專利名稱：一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法
一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法。
背景技術(shù)
白炭黑又稱水合硅酸、水合二氧化硅、輕質(zhì)二氧化硅，化學(xué)表達(dá)式一般寫成SiA ηΗ20，外觀為白色高度分散的無定形粉末或絮狀粉末。白炭黑可用于橡膠、塑料、油漆、油墨、農(nóng)藥、醫(yī)藥、食品、飼料、造紙等行業(yè)，其最大用途是作橡膠的補(bǔ)強(qiáng)填料，用量占其總產(chǎn)量的75%以上。表征白炭黑性能的最重要的兩個(gè)指標(biāo)是比表面積和DBP吸收值，隨其制造方法不同會(huì)有一定的差異。
氟硅酸作為磷化工生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物，現(xiàn)有技術(shù)主要用于生產(chǎn)氟硅酸鈉，而氟硅酸鈉用途較為單一，其生產(chǎn)與銷售受到限制，經(jīng)濟(jì)效益差，還在一定程度上浪費(fèi)了有限的氟、硅資源。為此，圍繞氟硅酸的綜合利用，進(jìn)行了許多研究，如中國專利200710066504. 3公開了 “一種對磷化工副產(chǎn)物氟硅酸綜合利用的方法”，氟硅酸加入帶強(qiáng)攪拌快散熱的容器中，攪拌下滴加氨水，或通入氣氨，經(jīng)過濾、洗滌、干燥制得白炭黑，該方法滴加氨水會(huì)隨氨水一起帶入系統(tǒng)的大量水，通入氣氨則會(huì)因氣氨濃度高反應(yīng)太快導(dǎo)致產(chǎn)品吸油值低。中國專利200710065876. 4公開了 “一種氟硅酸氨化制高補(bǔ)強(qiáng)性白炭黑的方法”，以氟硅酸和氨化劑(氨水或碳酸氫銨)為原料進(jìn)行分步氨化反應(yīng)，陳化、 過濾、洗滌、干燥制得白炭黑。該方法使用氨水進(jìn)行氨化反應(yīng)，隨氨水一起帶入系統(tǒng)的大量水，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化會(huì)存在很多問題。200810239646. X公開了 “一種以氟硅酸為原料制備高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑的規(guī)?；a(chǎn)方法”，201010183204. 5公開了 “一種氟硅酸氨化連續(xù)制取白炭黑和氟化銨的方法”，這兩種方法一、二次沉淀反應(yīng)同200710065876. 4 一樣使用氨水，存在和 200710065876. 4 一樣的問題。
上述與氟硅酸氨化制白炭黑有關(guān)的專利，其氨化劑基本都用到氨水。用氨水進(jìn)行氨化反應(yīng)，帶入系統(tǒng)大量水，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化會(huì)帶來系統(tǒng)水不平衡、后續(xù)加工所需能耗較高等很多問題，這與國家倡導(dǎo)“節(jié)能降耗、低碳環(huán)?！钡睦砟畈幌喾Ｔ僬?，上述專利都是實(shí)驗(yàn)室專利，是否工業(yè)化未見報(bào)道，工業(yè)化能否生產(chǎn)出高吸油值、高比表面積的高補(bǔ)強(qiáng)性白炭黑還是未知數(shù)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)而提供的一種工藝簡單、設(shè)備少、操作簡便、能耗低、生產(chǎn)成本低、氨化效果好且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法。
