白炭黑的製備方法

2023-05-16 03:37:51 1

白炭黑的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種白炭黑的製備方法，包括以下步驟：鈉長石分解：將鈉長石、螢石、98%的硫酸在100℃～200℃和自生壓力下反應得到含有氟化矽的氣體生成物；氣體吸收：將所述氣體生成物通到吸收塔中水解生成水解液；氨解：將所述水解液通入氨解釜，通過加入氨水的方法調節pH值，中和後陳化處理，得到混濁液；粗製白炭黑：將所述混濁液經過濾，洗滌，烘乾，得到白炭黑粗品；精製白炭黑：將所述白炭黑粗品和水混合，攪拌，使得氟化銨充分溶於水；過濾，乾燥製得純淨白炭黑。上述方法操作簡單，設備要求低，且具有節能、環保、成本低的優點。
【專利說明】白炭黑的製備方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種白炭黑的製備方法，尤其是涉及一種利用鈉長石製取白炭黑的方法。

【背景技術】
[0002]白炭黑是白色粉末狀X-射線無定形矽酸和矽酸鹽產品的總稱，主要是指沉澱二氧化矽、氣相二氧化矽和超細二氧化矽凝膠，也包括粉末狀合成矽酸鋁和矽酸鈣等。
[0003]白炭黑的傳統製備方法主要有氣相法和沉澱法兩種。
[0004]氣相法採用四氯化矽氣體在氫一氧氣流高溫下水解製得煙霧狀的二氧化矽。反應式為=SiCl4 + 2? + O2 = S12 + 4HC1 ;氣相法的優點在於易控制反應條件，產品純度高、分散度高、粒子細而形成球形，表面羥基少，因而具有優異的補強、增稠和觸變性能及粒子的納米效應，其缺點是成本偏高，實際上也正是這一點限制了它的廣泛應用，因此，目前如橡膠行業，仍在大量使用傳統的沉澱法製取白炭黑。
[0005]沉澱法，即採用可溶矽酸鹽與無機酸中和沉澱反應的方法來製取白炭黑。沉澱法製備白炭黑的生產技術、設備簡單，分散劑和原料易得，流程簡單，投資規模不大，但能耗高，對環境要求較高，產品活性不高，顆粒不易控制，親和力差，補強性能低，顆粒表面親水鍵合嚴重，削弱了產品的結合力。隨著環保意識的不斷提高，社會資源的大量損耗，提出一種節能、環保、成本低的白炭黑製備方法，愈發顯得具有重要的積極意義。


【發明內容】

[0006]本發明針對現有技術不足，提出一種新的製備白炭黑的方法。
[0007]本發明所採用的技術方案為:一種白炭黑的製備方法，包括以下步驟:
鈉長石分解:將鈉長石、螢石、98%的硫酸按照1:1.55?2.57:3.28?4.62的質量比混合，並在100°C?200°C和自生壓力下反應得到固體殘渣與含有氟化矽的氣體生成物；氣體吸收水解:將所述含有氟化矽的氣體生成物依次通到一、二級吸收塔中，水解得到含有氟矽酸的水解液；
氨解:將所述水解液通入氨解釜中，通過加入氨水的方法調節pH值；中和完畢後陳化處理，得到混濁液；
粗製白炭黑:將所述混濁液，輸送到壓濾機中過濾，得到白炭黑，洗滌後乾燥，得到白炭黑粗品；
精製白炭黑:將所述白炭黑粗品和水按照小於等於1:1的質量比加入容器中，在溫度大於等於40°C且負壓狀態下攪拌混合I小時以上，使得氟化銨充分溶於水；過濾，乾燥，製得白炭黑成品。
[0008]基於上述白炭黑的製備方法，所述鈉長石分解步驟包括:在100°C?200°C下對所述鈉長石和所述螢石預加熱15分鐘?30分鐘，除去其中的水分，得到乾燥的鈉長石和螢石原料；再將98%的硫酸加入到所述乾燥的鈉長石和螢石原料中反應2小時?5小時得到含有硫酸鈣、硫酸鈉和硫酸鋁的固體殘渣和含有氟化矽的氣體生成物。在該步驟中，所述反應溫度可以為100°c、150°c、18(rc、20(rc，優選為120°C?200°C;所述反應時間優選為2.5小時?4小時。
[0009]基於上述白炭黑的製備方法，所述氣體吸收水解步驟包括:
