在硅酸鹽生產中從硅酸鹽源中去除重金屬的方法

專利名稱：在硅酸鹽生產中從硅酸鹽源中去除重金屬的方法
技術領域：
本發明涉及在生產金屬硅酸鹽的過程中，從金屬硅酸鹽中去除重金屬的方法。在有賴于采用低成本二氧化硅原料(已知其中具有較高量的重金屬)來生產金屬硅酸鹽(例如其中的一個例子為硅酸鈉)的生產中，人們已認識到去除大量的此類重金屬對于滿足某些規定的必需條件以提供成品材料是必不可少的，這些成品材料與用更昂貴、純凈的起始二氧化硅制備的成品相比具有同樣低的重金屬污染物含量。可采用兩種通用的方法來實現去除這些污染物的目的。一種方法包括在過濾之前引入鈣的磷酸鹽材料(例如磷酸二鈣、磷酸三鈣和/或羥基磷灰石)以形成金屬硅酸鹽溶液(硅酸鹽后方法)。另一種方法需要將鈣的磷酸鹽材料(同樣為羥基磷灰石、磷酸三鈣和/或磷酸二鈣)引入二氧化硅，由此使得含有所述磷酸二鈣的腐蝕性水漿料存在于金屬硅酸鹽形成全部反應步驟的整個過程中，然后用過濾去除(硅酸鹽前方法)。在各個情況下，羥基磷灰石、磷酸三鈣或磷酸二鈣有效地幫助固定其中的重金屬(例如鉛、鎘等)，從而防止從將該目標金屬硅酸鹽當作原料的產品中釋放出高量的此類重金屬。因此，隨后可將所述含重金屬的金屬硅酸鹽用于生產沉淀二氧化硅，作為一個例子的是與原始二氧化硅源相比，其具有低得多的重金屬水平。
背景技術：
重金屬(例如鉛、砷、鎘、銅和鋅)對哺乳動物具有不同水平的毒性。尤其是在這些金屬被攝入以及在可被機體代謝和吸收的情況下(即當它以生物可利用形式被攝入時)，并在機體內聚積時，這些金屬具有產生毒性作用的傾向，即便是較低的量。為此，州和聯邦級別的管理機構都頒布了關于可能用于人類消費的物質中通常所允許的此類重金屬最高含量的規章。因此，開發出使可能被使用和被人類(和其它哺乳動物)攝入的物質中的這些重金屬的含量降低到最小的方法是極為重要的。
這些物質中包括噴霧干燥或急驟干燥的金屬硅酸鹽、沉淀二氧化硅、硅膠、硅酸鹽和用二氧化硅源生產的其它產品。最終使用的制劑包括許多不同的清潔制品，例如牙粉、化妝品組合物(例如底粉等)；以及其它類似的用途，例如人類消費品或食品接觸物(例如對其進行適當使用的紙張、塑料和橡膠填料以及藥物賦形劑)所必需的防結塊劑和/或助流動劑。形成這些最終使用的制劑主要基礎的這些物質是用含有不同水平的重金屬污染物的二氧化硅源生產的。最昂貴的二氧化硅源被認為是就重金屬水平而言最純凈、且通常無需經過降低可能由其造成的潛在毒性作用的任何改變的二氧化硅源。然而，由于對于降低原材料成本的需求日增和/或由于純凈二氧化硅源日趨稀有，提供降低在這些原料中或更具體而言在由其生產的中間體材料中存在的重金屬含量的某些方法越發重要。
沉淀二氧化硅基本上是通過如下方法生產的首先產生金屬硅酸鹽(例如不限于硅酸鈉)，然后將該材料與無機酸(以硫酸為例)接觸，接著沉淀由此產生的二氧化硅。可通過如下方法生產金屬硅酸鹽(例如硅酸鈣、硅酸鎂、硅鋁酸鈉和硅鋁酸鎂鈉)首先產生硅酸鈉和加入金屬類(metal species)(例如氫氧化鈣)，然后將酸類加入到反應混合物中以產生例如硅酸鈣。硅膠也可通過硅酸鈉與酸在不同條件下的反應形成。本質上而言，人們已認識到降低這些最終產物中重金屬含量的能力的問題可在生產所需金屬硅酸鹽中間體材料的工藝步驟之一中得以解決。
已就從各種廢料和土壤中去除重金屬的技術進行了許多探討，所述的重金屬中較為突出的鉛，它是主要因鉛泄漏或處理而產生的污染物。已證實這種包括各種方法的處理(通常而言，熱、生物和物理和/或化學處理)對于廢料(淤泥，sludge)和受污染的土地(土壤)相對有效；然而，現有技術中并未出現過關于在具體的硅酸鹽產品中降低重金屬水平的能力，且確實未涉及用于金屬硅酸鹽生產過程中所用的方法。這些現有技術通常需要去除土壤以除去受污染的土壤，對其進行處理，然后將它放回原處或將其置于遠離污染區。這種土壤和淤泥的凈化方法的進一步發展已涉及到用液體沖洗這些土壤和/或淤泥物質以溶解鉛，然后進行包含以下步驟的可能的復雜處理對重金屬進行固定化，沉淀不溶形式的重金屬，通過化學或生物技術(例如溶解重金屬，然后除去溶解的重金屬)降解所述含重金屬的物質，或通過將惰性物質加入到受重金屬污染的土壤或廢棄物中對重金屬進行減毒。同樣，這些方法不能解決在硅酸鹽生產過程中處理二氧化硅材料能力的問題，且如前文所暗示這些方法在所用時相當的復雜。
