含多價陰離子的鹽。

7、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，硅酸鹽以液體形式作為硅酸鹽溶液、優(yōu)選硅酸鹽水溶液獲得，并且該方法進(jìn)一步包括將在步驟(a)之后獲得的硅酸鹽溶液與衍生自灰燼的雜質(zhì)分離的步驟(b)，這些雜質(zhì)包含碳產(chǎn)物和金屬。

8、根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，硅酸鹽以固體形式作為固體硅酸鹽獲得，并且該方法進(jìn)一步包括在所述步驟(b)之后將步驟(b)之后獲得的硅酸鹽溶液干燥以便獲得呈固體形式的硅酸鹽的步驟(c)。

9、此外，本發(fā)明涉及一種硅酸鹽、優(yōu)選堿金屬硅酸鹽，其能夠通過包括步驟(b)的方法以液體形式作為硅酸鹽溶液獲得，或者通過包括步驟(c)的方法以固體形式作為固體硅酸鹽獲得。

10、此外，本發(fā)明涉及一種用于制備沉淀二氧化硅的方法，該方法包括以下步驟：

11、(i)生產(chǎn)硅酸鹽溶液，這通過包括步驟(b)的方法或者通過包括生產(chǎn)呈固體形式的硅酸鹽(通過包括步驟(c)的方法)以及將該呈固體形式的硅酸鹽再分散在分散介質(zhì)、優(yōu)選水性分散介質(zhì)中的方法來實(shí)現(xiàn)，以及

12、(ii)使如此生產(chǎn)的硅酸鹽溶液和可選另外的除如此生產(chǎn)的硅酸鹽溶液以外的硅酸鹽溶液、naoh和/或次要二氧化硅來源與酸化劑反應(yīng)以實(shí)現(xiàn)二氧化硅的沉淀。

13、此外，本發(fā)明提供了一種用于由草木灰生產(chǎn)硅酸鹽、優(yōu)選堿金屬硅酸鹽和/或用于通過上文定義的方法制備沉淀二氧化硅的新反應(yīng)混合物，該反應(yīng)混合物包含：

14、(i)由含二氧化硅的植物部分和/或植物的燃燒獲得的草木灰，其中所述草木灰包含結(jié)晶二氧化硅；

15、(ii)堿，優(yōu)選堿金屬氫氧化物；

16、(iii)分散介質(zhì)，優(yōu)選水性分散介質(zhì)，和

17、(iv)添加劑，其中所述添加劑是包含多價陰離子的鹽。

18、本發(fā)明通過提供一種用于由草木灰生產(chǎn)硅酸鹽和沉淀二氧化硅的方法解決了現(xiàn)有技術(shù)的前面提到的問題，該方法允許改善灰燼中所含二氧化硅(無論是呈無定形形式還是呈結(jié)晶形式)的溶解，且尤其是所述二氧化硅的結(jié)晶部分的溶解。

19、與無定形形式相比，結(jié)晶二氧化硅更難溶解，并且在灰燼與堿反應(yīng)的正常堿性消解過程中，除非采用更高的溫度和/或更長的反應(yīng)時間，否則結(jié)晶二氧化硅僅部分溶解或根本不溶解。為了解決這個問題，諸位發(fā)明人進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，并且出人意料地發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的反應(yīng)混合物中添加劑(其是包含多價陰離子的鹽)的存在不僅允許改善草木灰中所含二氧化硅的無定形部分的溶解，而且允許改善草木灰中所含二氧化硅的結(jié)晶部分的溶解。

20、另外，本發(fā)明是特別有利的，因?yàn)樗试S獲得可與衍生自灰燼的雜質(zhì)有效地分離的硅酸鹽溶液，從而獲得期望的產(chǎn)率和純度。此外，本發(fā)明允許減少方法結(jié)束時所得廢物(碳餅)中的結(jié)晶二氧化硅含量，從而減少潛在危險的廢物(如果干燥的話)。

21、此外，根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)硅酸鹽的方法和用于生產(chǎn)沉淀二氧化硅的方法不僅由于它們采用草木灰(其是可再生來源)而是環(huán)境友好的，而且由于可以在不影響總產(chǎn)率的情況下使用較低的溫度而在經(jīng)濟(jì)上也是有利的。