一種用硫酸鈉法生產輕質二氧化矽和亞硫酸鈉的工藝的製作方法

2023-10-09 23:04:14 5

專利名稱：一種用硫酸鈉法生產輕質二氧化矽和亞硫酸鈉的工藝的製作方法
一種用硫酸鈉法生產輕質二氧化矽和亞硫酸鈉的工藝 本發明涉及一種用硫酸鈉法生產輕質二氧化矽和亞硫酸鈉的工藝。
輕質二氧化矽，又稱為沉澱白炭黑或白炭墨，是橡膠的補強劑； 也用作潤滑劑、絕緣材料及塑料製品、紙張、油漆和紡織品的填充材 料、以及白色顏料。目前，生產輕質二氧化矽最常用的方法是沉澱法， 這些工藝中採用的水玻璃(矽酸鈉)是通過石英砂與純鹼(無水碳酸 鈉)反應製得的。然而，這些工藝需要消耗大量的純鹼，使得生產成 本很高。
本發明的目的在於提供一種製備沉澱輕質二氧化矽的新工藝，該 工藝降低了生產成本和環境汙染問題。 本發明包括下面的反應機理
2Na2S04+2nSi02+C—2Na20 nSi02+2S02+C02 2NaHS03+Na20 nSi02—nSi02+2Na2S03+H20 S02+Na2SO3+H2O—2NaHS03
本發明的具體實施方式
是一種用硫酸鈉法生產輕質二氧化矽和 亞硫酸鈉的工藝，其特徵在於使用硫酸鈉代替純鹼用於生產矽酸鈉。 另外，使用亞硫酸氫鈉代替硫酸用於輕質二氧化矽的沉澱。
具體地，將重量比為U8.3 147.9: 100: 4 12的石英砂、硫酸 鈉和炭的混合物加熱到1200 150(TC下反應，生成固體矽酸鈉和二 氧化硫。所述固體矽酸鈉和二氧化硫通過下列步驟生產輕質二氧化矽 和亞硫酸鈉
(1)將所述固體矽酸鈉按100: 180 488的重量比溶於水，然 後過濾，得到矽酸鈉溶液。將亞硫酸氫鈉溶液(濃度為1% 40%)
按亞硫酸氫鈉矽酸鈉為2: 1的摩爾比加入到所述矽酸鈉溶液中， 用於生產沉澱輕質二氧化矽和亞硫酸鈉溶液。反應在70 95'C條件 下進行l-4個小時，將生成的混合物過濾。
(2) 將二氧化硫於20 5(TC下加入到步驟(1)結束時產生的濾 液的一部分中進行反應，生成亞硫酸氫鈉，該亞硫酸氫鈉可以在步驟
(1)中被重複利用；
(3) 將步驟(1)結束時得到的濾餅進行酸化至pH3.5-6.0、然 後過濾、洗滌和乾燥，得到輕質二氧化矽；
(4) 將步驟(1)結束時產生的濾液的另一部分濃縮並乾燥，該 部分濾液在歩驟(2)中未被使用，獲得固體亞硫酸鈉，該亞硫酸鈉 在化工和造紙工業中是非常有價值的原材料。
在本發明的優選實施方式中，用硫酸鈉製備矽酸鈉中使用絕熱馬 蹄焰窯爐。本發明的工藝可以用於非連續或連續生產工藝中。優選水 玻璃的連續生產或全部工藝的連續生產。
較之已有的技術，本發明具有如下優點
(I) 不使用氫氧化鈉或純鹼，也就是說，生產成本低，這是由 於所使用的硫酸鈉比純鹼便宜；
(II) 輕質二氧化矽沉澱中不使用硫酸或者鹽酸，並且在濾餅酸 化時僅需要很少量的酸，也就是說，生產成本低；
(III) 副產物亞硫酸鈉在化工工業的不同應用中是有價值的材 料，因此可以商業化應用。
(IV) 沒有廢物排放。
以下實施例用於闡述和解釋本發明，而不是對本發明範圍的限制 或約束。
實施例
將石英砂、硫酸鈉和炭(已粉碎)按照100: 81.4: 6.5的重量比 混合。所述的混合物被連續裝填到絕熱馬蹄焰窯爐中，並被加熱到