本發(fā)明的一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，包括下述步驟(1) 一步氨化帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應(yīng)釜中按其容量加入質(zhì)量濃度為 12 30%的氟硅酸溶液，通入壓力為0. 03 0. 08Mpa、氨體積濃度為30 80%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應(yīng)溫度在20 80°C，攪拌速率在30 60rpm，反應(yīng)至PH值為 4.0 6.0，得一步氨化液；(2)二步氨化所得一步氨化液進(jìn)入帶攪拌器及冷卻裝置的二步氨化反應(yīng)釜，通入壓力為0. 03 0. 08Mpa、氨體積濃度為30% 80%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應(yīng)溫度在30 70°C，攪拌速率在20 60rpm，反應(yīng)至PH值為8. 5 9. 8，得白炭黑料漿；(3)陳化將白炭黑料漿送入陳化槽陳化1 3小時(shí)；(4)過濾將得到的陳化液送去壓濾機(jī)過濾，過濾得白炭黑濾餅和氟化銨溶液；(5)洗滌將過濾得到的白炭黑濾餅進(jìn)行五次逆流洗滌，一洗液和氟化銨濾液合并送入氟化銨母液貯槽，第二至五次的洗液分別進(jìn)入相應(yīng)的貯槽中，用于下一次的第一至四次洗滌，第五次洗滌用清水；(6)干燥經(jīng)五次洗滌得到的白炭黑濾餅送入干燥工段，通過離心噴霧干燥得到白炭黑女口廣 PFt ο
上述的一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，其中一、二步氨化采用連續(xù)進(jìn)料方法為向帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應(yīng)釜連續(xù)進(jìn)質(zhì)量濃度為12 30%的氟硅酸溶液，向帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應(yīng)釜、二步氨化反應(yīng)釜連續(xù)進(jìn)壓力為0. 03 0. 08Mpa、氨體積濃度為30 80%的氣氨與壓縮空氣的混合氣，控制一、二步氨化反應(yīng)溫度在20 80°C，攪拌速率分別為30 60rpm、20 60rpm ；在一步氨化反應(yīng)釜里反應(yīng)至物料 PH值為4. 0 6. 0時(shí)引入二步氨化反應(yīng)釜，二步氨化反應(yīng)釜的物料反應(yīng)至PH值為8. 5 9. 8時(shí)，得白炭黑料漿。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有明顯的有益效果，從以上技術(shù)方案可知本發(fā)明關(guān)鍵是將壓縮空氣與氣氨混合稀釋后作為氨化劑，來改進(jìn)氟硅酸氨化反應(yīng)，提高白炭黑產(chǎn)品的 DBP吸收值和比表面積，本發(fā)明得到的白炭黑產(chǎn)品，其DBP吸收值為2. (Γ3. 5cm3/g,比表面積為120l80m2/g。其原料氟硅酸的質(zhì)量濃度為12 30%，經(jīng)過濾洗滌得到的氟化銨母液的質(zhì)量濃度為17 42%，該氟化銨母液經(jīng)真空濃縮、冷卻結(jié)晶、離心過濾制得氟化銨產(chǎn)品， 也可加工成多種含氟化合物，如氟化氫銨、氟化鈉、氟化鉀、氟化鋁、冰晶石、氫氟酸、無水氟化氫等。
由于利用氟硅酸和氣氨與壓縮空氣的混合氣為原料制備生產(chǎn)白炭黑的過程中，未帶入大量水進(jìn)系統(tǒng)，得到了高濃度的氟化銨母液，這對于氟化銨母液的后續(xù)加工是非常有利的，可有效降低氟化銨母液后續(xù)加工所需能耗，符合國家倡導(dǎo)的“節(jié)能降耗、低碳環(huán)?！钡睦砟?。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，包括下述步驟(1)一步氨化帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應(yīng)釜中加入20m3質(zhì)量濃度為12%的氟硅酸溶液，連續(xù)通入壓力為0. 03Mpa、氨體積濃度為30%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應(yīng)溫度在20 60°C，攪拌速率在50rpm，反應(yīng)至PH值為4. 0，得一步氨化液；(2)二步氨化所得的一步氨化液進(jìn)入帶攪拌器及冷卻裝置的二步氨化反應(yīng)釜，連續(xù)通入壓力為0. 03Mpa、氨體積濃度為30%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應(yīng)溫度在 30 60°C，攪拌速率在40rpm，反應(yīng)至PH值為9. 