一種高純白炭黑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用金屬硅渣制備高純白炭黑的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 沉淀白炭黑(化學(xué)式Si02 ?nH20)，又稱沉淀水合二氧化硅，是一種硅酸鹽系列補(bǔ)強(qiáng) 材料，主要應(yīng)用于橡膠工業(yè)。此外，也用于日化、飼料、涂料、農(nóng)藥、塑料、造紙等行業(yè)。隨著 高速公路的快速發(fā)展，沉淀白炭黑也為子午線輪胎提供了廣闊的市場(chǎng)。
[0003] 國(guó)內(nèi)外沉淀白炭黑生產(chǎn)技術(shù)，按原料來(lái)源區(qū)分有硫酸法、鹽酸法、磷酸法、碳化法 和礦物法。但大部分采用硫酸法（因濃鹽酸價(jià)格相對(duì)較高，生產(chǎn)消耗指標(biāo)大，生產(chǎn)成本高)。 按生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，又分為一步法和二步法(晶種法)，一步法又分為低濃度法和高濃度法。
[0004] 目前，國(guó)內(nèi)大部分白炭黑生產(chǎn)企業(yè)均采用高濃度法生產(chǎn)技術(shù)。其工藝過(guò)程為：在反 應(yīng)釜中加入一定量的水，攪拌下直接通蒸汽升溫到一定溫度（約75°C)時(shí)，同時(shí)加入調(diào)配好 的水玻璃和硫酸。控制硫酸、水玻璃的流量，以便控制pH值在規(guī)定的范圍(約10)。待計(jì)量 好的水玻璃加完之后，升溫至85°C，繼續(xù)向反應(yīng)釜同時(shí)加入調(diào)配好的水玻璃和硫酸?？刂?硫酸、水玻璃的流量，調(diào)節(jié)pH值到4. 0±0. 5。通蒸汽升溫至90°C，熟化20分鐘，放料入冷 卻槽。經(jīng)壓濾機(jī)過(guò)濾、洗滌。濾餅漿化后，經(jīng)噴霧干燥機(jī)干燥，計(jì)量包裝即獲成品。反應(yīng)式 為：
其存在的不足是： (1)反應(yīng)后過(guò)濾得到的白炭黑濾餅中含有大量的硫酸鹽，需要消耗大量的工藝洗滌水 進(jìn)行濾餅洗滌，才能得到合格的白炭黑產(chǎn)品。因此單位產(chǎn)品水耗高，生產(chǎn)成本上升。
[0005] (2)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的硫酸鹽水溶液，很多企業(yè)未經(jīng)嚴(yán)格處理即排放，環(huán)境污 染嚴(yán)重。
[0006] (3)原料水玻璃含有較多的雜質(zhì)，產(chǎn)品純度受影響，在需要高純白炭黑領(lǐng)域的應(yīng)用 受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的就在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備高純白炭黑的方 法，其產(chǎn)品質(zhì)量好，純度高，生產(chǎn)成本相對(duì)低廉。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的： 一種高純白炭黑的制備方法，其特征在于：以金屬硅渣為原料，液堿做催化劑，將金屬 硅渣與水和液堿混合制備得到聚合硅酸，聚合硅酸再水解團(tuán)聚制得白炭黑；所述金屬硅渣 為生產(chǎn)金屬娃的廢料。金屬娃是用碳在高溫下還原娃石(二氧化娃）而制成的單質(zhì)娃，因此 金屬硅生產(chǎn)的廢料硅渣為單質(zhì)硅渣，固體雜質(zhì)含量很少。
[0009] 反應(yīng)原理方程式為：
具體操作包括以下步驟： (1) 制備聚合硅酸：將金屬硅渣與水、液堿混合，所述液堿中NaOH的含量為50%，質(zhì)量比 為金屬硅渣：水：液堿=1 : 3. 6 : 0. 1，加熱至95°C，恒溫6~7小時(shí)后過(guò)濾得濾液； (2) 制備白炭黑：將步驟（1)制得的濾液與水按照體積比：濾液：水=4 : 1混合加熱至 75°C，保持恒溫向其中加入絮凝劑，絮凝劑的加入量為制得的高純白炭黑產(chǎn)品質(zhì)量的0. 5%， 反應(yīng)30-60分鐘后將漿料過(guò)濾得白炭黑濾餅，濾餅經(jīng)制漿、噴霧干燥后即得高純白炭黑產(chǎn) 品。
[0010] 優(yōu)選的是，上述步驟（1)制備聚合硅酸步驟前還包括硅渣活化步驟，具體為：將金 屬硅渣破碎至粒徑為45~75 ym后與3倍金屬硅渣體積的水混合，加熱至70°C后恒溫30 分鐘，過(guò)濾得活化金屬硅渣，再將該活化金屬硅渣用于聚合硅酸制備步驟。硅渣活化步驟可 以純化硅渣，提高硅渣表面活性，使脫硅速度和深度都得到提高。
