一种硅酸锂溶液及其制备方法
技术领域
[0001] 本
发明属于无机材料合成技术领域，特别涉及一种
硅酸锂溶液及其制备方法。
背景技术
[0002] 硅酸锂又称锂
水玻璃，硅酸锂水溶液性能独特，应用广泛，包括：作为涂料基料，用水作
溶剂，形成涂膜，除具有无机涂料的耐热、不燃、耐
辐射、无毒等一般性能外，还具有自干，耐热可达1000℃，
耐磨性、耐湿性、耐侯性、耐干湿交替性佳，耐水性优异等特点；可作为海上工程、石油管道、
船舶、
桥梁以及建筑涂料，尤其适宜用于潮湿环境和耐水性装饰涂料；还可用作
粘合剂、金属
表面处理剂等。
[0003] 目前，国内外制备硅酸锂的方法主要有干法与湿法合成两种。其中，干法合成工艺以
碳酸锂和硅砂(或者白
炭黑)为原料，经过配料、混料、高温锻烧(1400℃左右)等工序制备出固体硅酸锂，产品杂质含量高、不溶于水；主要用于高温CO2
吸附。湿法合成工艺主要包括以下三种方法：(1)硅溶胶-氢
氧化锂合成法，该法以硅溶胶与单水氢氧化锂反应制备，得到的产品模数为2.5～4.6；该法的主要缺点包括：反应时间长，产品杂质含量高、储存时间、短透明性差，产品粒径大。(2)
硫酸锂离子交换法，该法是将硫酸锂以阳离子交换
树脂再生后，加入水玻璃合成反应制成；该法的主要缺点包括：模数低(2.2～2.4)，产品品质差，杂质离子含量高，且由于含有微量钠离子，影响硅酸锂溶液的性能，得到的产品耐水性、耐候性变差。(3)活性硅酸-氢氧化锂合成法，该法先以水玻璃溶液为原料，通过阳离子交换法制得活性硅
酸溶液，再与氢氧化锂反应得到硅酸锂溶液；本方法克服了上述两种工艺的缺点，制备出具有透明性好、粘结
力优、长期贮存稳定的硅酸锂水溶液。但是，本方法制备得到的活性硅酸浓度低(一般≤5％)，进一步合成得到的硅酸锂溶液浓度也低，要达到产品
质量标准(SiO2％为20％)，需进一步进行
蒸发浓缩，蒸发量大，因此该法能耗高，生产成本高。
[0004] 综上，现有方法要么制备工艺过程复杂、要么能耗高，生产成本高，产品纯度低、粒径大。为实现硅酸锂水溶液的广泛应用，研究开发一种工艺简单、成本低的小粒径高模数高纯度硅酸锂溶液的制备方法，是非常急需和必要的。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种硅酸锂溶液及其制备方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的方法合成工艺能耗低，产品透明度高，不含杂质相；本发明方法制备的产物粒径均匀细小，可达到
纳米级；产物为结晶态型的高纯度硅酸锂溶液，模数可达1.0～20。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 本发明的一种硅酸锂溶液的制备方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1，将
电池级氢氧化锂和去离子水混合，配置获得质量百分比浓度为1％～15％的电池级氢氧化锂溶液；
[0009] 步骤2，在搅拌工况下，将步骤1获得的电池级氢氧化锂溶液加热升温到80～100℃；
[0010] 步骤3，将硅源
粉碎成微米级别后
酸洗去除金属和有机杂质，然后用去离子水清洗至PH为6.0-8.0，获得精制后的超细硅源；
[0011] 步骤4，向步骤1获得的电池级氢氧化锂溶液中加入步骤3精制获得的超细硅源；其中，加入速率为0.1～10Kg/h，反应
温度为40～100℃，搅拌反应2～12h；在温度为50～80℃下熟化2～15h，得到模数为1.0～20的硅酸锂水溶液；
[0012] 步骤5，向步骤4获得的硅酸锂水溶液加入吸附剂，过滤去除硅酸锂溶液中的色素和物理杂质，获得精制的硅酸锂水溶液；
[0013] 步骤6，将步骤5获得的硅酸锂水溶液进行减压浓缩；其中，浓缩压力为－0.02～－0.09MPa，浓缩温度为40～80℃，浓缩终点为硅酸锂水溶液的