已表明將磷酸鹽材料作為從水性溶液中去除某些重金屬(例如鉛)的可用添加物，但不是從固體顆粒或形成這些固體顆粒的過程中去除。因此，雖然在現有技術中已揭示了用磷酸鹽無機物使鉛固定化，尚無現有揭示用于從形成的硅酸鹽或從采用含鈣的磷酸鹽的固體在高pH范圍中形成硅酸鹽材料的漿料中使鉛完全固定化的方法。
發明概述據此，本發明的優點在于提供了一種相對簡便但明顯改善了的從金屬硅酸鹽材料中去除大部分不為所需的重金屬污染物的方法。本發明的另一優點是可在金屬硅酸鹽形成工藝中直接采用容易獲得、便宜的含鈣的磷酸鹽的固體材料(具體為羥基磷灰石和磷酸二鈣)，從而顯著降低其中不為所需的重金屬污染物的含量。
據此，本發明包括一種產生金屬硅酸鹽材料的方法，所述方法包括以下步驟a)提供二氧化硅源；b)使所述二氧化硅源與苛性堿(caustic)反應以形成金屬硅酸鹽溶液；c)將選自下組的鈣的磷酸鹽材料導入所述形成的金屬硅酸鹽溶液羥基磷灰石、磷酸二鈣、磷酸三鈣或它們的任何混合物；以及d)從所述金屬硅酸鹽溶液中去除任何所得的不溶性重金屬絡合物和/或鹽。
本發明還包括生產金屬硅酸鹽材料的方法，所述方法包括以下步驟a)提供二氧化硅源；b)使所述二氧化硅源與蘇打粉反應以形成固體金屬硅酸鹽；c)將固體金屬硅酸鹽溶于水以形成金屬硅酸鹽溶液；d)將選自下組的鈣的磷酸鹽材料導入所述形成的金屬硅酸鹽溶液羥基磷灰石、磷酸二鈣、磷酸三鈣或它們的任何混合物；以及e)從所述金屬硅酸鹽溶液中去除任何所得的不溶性重金屬絡合物和/或鹽。
本發明還包括另一種生產金屬硅酸鹽材料的方法，所述方法包括以下步驟a)提供二氧化硅源；b)將所述二氧化硅源與苛性堿和水混合以形成它們的漿料；c)將選自下組的鈣的磷酸鹽材料導入所述漿液中羥基磷灰石、磷酸二鈣、磷酸三鈣或它們的任何混合物；
d)使步驟c)中的所得漿液形成金屬硅酸鹽溶液；以及e)從所述金屬硅酸鹽溶液中去除任何所得的不溶性重金屬絡合物和/或鹽。
這些方法對需要有效去除重金屬的具體反應物和具體導入步驟中的這些材料具有很好的選擇性。對于采用鈣的磷酸鹽的硅酸鹽后方法，這種添加物必需至少在引發了硅酸鹽溶液形成后導入，優選(但并不是必須)在實體金屬硅酸鹽產生之后導入。人們已認識到羥基磷灰石、磷酸三鈣和/或磷酸二鈣(雖然對于該硅酸鹽前方法而言，羥基磷灰石是優選的)能有效地與重金屬化合物(例如鉛)反應以形成不溶性的絡合物和/或鹽，然后可在例如(但不限于)針對這些不溶性物質的過濾步驟中相對容易地將其去除。同樣，對于硅酸鹽前方法，必須在二氧化硅和水的反應漿料形成過程中或之后馬上導入這種添加物。據信以這種方式優選的磷酸二鈣(對于硅酸鹽前方法)可更容易的與其中的重金屬反應，并有效地形成同樣類型的不溶性重金屬絡合物和/或鹽，這些形成的不溶性重金屬絡合物和/或鹽可通過相對較簡單的過程被去除。重要的是，已非常出乎意料地發現此類具體的反應是非常獨特的將磷酸二鈣導入已形成的金屬硅酸鹽不會使得已形成的產物中的重金屬類發生顯著的減少。同樣，需要在硅酸鹽漿液形成期間加入較高配量水平的羥基磷灰石以對最終金屬硅酸鹽產物中存在的重金屬產生任何所需的修飾。因此，如所暗示的，這些具體方法是十分出乎意料的，因為在具體工藝步驟中選擇添加物會提供所需的結果上。
