专利名称：一种利用铁尾矿制备纳米白炭黑的方法
技术领域：
本发明涉及一种铁尾矿制备纳米白炭黑的方法，属于无机非金属材料领域。
背景技术：
随着科学技术的不断进步，工业生产不断朝着智能型、低能耗、高环保方向发展， 如何实现现有资源的充分利用，已成为社会各界广泛关注的问题。铁尾矿是一种固体废弃物，随着钢铁工业的迅猛发展，铁尾矿在工业固体废弃物中所占的比例也越来越大。在技术及选矿工艺等因素的限制下，我国历史上铁矿资源回收率偏低。再加上铁尾矿本身的数量庞大、结构性能复杂、类型较多等特点，使其在我国利用率非常低，仅为7%。一方面给我们的环境造成困扰，另一方面也是资源的浪费。它不仅使我国的矿产资源不能得到充分利用， 还占用了大量的土地资源，消耗了大量的资金，影响了企业的经济效益。铁尾矿中主要成分为SiO2以及少量的F%03、Mg0、Al203、Ca0等(产地不同，成分略有差异)。其中，SiO2的含量一般大于50wt%，具有很大的开发利用价值。因此，从铁尾矿中提取白炭黑(即水合二氧化硅)，能够实现资源更大限度的有效利用，并且提高产品的附加值。申请号为20071001 . 4的发明专利提出了一种利用铁尾矿制备白炭黑的方法，该方法经过碱溶、酸化、沉淀、水洗等步骤制备出白炭黑，但这种方法由于碱溶温度较低，为50-120°C，白炭黑的产率不高，产品粒度也较粗。申请号为96115532. 9的发明专利提出了一种用煤矸石生产活性白炭黑的方法，该方法采用粉碎煤矸石与纯碱混料，并于 1400-1500°C高温冶溶、水淬、浸溶、浓缩、酸化、陈化、水洗等步骤制备出白炭黑，由于这种方法需要高温冶溶，因此能耗太高，另外高温条件下也容易发生副反应，导致难溶硅酸盐等杂质产生，降低白炭黑产品的纯度和产率。本发明与上述报道不同，主要针对我国铁尾矿的利用现状，提出了一种利用铁尾矿制备纳米白炭黑的新技术和新工艺。该工艺具有工艺简单、能耗低、成本低、产品粒径可达纳米级、产品附加值高、尾矿综合利用率高等特点，适于工业化生产，对于铁尾矿的综合利用、环境保护乃至全民经济的发展都具有十分重要的意义。
发明内容
本发明主要涉及一种以铁尾矿为原料制备纳米白炭黑的方法，具体发明内容如下1)铁尾矿的煅烧活化将铁尾矿球磨至200目以下，马弗炉800 900°C煅烧2 4h。2)铁尾矿和烧碱混合煅烧将活化后的铁尾矿与固体NaOH按质量分数铁尾矿NaOH = 100 200 300混合均勻，置于马弗炉中于400 500°C煅烧0. 5 2h。3)配制硅酸钠溶液将上述混合料从煅烧温度下取出按质量比混合料水= 15 100 200迅速倒入70 90°C的水中淬冷，并在搅拌状态下反应0. 5 2h，令SW2 与NaOH充分反应，过滤后，所得滤液即为硅酸钠溶液。
4)沉析纳米白炭黑在上述硅酸钠溶液中，按质量比活化铁尾矿NaCl = 100 40 60，加入固体NaCl作为分散剂，按体积比硅酸钠溶液正丁醇=100 4 6， 加入正丁醇作为表面活性剂，并在缓慢搅拌状态下滴加5 10wt%的HCl酸化，直至溶液 PH值调节至7 9，产生大量白色絮状沉淀，陈化1 2h，过滤得到纳米白炭黑的粗产品。5)白炭黑的洗涤将白炭黑的粗产品进行水洗，直到检查产品中Na+、C1_含量合格为止，其中 Na+ < lwt%,CF < lwt%。6)白炭黑的煅烧洗涤后的产品于100 200°C干燥1 2h，粉碎，得到最终产