密度为1.10～1.26g/cm3。
[0014] 本发明的进一步改进在于，步骤1具体包括：将电池级氢氧化锂和去离子水加入不锈
钢反应釜中，配置获得质量百分比浓度为1％～15％的电池级氢氧化锂溶液；
[0015] 步骤2具体包括：在搅拌工况下，经过反应釜的夹套通入
蒸汽或热水，加热升温到80～100℃。
[0016] 本发明的进一步改进在于，步骤3中的硅源为金属硅粉、光伏行业硅粉、
半导体行业硅粉、气相
二氧化硅、硅胶、原硅酸或硅烷；其中，每种硅源的硅含量均大于等于99.9％。
[0017] 本发明的进一步改进在于，步骤3中，粉碎所用的设备为
破碎机、粉碎机或
球磨机。
[0018] 本发明的进一步改进在于，步骤3中，酸洗所用的酸为
盐酸、硫酸、
硝酸、乙酸或乳酸。
[0019] 本发明的进一步改进在于，步骤5中，吸附剂为活性白土、
硅藻土或
活性炭。
[0020] 本发明的进一步改进在于，步骤5中，采用精密
过滤器过滤去除硅酸锂溶液中的色素和物理杂质。
[0021] 本发明的一种硅酸锂溶液，所述硅酸锂溶液的模数为1.0～20，密度为1.10～1.26g/cm3，氯化物与硫化物总含量低于100ppm，
铁离子含量低于50ppm。
[0022] 与
现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0023] 本发明的制备方法简单，生产工艺能耗低，产品透明度高，不含杂质相；制成的硅酸锂溶液模数高、纯度高。
[0024] 本发明中，制备的溶液经浓缩后，模数在1.0～20之间，密度在1.10～1.26g/cm3；氯化物与硫化物总含量低于100ppm，铁离子含量低于50ppm，平均粒径3-5纳米。本发明的产品透光性好、粒径均匀细小(纳米级)、贮存时间长，性能优良。
附图说明
[0025] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026] 图1是本发明实施例的一种小粒径高模数高纯度硅酸锂溶液的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0027] 为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
[0028] 本发明实施例的一种小粒径高模数高纯度硅酸锂溶液的制备方法，具体包括以下步骤：
[0029] (1)配制电池级氢氧化锂溶液，包括：将电池级氢氧化锂和去离子水加入
不锈钢反应釜中，配置成质量百分比浓度为1％～15％的电池级氢氧化锂溶液；
[0030] (2)在搅拌工况下，经过反应釜的夹套通入蒸汽或热水，加热升温到80～100℃；
[0031] (3)硅源精制，包括：将硅源粉碎成微米级别后通
过酸洗以去除金属和有机杂质，并用去离子水清洗至PH为6.0～8.0；
[0032] (4)合成硅酸锂水溶液：往步骤(1)中配置好的氢氧化锂溶液中加入步骤(3)中精制后的硅源，控制加入速率为0.1～10Kg/h，反应温度为40～100℃，搅拌反应2～12h，并在温度为50～80℃下熟化2～15h得到模数为1.0～20的硅酸锂水溶液；
[0033] (5)硅酸锂溶液的精制：硅酸锂水溶液加入吸附剂，精密过滤器过滤后去除硅酸锂溶液中的色素和物理杂质；
[0034] (6)减压浓缩：将步骤(5)精制的硅酸锂水溶液进行减压浓缩，浓缩压力为－0.02～－0.09MPa，浓缩温度为40～80℃，浓缩终点为硅酸锂水溶液的密度为1.10～1.26g/cm3。
[0035] 优选地，步骤(3)中，硅源可以是金属硅粉、光伏行业硅粉、半导体行业硅粉、气相二氧化硅、硅胶、原硅酸或硅烷，其中，每种硅源的硅含量均大于等于99.9％。
