專利名稱：循環(huán)利用含有硫酸鈉的廢水制備高比表面白炭黑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種循環(huán)利用含有硫酸鈉的廢水制備高比表面白炭黑的方法。
背景技術(shù)：
白炭黑是ー種無定形態(tài)的ニ氧化硅微孔粉體材料，屬于重要的化工產(chǎn)品。白炭黑比表面積較大，通常大于130 m2/g，具有良好的分散性、吸附性、阻燃性及絕緣性，有較好的補(bǔ)強(qiáng)、增稠作用以及良好的分散、懸浮和振動液化特性，廣泛應(yīng)用于橡膠、硅橡膠、塑料、涂料、催化劑、造紙、醫(yī)藥、食品、電子、化工等行業(yè)。硫酸鈉也是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品，在硫化鈉、泡花堿、苛性鈉、硅酸鈉等產(chǎn)品生產(chǎn)以及有色金屬冶金、電鍍、造紙、玻璃、水泥、印染、制革、合成纖維、合成洗滌劑及醫(yī)藥等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用價值，市場需求量很大。當(dāng)前，エ業(yè)生產(chǎn)中硫酸鈉的生產(chǎn)主要靠天然鹽湖中的硝泥經(jīng)過溶解、過濾、蒸發(fā)、干燥等エ藝制備，由于鹽湖的硝泥中含有大量的鈣、鎂、鉄、氯等離子，使通過該法制備的エ業(yè)硫酸鈉產(chǎn)品雜質(zhì)含量高，生產(chǎn)成本較大，技術(shù)改進(jìn)也非常復(fù)雜，制約了硫酸鈉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，積極開發(fā)硫酸鈉生產(chǎn)的新途徑是エ業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實需求。淡水是人類賴以生存和發(fā)展的另ー類寶貴的資源，我國是ー個淡水資源嚴(yán)重短缺的國家，據(jù)報道2011年我國人均淡水資源不足2000立方米，不到世界人均擁有量的四分之一。淡水資源的不足，在我國已影響到人民的基本日常生活需求，并嚴(yán)重制約了國家エ業(yè)化的進(jìn)程和發(fā)展，也是目前世界各國已經(jīng)面臨的嚴(yán)重問題。防止淡水資源的污染，開發(fā)節(jié)約和綜合利用淡水資源的技術(shù)，尤其是エ業(yè)用水的新技術(shù)也是當(dāng)務(wù)之急。白炭黑的制備方法主要有物理法和化學(xué)法兩大類。物理法由于生產(chǎn)過程中易引入雜質(zhì)，產(chǎn)品粒徑大多在數(shù)十微米以上，比表面積較小產(chǎn)品檔次不高，難以滿足現(xiàn)代エ業(yè)生產(chǎn)的需求。化學(xué)法是當(dāng)今白炭黑生產(chǎn)的主要方法，主要包括沉淀法和氣相法兩種方法。氣相法是當(dāng)前生產(chǎn)納米白炭黑的主流生產(chǎn)方式，產(chǎn)品品質(zhì)好、性能穩(wěn)定、純度較高，但是設(shè)備投資巨大，生產(chǎn)エ藝復(fù)雜、原材料稀缺、產(chǎn)品能耗畸高而產(chǎn)率很低、產(chǎn)品價格昂貴，僅能用于極少數(shù)特殊高端行業(yè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足エ業(yè)生產(chǎn)各部門對質(zhì)優(yōu)價廉白炭黑產(chǎn)品的實際需求。沉淀法是當(dāng)今生產(chǎn)白炭黑產(chǎn)品的主要方法，其中的硫酸沉淀法又是沉淀法白炭黑生產(chǎn)的主流方式，エ業(yè)生產(chǎn)中常采用液體泡花堿或硅酸鈉與硫酸中和沉淀反應(yīng)的方法制備。硫酸沉淀法具有設(shè)備投資小、生產(chǎn)エ藝簡單、原材料價廉易得、產(chǎn)品收率及性價比較高等優(yōu)點，但該法生產(chǎn)過程中的原生粒子間的自聚問題較嚴(yán)重，顆粒大小不易控制，與氣相白炭黑相比產(chǎn)品的粒徑較大比表面較小，產(chǎn)品的分散性能及對橡膠的補(bǔ)強(qiáng)性能較差，另外，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的硫酸鈉廢水，由于生產(chǎn)企業(yè)利用現(xiàn)有エ藝和技術(shù)處理廢水的成本太高，長期以來大量的廢水排放不僅對生態(tài)環(huán)境造成了日益嚴(yán)重的危害，同時也造成了硫酸鈉資源和寶貴的淡水資源的巨大浪費。據(jù)統(tǒng)計近年來硫酸沉淀法白炭黑的世界年生產(chǎn)量已突破120萬噸，按ェ業(yè)生產(chǎn)中每生產(chǎn)一噸沉淀白炭黑產(chǎn)品同時能副產(chǎn)硫酸鈉約0. 4噸并消耗淡水約12 噸計，僅沉淀白炭黑生產(chǎn)行業(yè)的廢水中硫酸鈉資源的含量即可達(dá)48萬噸消耗淡水資源約1440萬噸。因此，硫酸沉淀法作為白炭黑生產(chǎn)的主流生產(chǎn)方法，在促進(jìn)生產(chǎn)エ藝的環(huán)保節(jié)能、資源綜合利用和產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展方面長期處于行業(yè)發(fā)展的困局。如何利用硫酸沉淀法制備出高比表面的白炭黑產(chǎn)品，且能源消耗少、生產(chǎn)成本低，是本行業(yè)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種循環(huán)利用含有硫酸鈉的廢水制備高比表面白炭黑的方法，采用該方法，可使得生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水能夠得到充分利用，降低能源消耗、生產(chǎn)成本低、對環(huán)境污染小。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種循環(huán)利用含有硫酸鈉的廢水制備高比表面白炭黑的方法，包括以下步驟
