一種由蛇紋石尾礦製備沉澱白炭黑的方法
2023-09-19 12:40:20 2
專利名稱：一種由蛇紋石尾礦製備沉澱白炭黑的方法
技術領域：
本發明涉及蛇紋石尾礦的綜合利用，尤其是對蛇紋石尾礦酸浸濾餅的綜合利用， 確切的說是一種由蛇紋石尾礦製備沉澱白炭黑的新工藝。
背景技術：
蛇紋石是I : I型三八面體層狀矽酸鹽礦物，其單元是由一層矽氧四面體和一層輕氧八面體結合而成。蛇紋石的理論化學式為3Mg02 · SiO2 · 2H20,純淨的蛇紋石含 Si0244. 1%、Mg043%，結晶水12. 9%。蛇紋石礦中常伴生有鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉻 (Cr)及少量的鉬族元素(如鉬、銠、銥等)。我國蛇紋石礦儲量超過50億噸，且分布廣、品位好，具有較高的綜合開發利用價值。蛇紋石在強酸介質中，其層狀結構可被全部破壞，鎂等可溶性成分進入溶液，矽變成了具有晶格骨架的多孔性、易反應性的活性二氧化矽，為以酸浸濾餅為原料製備沉澱白炭黑提供了良好的條件。白炭黑又稱水合二氧化矽、活性二氧化矽或沉澱二氧化矽(沉澱白炭黑)，化學式 SiO2 ·ηΗ20。它是一種白色、無毒、無定形微細粉狀的無機娃化合物,具有多孔性、高分散性、 質輕、化學穩定性好、耐高溫、不燃燒和電絕緣性好等優異性能，已廣泛應用於塑料、橡膠、 造紙、塗料、染料和油墨等諸多領域，已經成為大有前途的材料之一。近年來，由於汽車及其運輸業的高速發展、炭黑生產所用原料的漲價和節能減排的要求，使得白炭黑成為橡膠行業補強材料的佼佼者。早在2007年，我國沉澱法白炭黑的產能為80萬噸，產量為63萬噸， 已居世界第一位。2001年 2007年年均增長18.2%。據美國納馳諮詢公司所做的市場研究報告稱，世界沉澱法白炭黑的市場需求量預計將以每年4%的速度遞增，到2015年沉澱法白炭黑需求量將達到210萬噸，同期市場值將增加至25億美元。近年來，隨著我國經濟的迅猛發展，對白炭黑的需求量也日益增加。目前國內外白炭黑的生產工藝主要有兩種，一種是以滷化矽為原料的氣相法，另一種是以水玻璃等為原料的沉澱法I、氣相法氣相法製備白炭黑是由Si的氯化物如SiCl4或CH3SiCl3等在氫氣和氧氣燃燒生成的水中進行高溫(> 1000°c)水解反應，然後驟冷，經過聚集、脫酸等後處理工藝而製得。 其反應原理如下Η2+02 — H2OCH3SiCl3+H20 — CH3SiCl20H+HClCH3Si (OH) 2C1+H20 — CH3Si (OH) 3+HClCH3Si (OH) 3+H20 — CH4+Si (OH) 4
nSi (OH) 4 — nSi02+2nH20CH4+02 — H2CHCO2從以上反應歷程可知，在氧氣充足的條件下，反應過程可表示為CH3SiCl3+2H2+302 — Si02+C02+3HC1+2H20
用氣相法生產的白炭黑是高純度、小粒徑的高品質產品，一般用於精細填料。但由於其反應流程長、生產能耗大、產品價格高而使其應用受到限制。2、沉澱法沉澱法白炭黑的生產就是通過水玻璃酸化獲得疏鬆、粒細、以絮狀沉澱出來的 SiO2粉體。其反應原理如下Na2Si03+2HCl — 2NaCl+H2Si03H2SiO3+(η-1) H2O-SiO2 · ηΗ20或Na2Si03+H2S04-Na2S04+H2Si03H2SiO3+(η-1) H2O-SiO2 · ηΗ20用沉澱法製備白炭黑的生產工藝簡單、產品成本低，但產品粒徑大、活性較差、產品品質低。蛇紋石開採後，符合一定尺寸的塊礦一般用作助溶劑直接使用，而粒度較小的碎礦約佔開採總量的1/3-2/3，稱之為蛇紋石尾礦，其主要成分和塊礦一樣。關於以蛇紋石為原料製備鎂系列和矽系列產品，所報導的工藝流程中蛇紋石的酸浸分解工序常用過量的硫酸溶液(質量濃度約為40%)為酸浸劑，存在著酸浸液中殘餘游離硫酸濃度較高(約 20wt% )，需進一步處理的問題；由矽酸鈉溶液製備沉澱白炭黑工藝中，常用無機強酸(如硫酸等)為沉澱劑，存在著明顯的副產物硫酸鈉回收能耗高、價格低等問題。
發明內容