[0036] 优选地，步骤(3)中，粉碎的设备可以是
破碎机、粉碎机或球磨机。
[0037] 优选地，步骤(3)中，酸洗所用的酸可以是盐酸、硫酸、硝酸、乙酸或乳酸。
[0038] 优选地，步骤(5)中，吸附剂可以是活性白土、硅藻土或活性炭。
[0039] 本发明的制备方法简单，生产能耗低，制成的硅酸锂溶液模数高、纯度高，经浓缩后，模数在1.0～20之间，密度在1.10～1.26g/cm3；产品透光性好、粒径均匀细小(3-5纳米)、贮存时间长，性能优良。本发明实施例的产品的指标参数如表1所示。
[0040] 表1.硅酸锂溶液指标参数
[0041]指标
模数 1.0-20
平均粒径 3-5nm
密度 1.10～1.26g/cm3
外观 无色透明液体
氯化物+硫化物 ＜100ppm
铁离子 ＜50ppm
[0042] 实施例1
[0043] 本发明实施例的一种小粒径高模数高纯度硅酸锂溶液的制备方法，具体包括以下步骤：
[0044] (1)配制电池级氢氧化锂溶液：将电池级单水氢氧化锂10kg和去离子水加入不锈钢反应釜中，配置成质量百分比浓度为10％的电池级氢氧化锂溶液；
[0045] (2)在搅拌下，经过反应釜的夹套通入蒸汽或热水，加热升温到95℃；
[0046] (3)硅源精制：将金属硅粉粉碎成微米级别后通过酸洗以去除金属和有机杂质，并用去离子水清洗至PH为6.0～8.0，称取金属硅粉7.5kg；
[0047] (4)合成硅酸锂水溶液：往步骤(1)中配置好的氢氧化锂溶液中加入步骤(3)中精制后的金属硅粉，控制加入速率为1Kg/h，反应温度为70℃，搅拌反应8h，并在温度为60℃下熟化5h得到模数为2.2的硅酸锂水溶液；
[0048] (5)硅酸锂溶液的精制：稀硅酸锂水溶液加入吸附剂硅藻土，精密过滤器过滤后去除硅酸锂溶液中的色素和物理杂质；
[0049] (6)减压浓缩：将步骤(5)精制的高纯度硅酸锂水溶液进行减压浓缩，浓缩压力为－0.02～－0.09MPa，浓缩温度为70～75℃，浓缩终点为硅酸锂水溶液的密度为1.25g/3
cm，得到模数2.2，
粘度15mPa·S的无色透明的小粒径高纯度硅酸锂水溶液产品。
[0050] 实施例2
[0051] 本发明实施例的一种小粒径高模数高纯度硅酸锂溶液的制备方法，具体包括以下步骤：
[0052] (1)配制电池级氢氧化锂溶液：将电池级单水氢氧化锂10kg和去离子水加入不锈钢反应釜中，配置成质量百分比浓度为5％的电池级氢氧化锂溶液；
[0053] (2)在搅拌下，经过反应釜的夹套通入蒸汽或热水，加热升温到85℃；
[0054] (3)硅源精制：将硅胶粉碎成微米级别后通过酸洗以去除金属和有机杂质，并用去离子水清洗至PH为6.0-8.0，称取硅胶37.6kg；
[0055] (4)合成硅酸锂水溶液：往步骤(1)中配置好的氢氧化锂溶液中加入步骤(3)中精制后的硅胶，控制加入速率为3Kg/h，反应温度为80℃，搅拌反应10h，并在温度为70℃下熟化8h得到模数为5.0的硅酸锂水溶液；
[0056] (5)硅酸锂溶液的精制：稀硅酸锂水溶液加入吸附剂活性炭，精密过滤器过滤后去除硅酸锂溶液中的色素和物理杂质；
[0057] (6)减压浓缩：将步骤(5)精制的高纯度硅酸锂水溶液进行减压浓缩，浓缩压力为－0.02～－0.09MPa，浓缩温度为60～65℃，浓缩终点为硅酸锂水溶液的密度为1.18g/cm3，得到模数5.0，粘度22mPa·S的无色透明的小粒径高模数高纯度硅酸锂水溶液产品。
[0058] 实施例3
[0059] 本发明实施例的一种小粒径高模数高纯度硅酸锂溶液的制备方法，具体包括以下步骤：
[0060] (1)配制电池级氢氧化锂溶液：将电池级单水氢氧化锂10kg和去离子水加入不锈钢反应釜中，配置成质量百分比浓度为6％的电池级氢氧化锂溶液；
[0061] (2)在搅拌下，经过反应釜的夹套通入蒸汽或热水，加热升温到85℃；