(1)將原料加入到反應(yīng)介質(zhì)中，攪拌均勻得混合液，保持混合液的溫度為60 90°C，所述原料為液體泡花堿，所述反應(yīng)介質(zhì)為含有硫酸鈉的廢水；
(2)將硫酸溶液作為沉淀劑緩慢加入混合液中，在60 90°C、攪拌狀態(tài)下進(jìn)行沉淀反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)體系的pH值為3 9時終止反應(yīng)，并保溫陳化I 3小時；
(3)對(2)步驟的反應(yīng)物進(jìn)行至少一次過濾，得到白炭黑濾餅和濾液；
(4)將白炭黑濾餅用去離子水洗滌后，再經(jīng)過干燥、粉碎，即可制得高比表面白炭黑；
(5)將(4)步驟洗滌白炭黑濾餅得到的洗水與(3)步驟所述濾液混合后得含有硫酸鈉的廢水，然后靜置冷卻至40°C以下；
(6)若(5)步驟的廢水中無硫酸鈉晶體析出，則將其作為(I)步驟中的反應(yīng)介質(zhì)循環(huán)使用；若(5)步驟的廢水中有硫酸鈉晶體析出，則將去除硫酸鈉晶體后的廢水作為(I)步驟中的反應(yīng)介質(zhì)循環(huán)使用。為簡要說明問題起見，本發(fā)明循環(huán)利用含有硫酸鈉的廢水制備高比表面白炭黑的方法以下均簡稱為本方法。本方法是以液體泡花堿為原料、硫酸為沉淀劑，以含有硫酸鈉的廢水為反應(yīng)介質(zhì)， 利用廢水中的硫酸鈉作分散劑，通過對反應(yīng)過程中硅酸根的水解速率和硅酸分子聚合度的調(diào)控從而制備聞比表面白炭黑廣品。液體泡花堿即液體硅酸鈉，又稱水玻璃，通常由固體泡花堿在一定溫度、壓カ下經(jīng)蒸汽加熱將其溶化而來，其主要成份為Na2O nSi02,因此，本方法的化學(xué)反應(yīng)式可以簡寫如下
權(quán)利要求
1.循環(huán)利用含有硫酸鈉的廢水制備高比表面白炭黑的方法，包括以下步驟(1)將原料加入到反應(yīng)介質(zhì)中，攪拌均勻得混合液，保持混合液的溫度為60 90°C，所述原料為液體泡花堿，所述反應(yīng)介質(zhì)為含有硫酸鈉的廢水；(2)將硫酸溶液作為沉淀劑緩慢加入混合液中，在60 90°C、攪拌狀態(tài)下進(jìn)行沉淀反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)體系的pH值為3 9時終止反應(yīng)，并保溫陳化I 3小時；(3)對(2)步驟的反應(yīng)物進(jìn)行至少一次過濾，得到白炭黑濾餅和濾液；(4)將白炭黑濾餅用去離子水洗滌后，再經(jīng)過干燥、粉碎，即可制得高比表面白炭黑；(5)將(4)步驟洗滌白炭黑濾餅得到的洗水與(3)步驟所述濾液混合后得含有硫酸鈉的廢水，然后靜置冷卻至40°C以下；(6)若(5)步驟的廢水中無硫酸鈉晶體析出，則將其作為(I)步驟中的反應(yīng)介質(zhì)循環(huán)使用；若(5)步驟的廢水中有硫酸鈉晶體析出，則將去除硫酸鈉晶體后的廢水作為(I)步驟中的反應(yīng)介質(zhì)循環(huán)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的循環(huán)利用含有硫酸鈉的廢水制備高比表面白炭黑的方法，其特征在于所述(4)步驟中將白炭黑濾餅用去離子水洗滌3 5次。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的循環(huán)利用含有硫酸鈉的廢水制備高比表面白炭黑的方法，其特征在于所述(4)步驟中白炭黑濾餅干燥的條件為在100 150°C下干燥2 4小吋。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的循環(huán)利用含有硫酸鈉的廢水制備高比表面白炭黑的方法，其特征在于所述(6)步驟中采用離心方法分離去除析出的硫酸鈉晶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的循環(huán)利用含有硫酸鈉的廢水制備高比表面白炭黑的方法，其特征在于將所述(6)步驟中分離出的硫酸鈉晶體在100 150°C條件下干燥I 3小吋， 即可得到無水硫酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明提供一種循環(huán)利用含有硫酸鈉的廢水制備高比表面白炭黑的方法，本方法采用硫酸沉淀法制備白炭黑后得到的富含硫酸鈉的廢水為反應(yīng)介質(zhì)，并將其循環(huán)利用于硫酸沉淀法白炭黑的生產(chǎn)，同時結(jié)合生產(chǎn)工藝技術(shù)的優(yōu)化，可生產(chǎn)高比表面白炭黑產(chǎn)品、最大限度地利用廢水中的硫酸鈉及水資源，降低了生產(chǎn)成本，從根本上解決了廢水排放造成的環(huán)境污染和資源浪費的問題，具有顯著的社會及經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號B82Y40/00GK102602946SQ201210076138
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者陳君華 申請人:陳君華