[發明專利]一種碳化法制備沉淀白炭黑的方法

無效

• 申請號: 201110391950.8
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102491345A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 楊?？?/a>;王百年;董澤友;楊波
• 申請（專利權）人: 安徽安納達鈦業股份有限公司
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12
• 代理公司: 銅陵市天成專利事務所 34105
• 代理人: 馬元生

技術領域

本發明涉及一種碳化法制備沉淀白炭黑的方法，具體地說是一種以鈦白廢酸酸浸蛇紋石所生成的濾餅為原料，堿浸后通過碳化法制備沉淀白炭黑的方法。

背景技術

白炭黑又稱水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅（沉淀白炭黑），化學式SiO₂·nH₂O。它是一種白色、無毒、無定形微細粉狀的無機硅化合物,具有多孔性、高分散性、質輕、化學穩定性好、耐高溫、不燃燒、電絕緣性好等優異性能,已廣泛應用于塑料、橡膠、造紙、涂料、染料和油墨等諸多領域。近年來，由于汽車及其運輸業的高速發展、炭黑生產所用原料的漲價和節能減排的要求，又使白炭黑成為橡膠行業補強材料的佼佼者。早在2007年,我國沉淀法白炭黑的產能為80萬t,產量為63萬t,已居世界第一位。2001年～2007年年均增長18.2%。據美國納馳咨詢公司所做的市場研究報告稱,世界沉淀法白炭黑的市場需求量預計將以每年4?%的速度遞增,到2015年沉淀法白炭黑需求量將達到210萬t,同期市場值將增加至25億美元。

目前國內外白炭黑的生產工藝主要有兩種，一種是以鹵化硅為原料的氣相法，另一種是以水玻璃等為原料的沉淀法。氣相法制備白炭黑是由硅的氯化物如SiCl₄或CH₃SiCl₃等在氫氣和氧氣燃燒生成的水中進行高溫(?>?1000?℃)?水解反應，然后驟冷，經過聚集、脫酸等后處理工藝而制得。用氣相法生產的白炭黑是高純度、小粒徑的高品質產品,一般用于精細填料。但由于其反應流程長、生產能耗大、產品價格高而使其應用受到限制。沉淀法白炭黑的生產就是通過水玻璃酸化獲得以絮狀沉淀出來的偏硅酸，經烘干得疏松、粒細的SiO2粉體。用沉淀法制備白炭黑，生產工藝簡單、產品成本低，但產品粒徑大、活性較差、產品品質低。

目前國內鈦白粉的生產仍然以硫酸法為主，每生產1噸的鈦白粉產生6～8噸20%(質量分數)的水解廢酸液。如何處理廢酸是硫酸法生產鈦白廠家生存和發展的關鍵。蛇紋石是1:1型三八面體層狀硅酸鹽礦物，其單元是由一層硅氧四面體和一層輕氧八面體結合而成。蛇紋石的化學式為3MgO·SiO₂·2H₂O，純凈的蛇紋石含SiO₂?44.1%、MgO?43%，結晶水12.9?%。我國蛇紋石礦儲量超過50億噸，且分布廣、品位好，具有較高的綜合開發利用價值。蛇紋石在強酸介質中，其層狀結構可被全部破壞，鎂等可溶性成分進入溶液，硅變成了具有晶格骨架的多孔性、易反應性的二氧化硅，這為以酸浸濾餅為原料，制備沉淀白炭黑提供了良好的條件。但目前蛇紋石的開發利用尚處于初步開發階段，蛇紋石濾餅中的硅資源沒有得到充分的回收利用，造成一定程度上的資源浪費。

發明內容

本發明是在上述兩種技術存在不足之處的基礎上，提供一種以鈦白廢酸酸浸蛇紋石的酸浸濾餅為原料，堿浸分離后得到硅酸鈉溶液，通過碳化法制備沉淀白炭黑的生產方法，具有產品純度高、環境污染小、原材料消耗低等優點。

本發明包括以下具體步驟：

（1）配制SiO₂濃度為0.5～2摩爾/升的硅酸鈉溶液，勻速緩慢通入純度大于99?%（質量分數）的CO₂氣體，控制碳化反應在40～80?℃，2～3小時反應至pH=10～11，停止通氣，陳化0.5～1h；

（2）反應產物經液固分離得到沉淀偏硅酸和碳酸鈉溶液；

（3）分離得到的沉淀偏硅酸用40～70?℃去離子水進行洗滌，達到用BaCl₂溶液檢測其濾液沒有CO₃^2-為止；

（4）將洗滌干凈的沉淀偏硅酸置于110～140?℃條件下脫水烘干，得到沉淀白炭黑產品；

（5）分離得到的碳酸鈉溶液可替代水稀釋硅酸鈉溶液以循環使用并富集碳酸鈉，當濃度接近飽和狀態時，可取部分母液進行冷卻結晶，提取回收Na₂CO₃·10H₂O。

其中步驟（1）所述硅酸鈉溶液是由鈦白廢酸酸浸蛇紋石所得酸浸濾餅，再堿浸后分離得到的。步驟（1）所述硅酸鈉溶液用步驟（2）得到的碳酸鈉溶液來稀釋控制SiO₂濃度。