所述氣體生成物經除塵過濾器過濾後通到所述一級吸收塔中經所述一級吸收塔中吸收液吸收、水解後進入一級濃相收集槽中，所述一級濃相收集槽收集的濃相物輸送到氨解釜中進行氨解和陳化處理；
所述一級濃相收集槽收集的液體溢流到一級吸收循環槽，經泵打回到所述一級吸收塔中繼續吸收；
由所述一級吸收塔出來的尾氣進入所述二級吸收塔經所述二級吸收塔中吸收液吸收、繼續水解，所述二級吸收塔水解後的液體進入二級濃相吸收槽，所述二級濃相吸收槽收集的濃相物輸送到所述氨解釜中進行氨解和陳化處理；
檢測所述一級吸收循環槽、所述二級吸收循環槽中的氟矽酸溶液中的氟離子濃度達到10mol/L時，吸收液達到飽和，將所述吸收液也輸送到所述氨解釜中進行氨解和陳化處理；其中，所述一、二級吸收塔中的吸收液分別為質量濃度為10%?30%的乙醇水溶液，所述一、二級吸收塔中水解溫度分別為70°C?90°C。
[0010]基於上述白炭黑的製備方法，在所述氨解步驟中，通過加入氨水調節所述水解液的pH值為7?8。
[0011]基於上述白炭黑的製備方法，在所述氨解步驟中，所述陳化處理的時間為I小時?2小時，所述陳化處理的溫度控制在70°C?85°C。
[0012]基於上述白炭黑的製備方法，在所述精製白炭黑的步驟中，所述白炭黑粗品和所述水的質量比可以為1:1、1:2、1:3、1:4、1:5，優選地，所述白炭黑粗品和所述水的質量比為1:2?5。
[0013]基於上述白炭黑的製備方法，在所述精製白炭黑的步驟中，所述溫度可以為40°C、50°C、55°C、60°C、65°C，優選地，所述溫度為 50°C ?65°C。
[0014]基於上述白炭黑的製備方法，在所述精製白炭黑的步驟中，所述負壓為10帕?70帕，優選地，所述負壓為40帕。
[0015]基於上述白炭黑的製備方法，在所述精製白炭黑的步驟中，通過攪拌葉片進行所述攪拌混合，所述攪拌葉片的轉速為50轉/分鐘?350轉/分鐘，例如可以為50轉/分鐘、100轉/分鐘、150轉/分鐘、200轉/分鐘、250轉/分鐘、300轉/分鐘、350轉/分鐘，優選地，所述攪拌葉片的轉速為150轉/分鐘?350轉/分鐘。
[0016]基於上述白炭黑的製備方法，在所述精製白炭黑的步驟中，所述攪拌時間可以為I小時、1.5小時、2.0小時、2.5小時、3.0小時、3.5小時，優選地，所述攪拌時間為2.0小時?3.5小時。
[0017]與現有技術相比，本發明利用鈉長石分解反應產生的含有氟化矽的氣體生成物經水解、氨解反應製取白炭黑，避免了從固相分離的繁瑣過程，降低了環境汙染；並利用白炭黑不溶於水而氟化銨溶於水的特性，將白炭黑粗品重新與水混合，過濾回收氟化銨的同時得到純度更高的白炭黑產品，上述操作簡單、成本低、環境汙染小。所述鈉長石分解工藝的反應溫度在100°c?200°C，反應條件溫和，對設備的要求比較低，提高鈉長石綜合利用度。

【具體實施方式】
[0018]下面通過【具體實施方式】，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0019]實施例1
本實施例提供一種白炭黑的製備方法，包括以下步驟:
鈉長石分解:先將鈉長石和螢石在100°C下預加熱30分鐘,再加入98%的硫酸使三者在100°C和自生壓力下反應5小時，得到含有硫酸鈣、硫酸鈉和硫酸鋁的固體殘渣與含有氟化矽的氣體生成物，其中，鈉長石、螢石、98%的硫酸的質量比為1:1.55:3.28，反應原理為:
CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4,
2NaAlSi308 + 24HF + 4H2S04 = Na2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4 ? + 16Η20 ；
