枣庄市滕州昊扬液体泡花碱厂

前言

泡花碱是一种重要的硅化工产品，它不仅可以直接使用，而且可以进行深加工，形成系列产品，在国民经济的各个领域具有广泛的用途，发展前景广阔。

泡花碱生产工艺简单，投资较少，我国一些地区竞相发展，生产厂家星罗棋布，大有遍地开花之势。

其中大部分是由个人经营的，规模小，档次低，质量差。我国虽有半个多世纪生产、使用泡花碱的历史，但对它的系统研究却很不够，有关文献甚少，加之一些厂家的技术封锁，都极大地阻碍了人们对泡花碱的科学认识，特别是在一些人当中还存在着一些传统的、模糊的、甚至错误的认识，影响了生产的发展和产品质量、经济效益的提高。本文试图从其原子、分子结构的角度出发，分析其物理、化学性质及其对生产工艺条件的影响，就教于同行专家。

Si原子与O原子结合成键时，首先Si原子的3S电子受激发跃迁到3P空轨道上进行等性杂化，形成四个键能、键角及电子自旋方向都相等的SP3杂化轨道。因为杂化轨道和未杂化轨道相比，电子云在空间的伸展方向发生了变化，相应电子云分布更集中，更有利于满足轨道最大程度的重叠。所以杂化轨道的成键能力强于未杂化的各类原子轨道，这是泡花碱分子结构的特殊性之一。四个SP3杂化轨道与四个氧原子的未成对电子以6键的形式相结合形成共价键；同时因为氧原子的电负性很大，所形成的Si一O键为极性共价键，氧原子的一边带负电荷，与Naf离子以离子键的形式相结合。

1.3空间几何构型

Si-O键的成键特性决定了它的空间几何构型为正四面体型，四个氧原子占据正四面体的各个顶点，Si原子位于正四面体的中心，形成正四面体的基本结构单元Si，这些基本结构单元可以通过不同的方式结合成链状、环状、层状及立方网格结构的阴离子。如图100

这些阴离子通过金属钠离子把它们连接起来，Siof正四面体通过共用不同的氧原子数而形成不同的硅氧基团的阴离子。如：SiOf、Si2、Sis、O、Si6O'等，泡花碱是这些不同硅氧基团阴离子和钠离子结合成的硅酸盐。所以泡花碱是一种多硅酸钠的混合物，我们平时化验分析所测得的模数只是Si2与NeO比例的一个平均数值，这就是我们无法根据模数来确定硅酸钠准确分子式的原因。高模数泡花碱只是代表含硅量高的硅酸钠占的比例较多，同样低模泡花碱只是代表含硅量低的硅酸钠占的比例较多，所以在实践中，我们可以将高模数和低模数泡花碱按适当的比例相混合，调节到我们所需要的模数范围。

2泡花碱结构对其化学性质的影响

2.1水解反应

泡花碱属强碱弱酸性的盐，水解产物多硅酸又较难电离，所以水解反应较强烈，反应式如下：

Na2O·nSi2+yHO 2NaOH+nSiO（y-1）HzO9在实践中我们发现低模数泡花碱容易水解，而浓度高时却不利于水解反应的发生，这是因为低模数泡花碱相应NaO含量较高，在水溶液中硅酸根离子易溶解出来与水发生水解反应。而溶液浓度较高时，溶液中的NaOH含量较高，与水解所生成的硅酸起作用，生成新的硅酸钠，因此浓度高时硅酸钠水解几乎被抑制。

在生产低模数泡花碱时，块状的碱性”硅酸钠，能吸收空气中的水蒸汽及CO2生成白色的碳酸盐膜，蒙在泡花碱表面，使其失去透明性。模数越低，吸收空气中水份水解程度越快，碳酸化程度也越快，所以低模数泡花碱不能在潮湿空气”四—此一花碱一般长期暴露在空气中不会发生变化。

3泡花碱原子、分子结构对其物理性质的影响

3.1熔点、沸点及硬度

固体泡花碱是一种晶体，但它不同于象NaCl、NaF、MgO等晶格间是以离子键相结合的离子晶体；也不同于象金钢石、Siz、Sic等质点间是以共价键相结合的分子晶体。这与它的特性分子结构有关。