1420°C 1450°C。將生成的固體矽酸鈉溶於水，並過濾，得到3.5M、 29Be，的矽酸鈉(水玻璃)溶液。
在6L的反應釜中裝填入0.043L的所述矽酸鈉(水玻璃)溶液和 1.875L的水，加熱至85匸。在90分鐘時間內，同時計量加入0.706L 的所述矽酸鈉溶液和2.273L的8.25%亞硫酸氫鈉溶液。將反應產物 過濾，並且回收含有亞硫酸鈉溶液的濾液。
為了得到所需的沉澱輕質二氧化矽，將濾餅的pH值用酸調整到 4.5。經過過濾、洗滌和乾燥，製得輕質二氧化矽209.5g，其BET為 172m2/g。
為了重複利用濾液，將在矽酸鈉生產過程中得到的二氧化硫 (5%)通入到一半濾液中，製得亞硫酸氫鈉(8.25%溶液)，該溶液 被循環用於生產輕質二氧化矽。
將另一半濾液乾燥，製得112.37g固體亞硫酸鈉，該亞硫酸鈉可 以商業化應用。
本發明的工藝由於步驟簡單、生產成本低，因此具有很大的工業 應用價值。
權利要求
1、一種用硫酸鈉法生產輕質二氧化矽和亞硫酸鈉的工藝，其特徵在於-將石英砂、硫酸鈉和炭按118.3～147.9∶100∶4～12的重量比混合後加入窯爐內，加熱至1200～1500℃反應，生成固體矽酸鈉和二氧化硫；-所述固體矽酸鈉和二氧化硫通過下列步驟生成輕質二氧化矽和亞硫酸鈉(1)將所述固體矽酸鈉按100∶180～488的重量比溶於水，然後過濾製得矽酸鈉溶液；將濃度為1～40％的亞硫酸氫鈉溶液按亞硫酸氫鈉∶矽酸鈉為2∶1的摩爾比加入到所述矽酸鈉溶液中，混合物於70～95℃下反應1～4h，製得沉澱輕質二氧化矽和亞硫酸鈉溶液，將生成的混合物過濾；(2)將步驟(1)結束時產生的濾液的一部分與矽酸鈉生產中生成的二氧化硫接觸，在20～50℃下反應，生成亞硫酸氫鈉，生成的亞硫酸氫鈉被重新用於步驟(1)的反應；(3)將步驟(1)結束時得到的濾餅的pH值調節到3.5～6.0，再經過過濾、洗滌和乾燥，製得輕質二氧化矽；以及(4)將步驟(1)結束時產生的濾液的另一部分濃縮並乾燥製得亞硫酸鈉。
2、 根據權利要求1所述的生產輕質二氧化矽和亞硫酸鈉的工藝， 其特徵在於所述的窯爐為絕熱馬蹄焰窯爐。
全文摘要
本發明提供了一種用硫酸鈉法生產輕質二氧化矽和亞硫酸鈉的工藝，其中，石英砂、硫酸鈉和炭的混合物反應生成固體矽酸鈉和二氧化硫，生成的固體矽酸鈉和二氧化硫通過下列步驟生產輕質二氧化矽和亞硫酸鈉(1)將所述固體矽酸鈉溶於水，然後過濾，得到矽酸鈉溶液，在所述矽酸鈉溶液中加入亞硫酸氫鈉生成沉澱輕質二氧化矽以及亞硫酸鈉溶液，將生成的混合物過濾；(2)將步驟(1)結束時產生的濾液的一部分與所述二氧化硫接觸反應，且生成的亞硫酸氫鈉產品循環到步驟(1)中重複利用；(3)將步驟(1)結束時得到的濾餅進行酸化、過濾、洗滌和乾燥，得到輕質二氧化矽；以及(4)將步驟(1)結束時產生的濾液的另一部分濾液濃縮並乾燥，獲得固體亞硫酸鈉。本發明的工藝由於步驟簡單、利用副產物以及生產成本低，從而具有很大的工業應用價值。
文檔編號C01B33/193GK101184694SQ200680019149
公開日2008年5月21日 申請日期2006年6月6日 優先權日2005年6月8日
發明者盧元健 申請人:德固賽嘉聯白炭黑(南平)有限公司