氣體吸收水解:將所述氣體生成物經除塵過濾器過濾後，通入一級吸收塔中經所述一級吸收塔中的吸收液吸收、水解後進入一級濃相收集槽中，所述一級濃相收集槽收集的濃相物輸送到氨解釜中進行氨解和陳化處理，其中，水解反應原理為:3SiF4 + 2H20 = 2H2SiF6+ S12丨；所述一級濃相收集槽收集的液體溢流到一級吸收循環槽，經泵打回到所述一級吸收塔中繼續吸收；由所述一級吸收塔出來的尾氣進入二級吸收塔經所述二級吸收塔中的吸收液吸收、繼續水解，所述二級吸收塔水解後的液體進入二級濃相吸收槽，所述二級濃相吸收槽收集的濃相物輸送到所述氨解釜中進行氨解和陳化處理；所述二級濃相收集槽收集的液體溢流到二級吸收循環槽，經泵打回到所述二級吸收塔中繼續吸收；檢測所述一級吸收循環槽、所述二級吸收循環槽中的氟矽酸溶液中的氟離子濃度達到lOmol/L時，吸收液達到飽和，將所述吸收液也輸送到所述氨解釜中進行氨解和陳化處理，其中，所述一、二級吸收塔中的吸收液分別為質量濃度為20%的乙醇水溶液，所述一、二級吸收塔中水解溫度分別為75 °C ；
氨解:將所述水解液通入氨解釜，通過加入氨水的方法調節pH值,使pH = 7.2 ;中和完畢後，在80°C條件下陳化1.5小時，得到混濁液；反應原理為=H2SiF6 + 6NH3 + 2H20 = 6NH4F+ S12 I ；
粗製白炭黑:將所述混濁液，輸送到壓濾機中過濾，得到白炭黑，洗滌後乾燥，得到白炭黑粗品；
精製白炭黑:將白炭黑粗品和水按照1:1的質量比加入各器中，在40 C和10帕負壓條件下，旋轉葉片以350轉/分鐘的轉速旋轉攪拌所述白炭黑與水的混合液，旋轉攪拌I小時，使得氟化銨充分溶於水；過濾，乾燥製得純淨白炭黑。
[0020]實施例2
本實施例提供一種白炭黑的製備方法，包括以下步驟:
鈉長石分解:本實施例該步驟的【具體實施方式】同實施例1中鈉長石分解的【具體實施方式】基本相同，區別在於:所述預熱溫度為150°C，所述預熱時間為20分鐘；所述反應溫度為150°C，反應時間為3.5小時；其中，鈉長石、螢石、98%的硫酸的質量比為1:2:4 ;
氣體吸收水解:本實施例該步驟的【具體實施方式】同實施例1中氣體吸收的【具體實施方式】基本相同，區別在於:所述一、二級吸收塔中水解溫度分別為80°C ；
氨解:本實施例該步驟的【具體實施方式】同實施例1中氨解的【具體實施方式】基本相同，區別在於:所述水解液用氨水調節PH = 7.4，陳化時間為2小時，陳化溫度控制在85°C ；粗製白炭黑:本實施例該步驟的【具體實施方式】同實施例1中製備白炭黑的【具體實施方式】相同；
精製白炭黑:本實施例該步驟的【具體實施方式】同實施例1中白炭黑中氟化銨的去除的【具體實施方式】基本相同，區別在於:白炭黑粗品和水的質量比為1:3，溫度為50°C，負壓為40帕，轉速為150轉/分鐘，攪拌時間為2.0小時。
[0021]實施例3
本實施例提供一種白炭黑的製備方法，包括以下步驟:
鈉長石分解:本實施例該步驟的【具體實施方式】同實施例1中鈉長石分解的【具體實施方式】基本相同，區別在於:預加熱的溫度為200°C，預加熱的時間為15分鐘；反應的溫度為200°C，反應的時間為2小時；
氣體吸收水解:本實施例該步驟的【具體實施方式】同實施例1中氣體吸收的【具體實施方式】基本相同，區別在於:所述一、二級吸收塔中溫度分別為85°C ；
氨解:本實施例該步驟的【具體實施方式】同實施例1中氨解的【具體實施方式】基本相同，區別在於:所述水解液用氨水調PH = 7.7，陳化時間為I小時，陳化溫度控制在75°C ；
粗製白炭黑:本實施例該步驟的【具體實施方式】同實施例1中製備白炭黑的【具體實施方式】相同；
精製白炭黑:本實施例該步驟的【具體實施方式】同實施例1中白炭黑中氟化銨的去除的【具體實施方式】基本相同，區別在於:白炭黑粗品和水的質量比為1:5，溫度為65°C，負壓為70帕，轉速為50轉/分鐘，攪拌時間為3.5小時。