硅氧正四面体的不同排列方式可以形成不同的空间结构（如链状、环状、空间网格状），这种链上或

环上的正四机体是以Si-O共价键的形式相连接的，而键与键，环与环，层与层之间是钠离子以离子键的形式相连接，晶格间的键既有离子键又有共价键，所以固体硅酸钠既不是离子晶体，也不是原子晶体，是一种既包括离子键，又包括共价键的混合型晶体。）众所周知，原子晶体具有较高的熔点、沸点及硬度，离子晶体次之，混合键型晶体性质介于两者之

间，这就是固体硅酸钠比一般的离子晶体熔、沸点高，又比象金钢石、石英等一类原子晶体熔、沸点及硬度低的缘

生产中，在窑炉维修后重新点火时，我们常用成品硅酸钠代替混合料作为料底料装窑，这是因为混合原料中大量石英砂熔点很高，为1713C，硅酸钠为1088C，要熔融含大量石英砂的原料需要消耗很多的燃料、动力，虽然原料中的碱可以降低石英砂的熔点，但远没有成品硅酸钠好熔。待硅酸钠熔融后再逐渐投混合料，使生产很快进入正常状态。

另外可以根据混合键型晶体中，离子键和共价键所占的比例的多少，来解释，低模数泡花碱熔点低，而高模数泡花碱熔点较高等一系列生产中遇到的问题。

3.2溶解度

固体硅酸钠的溶解分以下几个阶段：

3.2.1水合：NaO·nSia+mHO=NaO.nSia.xH2O+（m-x）H2O+Q）

3.2.2初步溶解：生成的水合物部分溶解在水中，转变为溶液。

3.2.3水解：在水的作用下，能分解产生游离的苛性钠。

3.2.4胶溶：水解所生成的苛性钠能够不断侵蚀未溶解的硅酸钠，与硅酸根离子重新生成硅酸钠转入到溶液中。碱性大，侵蚀能力强；碱性弱，水解能力强，不利于溶解。

3.2.5电离：变为溶液的硅酸钠会发生电离，如：NeSiOg2Nd+Sig，NaSiOs22Nd+

Si2O2。根据硅酸钠的溶解机理可以解释一些实践中所遇到的问题。

我们知道钠盐一般很容易溶解于水，而硅酸钠必须在高温、高压的情况下才能溶解，而且溶解度随模数升高而降低；加水越多却越不易溶解；泡花碱中少量杂质几乎能抑制其溶解等；这些现象都能根据硅酸钠的特殊溶解机理得到解释。

首先，模数高，相应溶液中苛性钠较少，而溶解时加水多也会降低苛性钠浓度，这样苛性钠侵蚀固体硅酸钠的能力减弱转入溶液中的硅酸钠减少，溶解速度慢，溶解度降低。

有些厂家生产泡花碱时，为了降低成本，原料采用低档纯碱、烧碱渣、芒硝碱等，这些原料杂质多，加之没有合理配比调节，使成品泡花碱中常含有碱土金属和其它二价金属离子氧化物，它不但影响成品的色泽，使天蓝色的泡花碱变成棕色甚至黑色，而且直接影响产品质量。当杂质含量超过5%时，几乎不能使用。因为泡花碱在使用中时，需加水化为液体，而金属氧化物的存在，就会抑制苛性钠对固体硅酸钠的侵蚀，使溶解速度降低，金属氧化物含量越高，所受抑制作用越强，溶解速度也会越来越慢，以至于几乎停止。所以，为了降低成本，用低档纯碱等做原料时，一定要各种档次原料合理搭配，严格控制杂质含量，在不影响产品质量的情况下创造良好的经济效益。

3.3失透现象

在生产高模泡花碱时，如果炉温低或进料不稳，来不及熔化的石英砂就沉到熔池底部，时间一长，就形成一种含硅量高的、分子量大的、高聚合型的硅酸盐，中间还夹杂一部分未熔化的石英砂。这种含硅量高的硅酸盐，其水解速度大于溶解速度，水解产生高硅酸聚合物（即硅胶）形成沉淀粘附在其表面。它是一种带粘性的白色大块块状物，水淬效果不明显，量多时可卡死出料螺旋绞刀，影响生产正常进行。这种高聚合型的化合物即使在高温高压下也很难溶解，只能回熔再熔。

综上所述，泡花碱不同于普通的钠盐，有其特殊的物理和化学性质，如：熔、沸点高、硬度大，具有一定的化学稳定性，水解显碱性，虽能溶于水但需高温高压，水溶液具有粘性等，这些特性无不与其内在的原子、分子结构有关。只有熟悉掌握其内在特征，才能在生产中消除盲目性，增强自觉性，应用科学知识解决生产中的实际问题，合理组织。