本發明旨在提供一種由蛇紋石尾礦製備沉澱白炭黑的方法，所要解決的技術問題是遴選新的沉澱劑和優化製備方法從而提高產品純度並降低環境汙染。本發明解決技術問題採用如下技術方案本發明由蛇紋石尾礦製備沉澱白炭黑的方法，包括酸浸和碳化沉矽各單元過程， 其特徵在於所述酸浸包括一次酸浸和二次酸浸過程所述一次酸浸是將蛇紋石尾礦粉碎並過200目篩得到蛇紋石尾礦粉，向蛇紋石尾礦粉中加入蛇紋石尾礦粉質量3-6倍的質量濃度為5-10 %的硫酸溶液，於60-95°C反應3-7 小時，過濾分離得到一次酸浸濾液和一次酸浸濾餅，一次酸浸濾餅洗滌並乾燥後備用；所述二次酸浸向將一次酸浸濾餅中加入一次酸浸濾餅質量4-7倍的質量濃度為 15-25%的硫酸溶液,於60_95°C反應4_6小時,過濾分離得到二次酸浸濾液和二次酸浸濾餅，二次酸浸濾餅洗滌並乾燥後備用，主要成分為活性二氧化矽；二次酸浸濾液可以返回一次酸浸過程中直接替換質量濃度為5-10%的硫酸溶液使用；所述碳化沉矽是向二次酸浸所得濾餅中加入質量濃度20%的氫氧化鈉溶液鹼浸， 液固質量比為3 1-4 I,鹼浸時間為6-8小時,過濾後得到娃酸鈉溶液,將娃酸鈉溶液稀釋至以二氧化矽計的質量分數為6-12%，然後向稀釋後的矽酸鈉溶液中通入純度> 99% 的CO2氣體，流量控制在50-100mL/min，於40-85°C下碳化反應至體系pH = 10-11時停止通氣，保溫陳化O. 5-1小時，隨後過濾，濾餅洗滌至BaCl2溶液檢測無CO/—後乾燥即得沉澱白炭黑；濾液返回沉矽反應，用於稀釋鹼浸所得的矽酸鈉溶液，循環1-2次，可自然結晶製得 Na2CO3 · IOH2O 樣品。本發明方法處理後蛇紋石尾礦中氧化鎂的總浸出率達98%，沉澱白炭黑樣品純度為 95. 00-96. 00%、宏觀粒徑為 I. 40-2. 0ym(d50)、白度為 97-99%。與已有技術相比，本發明的有益效果體現在I、在蛇紋石尾礦酸浸步驟，採用「二步循環酸浸法」，蛇紋石尾礦中鎂等可溶性成分的總浸出率達98%，所得一次酸浸濾液中游離酸的質量分數小於1.5%，可直接進行溶液中鎂等有效成分的提取；2、本發明以CO2氣體取代常用的無機強酸作為沉澱劑進行沉澱白炭黑的製備，一方面較好地解決了以硫酸作為沉澱劑在沉矽過程中易出現「凝膠」的問題；另一方面，所生成的副產物為回收價值較高的碳酸鈉；其化學反應式為Na2O · mSi02+C02+nH20 = Na2C03+mSi02 · ηΗ20,mSi02 · ηΗ20 = mSi02 · pH20+(n_p) H20。3、本發明中沉矽反應步驟所得碳酸鈉溶液經循環使用後，可自然結晶製得 Na2CO3 · IOH2O樣品，副產品回收的能耗較低。總之，本發明採用的新工藝具有原材料利用充分、環境汙染小、產品純度高和能耗低等優點，便於工業化規模生產。
具體實施例方式本發明實施例中使用的蛇紋石尾礦為江西弋陽蛇紋石尾礦，其化學組成如表I所示表I江西弋陽蛇紋石尾礦的化學組成
權利要求
1. 一種由蛇紋石尾礦製備沉澱白炭黑的方法，包括酸浸和碳化沉矽各單元過程，其特徵在於所述酸浸包括一次酸浸和二次酸浸過程所述一次酸浸是將蛇紋石尾礦粉碎並過200目篩得到蛇紋石尾礦粉，向蛇紋石尾礦粉中加入蛇紋石尾礦粉質量3-6倍的質量濃度為5-10%的硫酸溶液，於60-95°C反應3_7小時，過濾分離得到一次酸浸濾液和一次酸浸濾餅，一次酸浸濾餅洗滌並乾燥後備用；所述二次酸浸向將一次酸浸濾餅中加入一次酸浸濾餅質量4-7倍的質量濃度為 15-25%的硫酸溶液,於60-95°C反應4_6小時,過濾分離得到二次酸浸濾液和二次酸浸濾餅，二次酸浸濾餅洗滌並乾燥後備用；二次酸浸濾液可以返回一次酸浸過程中直接替換質量濃度為5-10%的硫酸溶液使用；所述碳化沉矽是向二次酸浸所得濾餅中加入質量濃度20%的氫氧化鈉溶液鹼浸，液固質量比為3 1-4 I,鹼浸時間為6-8小時,過濾後得到娃酸鈉溶液,將娃酸鈉溶液稀釋至以二氧化矽計的質量分數為6-12%，然後向稀釋後的矽酸鈉溶液中通入純度> 99%的CO2 氣體，流量控制在50-100mL/min，於40_85°C下碳化反應至體系pH = 10-11時停止通氣，保溫陳化O. 5-1小時，隨後過濾，濾餅洗滌至BaCl2溶液檢測無C032_後乾燥即得沉澱白炭黑。
全文摘要
本發明公開了一種由蛇紋石尾礦製備沉澱白炭黑的方法，是將蛇紋石尾礦通過「二次循環酸浸法」提取鎂等可溶性成分，實現酸浸濾液中游離酸的質量分數小於1.5％；二次酸浸濾餅經鹼浸得矽酸鈉溶液，採用CO2作為沉澱劑，於一定氣體流速下反應一段時間後，可製得符合相應質量標準要求的沉澱白炭黑樣品；母液經循環使用後，可自然結晶製得Na2CO3·10H2O樣品。本發明具有原材料利用充分、環境汙染小、產品純度高和能耗低等優點，便於工業化規模生產。
文檔編號C01B33/12GK102602938SQ20121001340
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月17日 優先權日2012年1月17日
發明者葉聖武, 徐玉娟, 李江鋒, 楊保俊, 楊彥, 王百年 申請人:合肥工業大學