[0062] (3)硅源精制：将光伏行业硅粉粉碎成微米级别后通过酸洗以去除金属和有机杂质，并用去离子水清洗至PH为6.0-8.0，称取光伏行业硅粉68.5kg；
[0063] (4)合成硅酸锂水溶液：往步骤(1)中配置好的氢氧化锂溶液中加入步骤(3)中精制后的光伏行业硅粉，控制加入速率为5Kg/h，反应温度为90℃，搅拌反应12h，并在温度为60℃下熟化10h得到模数为20.0的硅酸锂水溶液；
[0064] (5)硅酸锂溶液的精制：稀硅酸锂水溶液加入吸附剂活性白土，精密过滤器过滤去除硅酸锂溶液中的色素和物理杂质；
[0065] (6)减压浓缩：将步骤(5)精制的高纯度硅酸锂水溶液进行减压浓缩，浓缩压力为－0.02～－0.09MPa，浓缩温度为50-55℃，浓缩终点为硅酸锂水溶液的密度为1.25g/cm3，得到模数20.0，粘度20mPa·S的无色透明的小粒径高模数高纯度硅酸锂水溶液产品。
[0066] 实施例4
[0067] 本发明实施例的一种小粒径高模数高纯度硅酸锂溶液的制备方法，具体包括以下步骤：
[0068] (1)配制电池级氢氧化锂溶液：将电池级单水氢氧化锂10kg和去离子水加入不锈钢反应釜中，配置成质量百分比浓度为2％的电池级氢氧化锂溶液；
[0069] (2)在搅拌下，经过反应釜的夹套通入蒸汽或热水，加热升温到80℃；
[0070] (3)硅源精制：将半导体行业硅粉粉碎成微米级别后通过酸洗以去除金属和有机杂质，并用去离子水清洗至PH为6.0-8.0，称取半导体行业硅粉55.6kg；
[0071] (4)合成硅酸锂水溶液：往步骤(1)中配置好的氢氧化锂溶液中加入步骤(3)中精制后的光伏行业硅粉，控制加入速率为0.1Kg/h，反应温度为40℃，搅拌反应2h，并在温度为50℃下熟化2h得到硅酸锂水溶液；
[0072] (5)硅酸锂溶液的精制：稀硅酸锂水溶液加入吸附剂活性炭，精密过滤器过滤去除硅酸锂溶液中的色素和物理杂质；
[0073] (6)减压浓缩：将步骤(5)精制的高纯度硅酸锂水溶液进行减压浓缩，浓缩压力为－0.02～－0.09MPa，浓缩温度为40℃，浓缩终点为硅酸锂水溶液的密度为1.26g/cm3，得到无色透明的小粒径高模数高纯度硅酸锂水溶液产品。
[0074] 实施例5
[0075] 本发明实施例的一种小粒径高模数高纯度硅酸锂溶液的制备方法，具体包括以下步骤：
[0076] (1)配制电池级氢氧化锂溶液：将电池级单水氢氧化锂10kg和去离子水加入不锈钢反应釜中，配置成质量百分比浓度为8％的电池级氢氧化锂溶液；
[0077] (2)在搅拌下，经过反应釜的夹套通入蒸汽或热水，加热升温到100℃；
[0078] (3)硅源精制：将气相二氧化硅粉碎成微米级别后通过酸洗以去除金属和有机杂质，并用去离子水清洗至PH为6.0-8.0，称取光伏行业硅粉63.5kg；
[0079] (4)合成硅酸锂水溶液：往步骤(1)中配置好的氢氧化锂溶液中加入步骤(3)中精制后的光伏行业硅粉，控制加入速率为10Kg/h，反应温度为100℃，搅拌反应12h，并在温度为80℃下熟化15h得到硅酸锂水溶液；
[0080] (5)硅酸锂溶液的精制：稀硅酸锂水溶液加入吸附剂硅藻土，精密过滤器过滤去除硅酸锂溶液中的色素和物理杂质；
[0081] (6)减压浓缩：将步骤(5)精制的高纯度硅酸锂水溶液进行减压浓缩，浓缩压力为－0.02～－0.09MPa，浓缩温度为80℃，浓缩终点为硅酸锂水溶液的密度为1.23g/cm3，得到无色透明的小粒径高模数高纯度硅酸锂水溶液产品。
[0082] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行
修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在
申请待批的本发明的
权利要求保护范围之内。