0，得白炭黑料漿；(3)陳化將白炭黑料漿送入陳化槽陳化3小時(shí)；(4)過濾將得到的陳化液送去壓濾機(jī)過濾，過濾得白炭黑濾餅和氟化銨溶液；(5)洗滌將過濾得到的白炭黑濾餅進(jìn)行五次逆流洗滌，一洗液和氟化銨濾液合并得質(zhì)量濃度為17%的氟化銨母液，送入氟化銨母液貯槽，第二至五次的洗液分別進(jìn)入相應(yīng)的貯槽中，用于下一次的第一至四次洗滌，第五次洗滌用清水；(6)干燥經(jīng)五次洗滌得到的白炭黑濾餅送入干燥工段，通過離心噴霧干燥得到白炭黑產(chǎn)品，其DBP吸收值為2. 3cm7g，比表面積為180m2/g。
實(shí)施例2一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，包括下述步驟(1)一步氨化帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應(yīng)釜中加入20m3質(zhì)量濃度為18%的氟硅酸溶液，連續(xù)通入壓力為0. 05Mpa、氨體積濃度為50%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應(yīng)溫度在40 80°C，攪拌速率在30rpm，反應(yīng)至PH值為4. 5，得一步氨化液；(2)二步氨化一步氨化液進(jìn)入帶攪拌器及冷卻裝置的二步氨化反應(yīng)釜，連續(xù)通入壓力為0. 05Mpa、氨體積濃度為50%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應(yīng)溫度在40 65°C，攪拌速率在20rpm，反應(yīng)至PH值為8. 5，得白炭黑料漿；(3)陳化將白炭黑料漿送入陳化槽陳化2小時(shí)；(4)過濾將得到的陳化液送去壓濾機(jī)過濾，過濾得白炭黑濾餅和氟化銨溶液；(5)洗滌將過濾得到的白炭黑濾餅進(jìn)行五次逆流洗滌，一洗液和氟化銨濾液合并得質(zhì)量濃度為26 %的氟化銨母液，送入氟化銨母液貯槽，第二至五次的洗液分別進(jìn)入相應(yīng)的貯槽中，用于下一次的第一至四次洗滌，第五次洗滌用清水；(6)干燥經(jīng)五次洗滌得到的白炭黑濾餅送入干燥工段，通過離心噴霧干燥得到白炭黑產(chǎn)品，其DBP吸收值為2. 8cm7g，比表面積為200m2/g。
實(shí)施例3一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，包括下述步驟(1)一、二步氨化連續(xù)進(jìn)料向帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應(yīng)釜連續(xù)進(jìn)質(zhì)量濃度為30%的氟硅酸溶液，向帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應(yīng)釜、二步氨化反應(yīng)釜連續(xù)進(jìn)壓力為0. 08Mpa、氨體積濃度為80%的氣氨與壓縮空氣的混合氣，控制一、二步氨化反應(yīng)溫度在50 70°C，攪拌速率分別為60rpm、60rpm ；在一步氨化反應(yīng)釜里反應(yīng)至物料PH值為 6. 0時(shí)引入二步氨化反應(yīng)釜，二步氨化反應(yīng)釜的物料反應(yīng)至PH值為9. 8時(shí)，得白炭黑料漿；(2)陳化經(jīng)一、二步氨化連續(xù)進(jìn)料反應(yīng)得到的PH值為9.8的白炭黑料漿送入陳化槽陳化1小時(shí)；(3)過濾將得到的陳化液送去壓濾機(jī)過濾，過濾得白炭黑濾餅和氟化銨溶液；(4)洗滌將過濾得到的白炭黑濾餅進(jìn)行五次逆流洗滌，一洗液和氟化銨濾液合并得質(zhì)量濃度為42%的氟化銨母液，送入氟化銨母液貯槽，第二至五次的洗液分別進(jìn)入相應(yīng)的貯槽中，用于下一次的第一至四次洗滌，第五次洗滌用清水；(5)干燥經(jīng)五次洗滌得到的白炭黑濾餅送入干燥工段，通過離心噴霧干燥得到白炭黑產(chǎn)品，其DBP吸收值為3. 3cm7g，比表面積為250m2/g。
本發(fā)明所述并不限于具體實(shí)施方式