[0022]最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍當中。
【權利要求】
1.一種白炭黑的製備方法，包括以下步驟: 鈉長石分解:將鈉長石、螢石、98%的硫酸按照1:1.55?2.57:3.28?4.62的質量比混合，並在100°C?200°C和自生壓力下反應得到固體殘渣與含有氟化矽的氣體生成物； 氣體吸收水解:將所述含有氟化矽的氣體生成物依次通到一、二級吸收塔中，水解得到含有氟矽酸的水解液； 氨解:將所述水解液通入氨解釜中，通過加入氨水的方法調節pH值；中和完畢後陳化處理，得到混濁液； 粗製白炭黑:將所述混濁液輸送到壓濾機中過濾，得到白炭黑沉澱，洗滌後乾燥，得到白炭黑粗品； 精製白炭黑:將所述白炭黑粗品和水按照小於等於1:1的質量比加入容器中，在溫度大於等於40°C且負壓狀態下攪拌混合I小時以上，使得氟化銨充分溶於水；過濾，乾燥，製得白炭黑成品。
2.根據權利要求1所述的白炭黑的製備方法，其特徵在於:所述鈉長石分解的步驟包括:在100°C?200°C下對所述鈉長石和螢石預加熱15分鐘?30分鐘，除去其中的水分，得到乾燥的鈉長石和螢石原料；將98%的硫酸加入到所述乾燥的鈉長石和螢石原料中反應2小時?5小時得到含有硫酸鈣、硫酸鈉、硫酸鋁和硫酸鐵的固體殘渣與含有氟化矽的氣體生成物。
3.根據權利要求1所述的白炭黑的製備方法，其特徵在於:所述氣體吸收水解的步驟包括: 所述氣體生成物經除塵過濾器過濾後通到所述一級吸收塔中經所述一級吸收塔中吸收液吸收、水解後進入一級濃相收集槽中，所述一級濃相收集槽收集的濃相物輸送到氨解釜中進行氨解和陳化處理； 所述一級濃相收集槽收集的液體溢流到一級吸收循環槽，經泵打回到所述一級吸收塔中繼續吸收； 由所述一級吸收塔出來的尾氣進入所述二級吸收塔經所述二級吸收塔中吸收液吸收、繼續水解，所述二級吸收塔水解後的液體進入二級濃相吸收槽，所述二級濃相吸收槽收集的濃相物輸送到所述氨解釜中進行氨解和陳化處理； 檢測所述一級吸收循環槽、所述二級吸收循環槽中的氟矽酸溶液中的氟離子濃度達到10mol/L時，吸收液達到飽和，將所述吸收液也輸送到所述氨解釜中進行氨解和陳化處理； 其中，所述一、二級吸收塔中的吸收液分別為質量濃度為10%?30%的乙醇水溶液，所述一、二級吸收塔中水解溫度分別為70°C?90°C。
4.根據權利要求1所述的白炭黑的製備方法，其特徵在於:在所述氨解步驟中，通過加入氨水調節所述水解液的pH值為7?8。
5.根據權利要求1所述的白炭黑的製備方法，其特徵在於:在所述氨解步驟中，所述陳化處理的時間為I小時?2小時，所述陳化處理的溫度控制在70°C?85°C。
6.根據權利要求1所述的白炭黑的製備方法，其特徵在於:在所述精製白炭黑的步驟中，所述白炭黑粗品和所述水的質量比為1:1?5。
7.根據權利要求1所述的白炭黑的製備方法，其特徵在於:在所述精製白炭黑的步驟中，所述溫度為40V?65°C。
8.根據權利要求1所述的白炭黑的製備方法，其特徵在於:在所述精製白炭黑的步驟中，所述負壓為10帕?70帕。
9.根據權利要求1或8所述的白炭黑的製備方法，其特徵在於:在所述精製白炭黑的步驟中，通過攪拌葉片進行所述攪拌混合，所述攪拌葉片的轉速為50轉丨分鐘?350轉丨分鐘。
10.根據權利要求9所述的白炭黑的製備方法，其特徵在於:在所述精製白炭黑的步驟中，所述攪拌時間為1.0小時?3.5小時。
【文檔編號】C01B33/12GK104445219SQ201410700622
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】付建國, 李英春, 胡安慧 申請人:嵩縣中科孵化器有限公司