[0011] 進(jìn)一步的是，上述步驟（2)制備白炭黑步驟中還包括除雜處理，具體操作為：按照 體積比：濾液：水=4 : 1準(zhǔn)備好濾液和水，先將全部的水和一半體積的濾液混合，加熱至 75°C，保持75°C恒溫向其中加入絮凝劑，絮凝劑的加入量為制得的高純白炭黑產(chǎn)品質(zhì)量的 0. 5%，反應(yīng)30分鐘后將漿料加熱至90°C恒溫，以流速0. 252m3/h向其中緩慢加入濃度為20% 的稀硫酸50分鐘，硫酸加完后恒溫90°C保持15分鐘然后升溫至95°C恒溫，向其中加入剩 下的另一半體積的濾液，然后以流速為〇. 23m3/h再向其中緩慢加入濃度為20%的稀硫酸， 待反應(yīng)液pH值為4~5時(shí)停止加入硫酸，95°C恒溫30分鐘后，將漿料過(guò)濾得白炭黑濾餅， 濾餅經(jīng)制漿、噴霧干燥后即得高純白炭黑產(chǎn)品。該步驟可以把聚合硅酸制備步驟中的氧化 納去除，進(jìn)一步提尚白炭黑廣品的純度。
[0012] 上述步驟（2)中使用的絮凝劑為無(wú)機(jī)鈉鹽，例如氯化鈉、硫酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉 等。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： (1) 本發(fā)明以單質(zhì)金屬硅渣為原料，相較于現(xiàn)有的生產(chǎn)方法，以石英砂與純堿做成硅酸 鈉(水玻璃)，再與無(wú)機(jī)酸(硫酸或鹽酸）中和反應(yīng)制得白炭黑的方法，原料雜質(zhì)含量少，由本 發(fā)明方法制得的硅酸與現(xiàn)有水玻璃生產(chǎn)方法制得的水玻璃相比，所含雜質(zhì)明顯降低，因此 成品白炭黑的產(chǎn)品品質(zhì)和純度得到明顯提高； (2) 本發(fā)明方法是以聚合硅酸水解團(tuán)聚制得水合二氧化硅，因此反應(yīng)后過(guò)濾得到的白 炭黑濾餅中并不含大量的硫酸鹽，不需大量的工藝洗滌水對(duì)其反復(fù)洗滌去除硫酸鹽，相較 于現(xiàn)有的水玻璃生產(chǎn)方法，明顯減少了工藝水的使用量，大大降低生產(chǎn)成本；同時(shí)無(wú)機(jī)酸、 堿的使用量也較現(xiàn)有技術(shù)有明顯減少，因此降低了生產(chǎn)成本； (3) 本發(fā)明硫酸的使用量很少，因此白炭黑濾餅在過(guò)濾洗滌過(guò)程中硫酸根很容易被帶 走，可以得到高純度的白炭黑產(chǎn)品。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 為了更加清楚的理解本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及有益效果，下面結(jié)合具體實(shí)施例 對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不將本發(fā)明的保護(hù)范圍限定在以下實(shí)施例中。
[0015] 一、本發(fā)明實(shí)施例： A、聚合硅酸制備工段 (1)啟動(dòng)帶夾套的硅渣活化罐攪拌電機(jī)，將粒徑在45~ 75 ym ( 200~300目）左右的 廢硅渣（Si含量80%)稱量2000Kg，放入夾套活化罐，再往罐內(nèi)放入6立方工藝水，往夾套內(nèi) 通入蒸汽加熱活化罐內(nèi)物質(zhì)，當(dāng)罐內(nèi)溫度達(dá)到70°C時(shí)，恒溫30分鐘。
[0016] (2 )啟動(dòng)渣漿栗，將活化罐內(nèi)物料輸送至壓濾機(jī)進(jìn)行固液過(guò)濾分離。濾液送至濾液 池用作下次金屬硅渣活化的工藝水。活化后的金屬硅渣儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?br>[0017] (3)啟動(dòng)硅酸反應(yīng)器攪拌電機(jī)，向反應(yīng)器內(nèi)加入工藝水6m3。打開(kāi)液堿高位槽放料 閥，將配制好的液堿（NaOH含量50%) 0. 139m3加入到反應(yīng)器內(nèi)。向硅酸反應(yīng)器夾套通入低 壓蒸汽進(jìn)行加熱，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度升至80°C時(shí)，將在壓濾機(jī)中過(guò)濾出來(lái)的活化硅渣2000 Kg (干基)，在約45分鐘內(nèi)均勻加入硅酸反應(yīng)器內(nèi)。并繼續(xù)向夾套內(nèi)通入蒸汽升溫，當(dāng)反應(yīng)器 內(nèi)溫度達(dá)到95°C時(shí)，關(guān)小蒸汽進(jìn)汽閥恒溫反應(yīng)器內(nèi)溫度，使之保持在95°C。
[0018] (4)在此溫度下恒溫6. 5小時(shí)，關(guān)閉夾套蒸汽進(jìn)口閥，打開(kāi)反應(yīng)釜放料閥，將反應(yīng) 料液輸送至過(guò)濾機(jī)過(guò)濾，濾液輸送至硅酸儲(chǔ)罐儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?br>[0019] B、高純白炭黑制備工段 (1)啟動(dòng)娃酸輸送栗，向高純反應(yīng)爸娃酸高位槽中注入16m3濾液，并記錄好液位。<