中所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出其它的實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，包括下述步驟(1)一步氨化帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應(yīng)釜中按其容量加入質(zhì)量濃度為 12 30%的氟硅酸溶液，通入壓力為0. 03 0. 08Mpa、氨體積濃度為30 80%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應(yīng)溫度在20 80°C，攪拌速率在30 60rpm，反應(yīng)至PH值為 4.0 6.0，得一步氨化液；(2)二步氨化所得一步氨化液進(jìn)入帶攪拌器及冷卻裝置的二步氨化反應(yīng)釜，通入壓力為0. 03 0. 08Mpa、氨體積濃度為30% 80%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應(yīng)溫度在30 70°C，攪拌速率在20 60rpm，反應(yīng)至PH值為8. 5 9. 8，得白炭黑料漿；(3)陳化將白炭黑料漿送入陳化槽陳化1 3小時(shí)；(4)過濾將得到的陳化液送去壓濾機(jī)過濾，過濾得白炭黑濾餅和氟化銨溶液；(5)洗滌將過濾得到的白炭黑濾餅進(jìn)行五次逆流洗滌，一洗液和氟化銨濾液合并送入氟化銨母液貯槽，第二至五次的洗液分別進(jìn)入相應(yīng)的貯槽中，用于下一次的第一至四次洗滌，第五次洗滌用清水；(6)干燥經(jīng)五次洗滌得到的白炭黑濾餅送入干燥工段，通過離心噴霧干燥得到白炭黑女口廣 PFt ο
2.如權(quán)利要求1所述的一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，其中一、二步氨化采用連續(xù)進(jìn)料方法為向帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應(yīng)釜連續(xù)進(jìn)質(zhì)量濃度為12 30% 的氟硅酸溶液，向帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應(yīng)釜、二步氨化反應(yīng)釜連續(xù)進(jìn)壓力為 0. 03 0. 08Mpa、氨體積濃度為30 80%的氣氨與壓縮空氣的混合氣，控制一、二步氨化反應(yīng)溫度在20 80°C，攪拌速率分別為30 60rpm、20 60rpm ；在一步氨化反應(yīng)釜里反應(yīng)至物料PH值為4.0 6.0時(shí)引入二步氨化反應(yīng)釜，二步氨化反應(yīng)釜的物料反應(yīng)至PH值為 8. 5 9. 8時(shí)，得白炭黑料漿。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，包括帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應(yīng)釜中按其容量加入質(zhì)量濃度為12～30％的氟硅酸溶液，通入壓力為0.03～0.08MPa、氨體積濃度為30～80%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應(yīng)溫度在20～80℃，攪拌速率在30～60rpm，反應(yīng)至pH值為4.0～6.0，得一步氨化液；然后進(jìn)入帶攪拌器及冷卻裝置的二步氨化反應(yīng)釜，通入壓力為0.03～0.08MPa、氨體積濃度為30%～80%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應(yīng)溫度在30～70℃，攪拌速率在20～60rpm，反應(yīng)至pH值為8.5～9.8，得白炭黑料漿；經(jīng)陳化、過濾、洗滌、干燥得到白炭黑產(chǎn)品。本發(fā)明工藝簡單、設(shè)備少、操作簡便、能耗低、生產(chǎn)成本低、氨化效果好且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B33/12GK102491342SQ201110358118
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者劉松林, 張啟云, 湯仁恒, 駱吉林 申請人:貴州甕福藍(lán)天氟化工股份有限公司