發明詳述工業上，制備摩爾比約為0.5-約4的SiO2∶M2O堿金屬硅酸鹽溶液的方法有2種石英和苛性堿的熱液反應(例如采用苛性鈉，在水的存在下進行)，和用爐內法制備石英和碳酸鹽(例如碳酸鈉)反應的“水玻璃”。所述堿金屬可為鈉、鉀或鋰，優選為鈉。所用的石英為細磨砂(finely ground sand)，也稱為石英粉。
在熱液方法中，如下所述產生具有2.0-約2.70，優選2.4-2.7，更優選2.5-2.65的SiO2∶Na2O摩爾比的硅酸鈉在攪拌壓力反應器中，將化學計量量的砂、苛性堿和水加熱(例如飽和蒸汽或電加熱)到約148℃(0.34Mpa)、約216℃(2.07Mpa)，優選從170℃(0.69Mpa)-208℃(1.72Mpa)，更優選從185℃(1.03Mpa)-198℃(1.38Mpa)，加熱2-6小時，優選3-5小時。然后通過過濾(例如采用葉片式壓濾器)從形成的硅酸鈉溶液中分離未反應的砂。
在爐內法中，如下所述產生具有0.5-約4，優選2.0-3.5，更優選3.2-3.4的SiO2∶Na2O摩爾比的水玻璃在燃油或燃氣再生式平爐或電爐或等離子爐中，將化學計量量的砂和蘇打粉(Na2CO3)加熱到1100℃-約1400℃。冷卻形成的玻璃，將其粉碎并在間歇式常壓或加壓溶解器或連續常壓溶解器中溶解，優選用飽和蒸汽(作為熱介質)和水，在加壓溶解器中，于134℃(0.2Mpa)-215℃(2Mpa)，優選165℃(0.6MPa)-204℃(1.6Mpa)，更優選184℃(1Mpa)-192℃(1.2Mpa)的加工范圍內溶解水玻璃。然后用預涂過濾器過濾溶解的硅酸鹽溶液。
金屬硅酸鹽溶液中所存在的污染金屬的水平取決于用于制備金屬硅酸鹽溶液的二氧化硅(砂)源。相關的典型污染金屬是鉛(Pb)、鎘(Cd)、銅(Cu)、砷(As)和鋅(Zn)。所去除的污染金屬的量取決于其存在的初始濃度、具體鈣的磷酸鹽處理添加物和用量以及處理時間和溫度。
在金屬硅酸鹽溶液中降低金屬污染物水平的一個方法包括加入鈣的磷酸鹽(例如羥基磷灰石、磷酸二鈣和磷酸三鈣，優選羥基磷灰石)，形成以硅酸鹽重量為基準計為0.1-50％，優選0.5-10％，更優選1-5％的硅酸鹽，混合并將該漿料加熱到約50-90℃，優選60-85℃約15-300分鐘，優選30-120分鐘，更優選約30-60分鐘。然后，通過過濾、離心或振動篩選(優選通過過濾，例如采用葉片式壓濾器)從金屬硅酸鹽溶液中去除在其上固定有金屬污染物的鈣的磷酸鹽添加物。該方法用于從以任何濃度或摩爾比、用熱液反應或用溶解水玻璃制備的硅酸鈉溶液中去除重金屬。
在硅酸鹽溶液中降低金屬污染物水平的另一個方法是通過在用于制備金屬硅酸鹽的其它反應物中加入鈣的磷酸鹽進行的。例如對于制備硅酸鈉而言，在攪拌的熱液反應器中加入水和化學計量量的砂和苛性鈉。在反應器中加入鈣的磷酸鹽(例如羥基磷灰石、磷酸二鈣和磷酸三鈣，優選磷酸二鈣)，加入量以所用砂的重量為基準計約為0.1-20％，優選約0.5-10％，更優選約1-5％。將該加壓反應器加熱到約0.34-2.07MPa，優選0.69-1.72Mpa，更優選1.03-1.38MPa，加熱時間約為2-6小時，優選約3-5小時。(高溫/高壓提供了較高的硅酸鈉摩爾比)。然后，通過過濾、離心或振動篩選(優選通過過濾，例如采用葉片式壓濾器)過濾所述混合物，以除去未反應的砂和在其上固定有金屬污染物的鈣的磷酸鹽添加物。
去除污染物的硅酸鹽可用作例如符合食品、化妝品和藥學上對痕量金屬污染物水平要求的最終制劑中的成分或作為制備沉淀二氧化硅、硅膠、硅酸鈣、硅酸鎂、硅鋁酸鈉和硅鋁酸鎂鈉等的原料。
優選實施方式金屬測定方法—硅酸鹽后方法采用了Perkin Elmer Elan DRC Plus ICP/MS測定金屬濃度。通過將2克硅酸鈉與約10-12毫升氫氟酸和約5毫升硝酸在50毫升白金杯中一起加熱使硅酸鈉樣品溶解，加熱直至完全干燥以去除二氧化硅。然后加入5-7毫升HNO3和約25毫升的水，加熱溶解殘留物。將溶液定量地轉移到100毫升容量瓶中，加入去離子水定容。然后，將2.5毫升該樣品溶液和為補充運送條件(transport condition)而加入的內標用水稀釋到50毫升，并抽吸入ICP/MS。通過將樣品響應與已知濃度的金屬標準進行比較來確定所述樣品中的金屬濃度。
