[發(fā)明專利]一種利用高鋁粉煤灰制備白炭黑的方法和白炭黑

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310460371.3
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN104512896A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李會泉;賀建平;馬艷麗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12
• 代理公司: 北京法思騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;王敬波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁硅系工業(yè)廢棄物高值化利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以高鋁粉煤灰為原料碳化制備低、中、高端橡膠制品用沉淀法白炭黑、特種用途的工程塑料、涂料、飼料、硅橡膠制品等專用沉淀法白炭黑的合成技術(shù)。

背景技術(shù)

高鋁粉煤灰是近年來出現(xiàn)在我國山西北部及內(nèi)蒙古中西部地區(qū)的一種新型粉煤灰類型，其氧化鋁的含量達(dá)40～50%，相當(dāng)于我國中低品位鋁土礦中氧化鋁的含量，是一種寶貴的含鋁二次資源。高鋁粉煤灰中SiO₂含量可達(dá)40%以上，一部分與氧化鋁結(jié)合形成莫來石，另一部分以非晶態(tài)二氧化硅形式包裹于莫來石表面，與堿液反應(yīng)具有較高的化學(xué)活性。目前，高鋁粉煤灰就地利用率非常低，大部分企業(yè)將灰隨意堆放，既占用大量的場地、增加成本、還會揚(yáng)塵造成二次污染。因此，粉煤灰的資源化綜合利用是迫切需要解決的問題。

沉淀法白炭黑又稱水合二氧化硅，化學(xué)式SiO₂·nH₂O，它是一種白色、無毒、無定形維系粉狀的無機(jī)硅化合物，具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，如優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、吸附性、增稠性、分散性、電絕緣性、觸變性等，是橡膠制品、塑料、涂料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、造紙及日用化工諸多領(lǐng)域和特種用途的重要的無機(jī)填料。目前，國內(nèi)外制備白炭黑的方法主要包括氣相法、沉淀法。氣相法白炭黑以鹵化硅為原料在氫氣和氧氣燃燒生成的水中進(jìn)行高溫水解反應(yīng)，然后驟冷，經(jīng)過聚集、脫酸等處理工藝制得。此法得到的產(chǎn)品純度高，粒徑小、分散度好，，主要用于特種用途的硅橡膠、塑料、涂料、農(nóng)藥、飼料載體領(lǐng)域。但由于其工藝復(fù)雜，反應(yīng)流程長、對設(shè)備要求高、能耗大、產(chǎn)率低、生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品價(jià)高而使其應(yīng)用受到限制。沉淀法白炭黑是以水玻璃為原料，通過與酸反應(yīng)沉淀、過濾、洗滌、干燥得到沉淀白炭黑產(chǎn)品。該方法生產(chǎn)工藝簡單成熟、生產(chǎn)成本較低，市場用量大，但產(chǎn)品粒徑分布較寬、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、SiO₂含量低，廣泛應(yīng)用于一般低、中端橡膠制品、塑料、飼料等領(lǐng)域。

近年來，為了降低白炭黑生產(chǎn)成本，國內(nèi)企業(yè)一直尋求理想的硅源，科研工作者致力于開發(fā)以生物質(zhì)資源制備白炭黑的技術(shù)。鑒于此，高鋁粉煤灰憑借其氧化鋁、二氧化硅含量均達(dá)到40～50%的特殊化學(xué)組成，作為鋁、硅系伴生資源受到廣大科研工作者的青睞。如中國專利申請200710133216.5公開了一種“利用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸工藝方法”，該方法采用“純堿堿熔——燒堿堿熔——水解——碳化——苛化”工藝，實(shí)現(xiàn)同時(shí)提取95%的氧化鋁和90%的二氧化硅，但該工藝流程復(fù)雜，條件苛刻，操作難度大，成本高；專利申請200710087028.3公開了一種“利用高鋁粉煤灰制取氧化鋁和白炭黑的清潔生產(chǎn)工藝”，專利申請201310038565.4公開了“一種從粉煤灰中提取氧化鋁和白炭黑的方法”，專利申請200610012780.7公開了一種“粉煤灰中提取氧化鋁同時(shí)聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法”，專利申請200710062534.7公開了“一種利用粉煤灰生產(chǎn)二氧化硅和氧化鋁的方法”，專利申請200710065366.7公開了“一種從高鋁粉煤灰中提取二氧化硅、氧化鋁及氧化鎵的方法”，專利申請201010212294.6公開了一種“利用赤泥和粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑的方法”，專利申請201110180377.6公開了“一種連續(xù)碳分制備白炭黑的方法”。

上述方法中，均存在共同的缺點(diǎn)和弊端。目前碳化法沉淀法白炭黑工藝主要采用CO₂氣體進(jìn)行一步一段酸化反應(yīng)。由于粉煤灰的脫硅液模數(shù)低、活性低、CO₂氣體的酸性也較弱，一步反應(yīng)一段加熱不能滿足碳化反應(yīng)過程的原始粒徑和結(jié)構(gòu)控制的工藝要求。這種工藝將導(dǎo)致反應(yīng)過程中晶核生成速度和核晶增長聚集時(shí)間不可調(diào)。盡管碳化反應(yīng)過程終點(diǎn)控制還是要求的pH=8.0～9.5范圍內(nèi)，一步一段法碳化工藝還是影響了一次平均粒徑的晶核生成和核晶聚集結(jié)構(gòu)增長速度，過程反應(yīng)不徹底；使得白炭黑生產(chǎn)工藝參數(shù)難以調(diào)控，產(chǎn)品質(zhì)量不能穩(wěn)定；產(chǎn)品品種單一。在應(yīng)用領(lǐng)域受到了很大限制。這種碳化法僅應(yīng)用于市場需求量較少的低端的載體、摩擦劑、粘合劑等行業(yè)，不能用于需求量最大的橡膠、塑料、涂料、飼料、硅橡膠、日用化工行業(yè)。