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图1为本发明的铁尾矿制备纳米白炭黑的工艺流程图。图2为以实例1工艺条件下制备出的纳米白炭黑的扫描电镜图。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明进行详细说明，本发明不受这些制造实例所限。实例1将铁尾矿球磨至200目以下，马弗炉850°C煅烧3h，将活化后的IOOg铁尾矿与 300g的NaOH混合，并置于马弗炉中于500°C煅烧Ih ；将煅烧后的混合料从煅烧温度下取出后迅速倒入4500ml，90°C水浴中，并搅拌反应池，过滤，得到硅酸钠溶液；于硅酸钠溶液中加入60gNaCl和正丁醇200ml，并在缓慢搅拌状态下滴加5wt%的HCl酸化，直至溶液pH值调节至7，产生大量白色絮状沉淀，陈化lh，过滤得到纳米白炭黑的粗产品；将白炭黑的粗产品进行水洗，检查Cl_、Na+含量均小于为止；产品洗涤后于200°C干燥池，粉碎，得到最终产品，产品粒径可达30 50nm。实例2将铁尾矿球磨至200目以下，马弗炉800°C煅烧4h，将活化后的IOOg铁尾矿与 250g的NaOH混合，并置于马弗炉中于400°C煅烧池；将煅烧后的混合料从煅烧温度下取出后迅速倒入3000ml，80°C水浴中，并搅拌反应lh，过滤，得到硅酸钠溶液；于硅酸钠溶液中加入50gNaCl和正丁醇150ml，并在缓慢搅拌状态下滴加IOwt^的HCl酸化，直至溶液pH值调节至9，产生大量白色絮状沉淀，陈化1. ，过滤得到纳米白炭黑的粗产品；将白炭黑的粗产品进行水洗，检查Cl—、Na+含量均小于为止；产品洗涤后于200°C干燥lh，粉碎， 得到最终产品，产品粒径可达50 lOOnm。实例3将铁尾矿球磨至200目以下，马弗炉900°C煅烧3h，将活化后的IOOg铁尾矿与 200g的NaOH混合，并置于马弗炉中于450°C煅烧Ih ；将煅烧后的混合料从煅烧温度下取出后迅速倒入2000ml，70°C水浴中，并搅拌反应0. 5h，过滤，得到硅酸钠溶液；于硅酸钠溶液中加入45gNaCl和正丁醇90ml，并在缓慢搅拌状态下滴加10wt%的HCl酸化，直至溶液pH 值调节至8，产生大量白色絮状沉淀，陈化lh，过滤得到纳米白炭黑的粗产品；将白炭黑的粗产品进行水洗，检查Cl_、Na+含量均小于为止；产品洗涤后于100°C干燥池，粉碎， 得到最终产品，产品粒径可达50 80nm。
权利要求
1. 一种从铁尾矿中制备纳米白炭黑的方法，其特征在于其工艺步骤为 将铁尾矿球磨至200目以下，并于马弗炉800 900°C煅烧2 4h活化，活化后的铁尾矿与固体NaOH按质量比活化铁尾矿NaOH=IOO 200 300混合均勻，置于马弗炉中于 400 500°C煅烧0. 5 池，上述混合料从煅烧温度下直接取出，并按质量比混合料水= 15 100 200迅速倒入70 90°C的水中冷却，并在搅拌状态下反应0.5 池，过滤后， 所得滤液即为硅酸钠溶液，在硅酸钠溶液中，按质量比活化铁尾矿NaCl = IOO 40 60，加入固体NaCl作分散剂，按体积比硅酸钠溶液正丁醇=100 4 6，加入正丁醇作表明活性剂，并在缓慢搅拌状态下滴加5 IOwt %的HCl酸化，直至溶液pH值调节至7 9，产生大量白色絮状沉淀，陈化1 2h，过滤得到纳米白炭黑的粗产品，将白炭黑的粗产品进行水洗，直到检查产品中Na+、Cl_含量合格为止，其中Na+< Iwt %、Cl_ < Iwt %，洗涤后的产品于100 200°C干燥1 浊，粉碎，得到最终产品。
全文摘要
本发明为一种以铁尾矿为原料制备纳米白炭黑的方法。将高温活化后的铁尾矿和烧碱于400～500℃混合煅烧，然后直接倒入70～90℃的水浴中充分反应，经过滤得到硅酸钠溶液，在硅酸钠溶液中加入分散剂NaCl和表面活性剂正丁醇，并在搅拌状态下缓慢滴加5～10wt％的HCl酸化，产生大量白色絮状沉淀，再经陈化，过滤，洗涤，干燥得到纳米白炭黑产品。该种方法操作简单、成本低，产品产量高、粒度细，适于工业化生产。
文档编号C01B33/12GK102234116SQ20111007137
公开日2011年11月9日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者唐晓飞, 张明熹, 李红生, 李锋锋, 沈毅, 王庆辉 申请人:河北联合大学