實施例1將濃度為32.6％、摩爾比為2.68并含有0.95ppm鉛的液體硅酸鈉與等重量的27.1％的羥基磷灰石(HO252羥基磷灰石I型購自Sigma-Aldrich，St.Louis，密蘇里州)水懸浮液在約160(71℃)下混合1小時。然后用注射器(Becton Dickinsonmodel 309585)抽取部分該硅酸鹽混合物，將該混合物推過0.45微米的注射器式濾器(VWR 28145-481)以從該硅酸鈉中分離羥基磷灰石固體顆粒。根據前述的方法對回收的過濾硅酸鈉中的Pb進行分析，發現含有0.020ppm的Pb(20ppb的Pb)，其鉛(Pb)濃度降低了約50倍。
實施例2為了測定從硅酸鈉中去除最多量的鉛所需的處理時間，間隔一定時間取出等份的經處理的硅酸鈉并分析其鉛濃度。向Teflon燒杯中加入100克硅酸鈉溶液(32.6％，2.68摩爾比，0.95ppm的鉛)和1克購自Sigma Aldrich(St.Louis，密蘇里州)的HO252羥基磷灰石懸液。用磁力攪拌子(stir bar)攪拌該混合物，并在加熱板上加熱到60℃。在第5、15、30、60、120、240分鐘時從燒杯中取樣，用注射器式濾器(0.45微米的濾器)從該硅酸鈉溶液中分離固體物質(羥基磷灰石)。然后根據前述方法對該硅酸鈉溶液中的鉛、鈣和鋁濃度進行分析。結果總結于下面的表1中。
表1

如表1所示，1％羥基磷灰石對于降低液體硅酸鹽中的痕量鉛的水平十分有效，且并不影響鈣和鋁的水平。在第一個小時中，鉛的濃度連續降低到其初始濃度的約50％，然后就不再降低。鈣和鋁水平分散在鈣平均值22ppm以及鋁平均值538ppm左右。
實施例3在本實施例中，用多種不同的磷酸鹽(多種固體羥基磷灰石、天然磷灰石、磷酸二鈣和磷酸三鈣)代替實施例1-2中所用的羥基磷灰石懸液。按照實施例2中所用的同樣處理步驟進行處理，除了各種磷酸鹽的處理水平以硅酸鈉為基準計為1％和3％。將硅酸鈉(32.6％，2.68摩爾比)和磷酸鹽在60℃下混合在一起1小時。根據前述方法分析樣品，表2中給出了初始和處理后的鉛濃度[Pb]。
表2

C93-15和C53-83MF是購自Gallard-Schlesinger Industries(Planiview，紐約)的羥基正磷酸五鈣(Ca5(PO4)3OH，本文中稱為羥基磷灰石)的級別；GFS是購自GFS Chemicals(Powell，俄亥俄)的羥基正磷酸五鈣(Ca5(PO4)3OH，本文中稱為羥基磷灰石)；天然磷灰石購自UFA Ventures(Carlsbad，NM)的衍生自魚骨的天然羥基磷灰石；DCP是購自Rhodia Corporation(Cranbury，新澤西州.)的磷酸二鈣(CaHPO4)；TCP是購自Gallard-Schlesinger Industries(Plainview，紐約)的磷酸三鈣(Ca3(PO4)2)。
合成的羥基磷灰石樣品在1％的處理水平時，將硅酸鈉中的Pb含量降低了約40％，而在3％的處理水平時使其降低了約70％，磷酸三鈣幾乎同樣有效。
實施例4在實施例4中，在加熱板上將置于Teflon燒杯中的100克摩爾比為2.65的32.6％硅酸鈉加熱到71-82℃，作為對照，然后加入1克羥基磷灰石，用于樣品檢測。在實施例4A中，通過將0.25毫克Pb、Cd和Cu分別吸量到150克摩爾比為2.65的32.6％硅酸鈉溶液中，刻意將多種金屬加料入所述硅酸鈉中以作為對照，然后加入1％羥基磷灰石進行樣品測試。用磁力攪拌子攪拌該混合物，使其反應1小時。從燒杯中取樣，用注射器式濾器(0.45微米的濾器)從硅酸鈉溶液中分離固體物質(羥基磷灰石)。
另外，制備對照，并以用于實施例4、但未加入羥基磷灰石的部分硅酸鈉的對照4進行測試。
然后根據前述方法分析硅酸鈉溶液中鉛、鎘、銅和鋅，結果總結在下面的表3中。
表3

通過所得結果證實了羥基磷灰石對于減少多種金屬污染物十分有效。實施例4A中的加料試樣表明，用1％羥基磷灰石對2.65摩爾比硅酸鈉進行的處理對于從純度較低(金屬含量較高)的硅酸鈉溶液中降低較高的金屬污染物水平也同樣十分有效。
實施例5-6在實施例5中，在加熱板上將置于Teflon燒杯中的100克摩爾比為3.2的37.5％硅酸鈉加熱到71-82℃，作為對照，然后加入1克羥基磷灰石，用于樣品檢測。在實施例6中，通過將0.25毫克Pb、As、Cd、Cu和Zn分別吸量到150克摩爾比為2.65的32.6％硅酸鈉溶液中，刻意將多種金屬加料入所述硅酸鈉中以作為對照，然后加入1％羥基磷灰石進行樣品測試。用磁力攪拌子攪拌該混合物，使其反應1小時。從燒杯中取樣，用注射器式濾器(0.45微米的濾器)從硅酸鈉溶液中分離固體物質(羥基磷灰石)。
另外，制備對照，并以用于實施例5、但未加入羥基磷灰石的部分硅酸鈉的對照5以及用于實施例6、但未加入羥基磷灰石的部分硅酸鈉的對照6進行測試。
然后根據前述方法分析硅酸鈉溶液中鉛、砷、鎘、銅和鋅，結果總結在下面的表4中。

用1％羥基磷灰石在處理3.2摩爾比的硅酸鈉，可十分有效地減少金屬污染物水平。加料試樣顯示，羥基磷灰石對于從純度較低(金屬含量較高)的硅酸鈉溶液中降低金屬濃度更為有效。
金屬測定法—硅酸鹽前方法采用了Perkin Elmer Elan DRC Plus ICP/MS測定金屬濃度。通過將2克硅酸鈉與約10-12毫升氫氟酸和約5毫升硝酸在50毫升白金杯中一起加熱使該硅酸鹽樣品溶解，加熱直至完全干燥以去除二氧化硅。然后加入5-7毫升HNO3和約25毫升的水，加熱溶解殘留物。將溶液定量地轉移到100毫升容量瓶中，加入去離子水定容。然后，將2.5毫升該樣品溶液和為補充運送條件而加入的內標用水稀釋到50毫升，并抽吸入ICP/MS。通過將樣品響應與已知濃度的金屬標準進行比較來確定所述樣品中的金屬濃度。
實施例7-10在硅酸鈉中降低鉛水平的一種方法是將磷酸二鈣(DCP)與用于制備硅酸鈉的組分加入熱液反應器中，所述組分為二氧化硅粉末和苛性鈉(NaOH)。在2升的攪拌Parr反應器中加入468克二氧化硅粉末(細磨砂)、442克50％的NaOH溶液、特定量的磷酸二鈣(對照不加入磷酸二鈣)和577克的去離子水。(所述二氧化硅粉末原料含有4.19ppm的鉛，磷酸二鈣中含有0.019ppm的鉛)。在攪拌速度設定到最大時，將反應器加熱到1.38MPa(約198℃)。當反應質量達到1.38MPa(約90分鐘)后，使反應物保持加熱4小時。在布氏漏斗上過濾所得的2.65摩爾比的硅酸鈉(2.65摩爾SiO2∶1摩爾Na2O)，去除磷酸二鈣顆粒和未反應的砂。根據前述的方法分析經過濾的硅酸鈉樣品，以確定鉛(Pb)含量。
表1

所述磷酸二鈣(DCP)購自Rhodia Corporation(Cranbury，新澤西州)。
實施例11-13在這些實施例中，如實施例1所述用砂和苛性鈉制備硅酸鈉。對于實施例11和12，在反應組分中額外地加入磷酸二鈣(DCP)，對于實施例13，加入羥基磷灰石(HA)，而對照則不含鈣的磷酸鹽。對照11樣品是未加入額外金屬(加料)的硅酸鈉對照。將2毫克鉛、鎘和銅分別加料到實施例12和對照12。加料示于表2中，將2毫升1000ppm的Pb、2毫升1000ppm的Cd和2毫升1000ppm的Cu加入到含有其它組分的反應器中。所用組分的量在表2中給出。
表2

如上產生的硅酸鈉用去離子水2∶1稀釋，即用100克去離子水稀釋200克硅酸鈉。然后用GF/B玻璃纖維濾器真空過濾該硅酸鹽，再用如前所述的金屬測定法分析痕量金屬的含量。結果總結在下面的表3中。
表3

5％處理水平的磷酸二鈣(實施例11)能使硅酸鈉溶液中的鉛濃度降低37％，鎘濃度降低57％，并使銅濃度降低約4％。5％處理水平的羥基磷灰石(實施例13)能使硅酸鈉溶液中的鉛濃度降低34％，并使銅濃度降低52％。加料試樣顯示5％處理水平的磷酸二鈣(實施例12)將高污染物水平硅酸鈉中的鎘濃度和銅濃度分別有效降低了81％和59％。
前述實施例用于說明本發明的原則以及本發明操作的具體實施方式
。這些實施例并不意味著對所述方法范圍的限制。在本發明所要求范圍內的其它實施方式和優點對于本領域熟練技術人員應當是顯而易見的。
權利要求
1.一種生產金屬硅酸鹽材料的方法，所述方法包括以下步驟a)提供二氧化硅源；b)使所述二氧化硅源與苛性堿反應以形成金屬硅酸鹽溶液；c)將選自下組的鈣的磷酸鹽材料導入所述形成的金屬硅酸鹽溶液羥基磷灰石、磷酸二鈣、磷酸三鈣或它們的任何混合物；以及d)從所述金屬硅酸鹽溶液中去除任何所得的不溶性重金屬絡合物和/或鹽。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈣的磷酸鹽材料是羥基磷灰石。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，以0.5-15重量％的量將所述鈣的磷酸鹽材料導入所述形成的金屬硅酸鹽溶液中。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，以0.5-8重量％的量將所述羥基磷灰石導入所述形成的金屬硅酸鹽溶液中。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，以約0.5-3重量％的量將所述羥基磷灰石導入所述形成的金屬硅酸鹽溶液中。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬硅酸鹽選自二氧化硅、硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鎂、硅鋁酸鈉或硅鋁酸鎂鈉。
7.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述金屬硅酸鹽選自二氧化硅、硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鎂、硅鋁酸鈉或硅鋁酸鎂鈉。
8.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述金屬硅酸鹽選自二氧化硅、硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鎂、硅鋁酸鈉或硅鋁酸鎂鈉。
9.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述金屬硅酸鹽選自二氧化硅、硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鎂、硅鋁酸鈉或硅酸鋁鎂鈉。
10.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述金屬硅酸鹽選自二氧化硅、硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鎂、硅鋁酸鈉或硅鋁酸鎂鈉。
11.一種生產金屬硅酸鹽材料的方法，所述方法包括以下步驟a)提供二氧化硅源；b)使所述二氧化硅源與蘇打粉反應以形成固體金屬硅酸鹽；c)將固體金屬硅酸鹽溶于水以形成金屬硅酸鹽溶液；d)將選自下組的鈣的磷酸鹽材料導入所述形成的金屬硅酸鹽溶液羥基磷灰石、磷酸二鈣、磷酸三鈣或它們的任何混合物；以及e)從所述金屬硅酸鹽溶液中去除任何所得的不溶性重金屬絡合物和/或鹽。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述鈣的磷酸鹽材料是羥基磷灰石。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，以約0.5-10重量％的量將所述鈣的磷酸鹽材料導入所述形成的金屬硅酸鹽溶液中。
14.如權利要求12所述的方法，其特征在于，以約0.5-5重量％的量將所述羥基磷灰石導入所述形成的金屬硅酸鹽溶液中。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，以約0.5-3重量％的量將所述羥基磷灰石導入所述形成的金屬硅酸鹽溶液中。
16.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述金屬硅酸鹽選自二氧化硅、硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鎂、硅鋁酸鈉或硅鋁酸鎂鈉。
17.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述金屬硅酸鹽選自二氧化硅、硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鎂、硅鋁酸鈉或硅鋁酸鎂鈉。
18.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述金屬硅酸鹽選自二氧化硅、硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鎂、硅鋁酸鈉或硅鋁酸鎂鈉。
19.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述金屬硅酸鹽選自二氧化硅、硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鎂、硅鋁酸鈉或硅鋁酸鎂鈉。
20.如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述金屬硅酸鹽選自二氧化硅、硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鎂、硅鋁酸鈉或硅鋁酸鎂鈉。
全文摘要
本發明提供了一種在金屬硅酸鹽的制造過程中去除鉛的方法。在有賴于采用具有高重金屬含量的低成本起始二氧化硅原料來制造金屬硅酸鹽(例如其中的一個例子為硅酸鈉)中，人們已認識到去除大量的此類重金屬對于滿足某些規定的必需條件以提供成品材料是必不可少的，這些成品材料與用更昂貴、純凈的起始二氧化硅制備的成品相比具有同樣低的重金屬污染物含量。可采用兩種通用的方法來實現去除這些污染物的目的。一種方法包括在過濾之前引入鈣的磷酸鹽材料(例如磷酸二鈣、磷酸三鈣和/或羥基磷灰石)以形成金屬硅酸鹽溶液。另一種方法需要將鈣的磷酸鹽材料(同樣為羥基磷灰石、磷酸三鈣和/或磷酸二鈣)引入二氧化硅，由此使得含有所述磷酸二鈣的腐蝕性水漿料存在于金屬硅酸鹽形成全部反應步驟的整個過程中，然后用過濾去除。在各個情況下，羥基磷灰石、磷酸三鈣或磷酸二鈣實際上是用于幫助固定其中的重金屬(例如鉛、鎘等)，從而防止從產品中釋放出大量的被認為是目標金屬硅酸鹽反應性的生物可利用性的此類重金屬。因此，隨后可將所述含重金屬的金屬硅酸鹽用于生產沉淀二氧化硅，作為一個例子的是與原始二氧化硅源相比，其具有低得多的生物可利用性重金屬水平。
文檔編號C01B33/20GK101028929SQ20061016247
公開日2007年9月5日 申請日期2006年11月15日 優先權日2005年11月17日
發明者Y·-H·黃, J·V·奧費達尼 申請人:J.M.休伯有限公司