专利名称：一种碳化法制备沉淀白炭黑的方法
技术领域：
本发明涉及一种碳化法制备沉淀白炭黑的方法，具体地说是一种以钛白废酸酸浸蛇纹石所生成的滤饼为原料，碱浸后通过碳化法制备沉淀白炭黑的方法。
背景技术：
白炭黑又称水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅(沉淀白炭黑)，化学式 SiO2 ·ηΗ20ο它是一种白色、无毒、无定形微细粉状的无机硅化合物，具有多孔性、高分散性、 质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能，已广泛应用于塑料、橡胶、 造纸、涂料、染料和油墨等诸多领域。近年来，由于汽车及其运输业的高速发展、炭黑生产所用原料的涨价和节能减排的要求，又使白炭黑成为橡胶行业补强材料的佼佼者。早在2007 年，我国沉淀法白炭黑的产能为80万t，产量为63万t，已居世界第一位。2001年 2007 年年均增长18.2%。据美国纳驰咨询公司所做的市场研究报告称，世界沉淀法白炭黑的市场需求量预计将以每年4 %的速度递增，到2015年沉淀法白炭黑需求量将达到210万t， 同期市场值将增加至25亿美元。
目前国内外白炭黑的生产工艺主要有两种，一种是以卤化硅为原料的气相法， 另一种是以水玻璃等为原料的沉淀法。气相法制备白炭黑是由硅的氯化物如SiCl4或 CH3SiCl3等在氢气和氧气燃烧生成的水中进行高温(> 1000 °C)水解反应，然后骤冷，经过聚集、脱酸等后处理工艺而制得。用气相法生产的白炭黑是高纯度、小粒径的高品质产品，一般用于精细填料。但由于其反应流程长、生产能耗大、产品价格高而使其应用受到限制。沉淀法白炭黑的生产就是通过水玻璃酸化获得以絮状沉淀出来的偏硅酸，经烘干得疏松、粒细的Si02粉体。用沉淀法制备白炭黑，生产工艺简单、产品成本低，但产品粒径大、活性较差、产品品质低。
目前国内钛白粉的生产仍然以硫酸法为主，每生产1吨的钛白粉产生6 8吨 20%(质量分数)的水解废酸液。如何处理废酸是硫酸法生产钛白厂家生存和发展的关键。 蛇纹石是1 1型三八面体层状硅酸盐矿物，其单元是由一层硅氧四面体和一层轻氧八面体结合而成。蛇纹石的化学式为3Mg0 · SiO2 · 2H20，纯净的蛇纹石含SiO2 44. l%、MgO 43%，结晶水12. 9 %。我国蛇纹石矿储量超过50亿吨，且分布广、品位好，具有较高的综合开发利用价值。蛇纹石在强酸介质中，其层状结构可被全部破坏，镁等可溶性成分进入溶液，硅变成了具有晶格骨架的多孔性、易反应性的二氧化硅，这为以酸浸滤饼为原料，制备沉淀白炭黑提供了良好的条件。但目前蛇纹石的开发利用尚处于初步开发阶段，蛇纹石滤饼中的硅资源没有得到充分的回收利用，造成一定程度上的资源浪费。发明内容
本发明是在上述两种技术存在不足之处的基础上，提供一种以钛白废酸酸浸蛇纹石的酸浸滤饼为原料，碱浸分离后得到硅酸钠溶液，通过碳化法制备沉淀白炭黑的生产方法，具有产品纯度高、环境污染小、原材料消耗低等优点。
本发明包括以下具体步骤(1)配制SiA浓度为0.5 2摩尔/升的硅酸钠溶液，勻速缓慢通入纯度大于99 %(质量分数)的(X)2气体，控制碳化反应在40 80 °C，2 3小时反应至pH=10 11，停止通气，陈化0. 5 Ih ；(2)反应产物经液固分离得到沉淀偏硅酸和碳酸钠溶液；(3)分离得到的沉淀偏硅酸用40 70°C去离子水进行洗涤，达到用BaCl2溶液检测其滤液没有⑶广为止；(4)将洗涤干净的沉淀偏硅酸置于110 140！条件下脱水烘干，得到沉淀白炭黑产Pm ；(5)分离得到的碳酸钠溶液可替代水稀释硅酸钠溶液以循环使用并富集碳酸钠，当浓度接近饱和状态时，可取部分母液进行冷却结晶，提取回收Na2CO3 · IOH2O0
其中步骤(1)所述硅酸钠溶液是由钛白废酸酸浸蛇纹石所得酸浸滤饼，再碱浸后分离得到的。步骤(1)所述硅酸钠溶液用步骤(2)得到的碳酸钠溶液来稀释控制SiO2浓度。
与已有技术相比，本发明避免了以常用的无机强酸作为沉淀剂，取而代之的是以(X)2气体，在常压、较低温度及无需添加任何表面活性的条件下进行，反应平缓，生产的沉淀白炭黑产品具有更细的粒径和更好的活性；而且本发明基本没有废液产生，副产 Na2CO3 · IOH2O可以作为产品销售，具有良好的经济效益和环境效益。
具体实施方式
以下所述的实施例中，使用的硅酸钠溶液是以钛白废酸为酸浸剂酸浸江西弋阳蛇纹石得到的酸浸渣经过碱浸过滤后所得，江西弋阳蛇纹石的化学组成如表1所示表1江西弋阳蛇纹石的化学组成成分SiO2MgO总FeAl2O3CaONa2OSCuNi% (质量)35. 7438. 224. 521. 021. 080. 030. 064. 810. 22实施例1取实验所得硅酸钠溶液IOOg稀释至2摩尔/升，通入流速为lOOmL/min、质量分数为 99 %0)2气体搅拌，置于50°C的水浴锅中反应，当溶液pH达到10时停止通气，然后陈化反应0.5 h，抽滤得到沉淀偏硅酸和碳酸钠溶液。将沉淀偏硅酸用50 °C蒸馏水洗涤，达到用 BaCl2溶液检测没有CO/—为止，所得沉淀偏硅酸置于120°C干燥箱中烘干至恒重即得到沉淀白炭黑。所得沉淀白炭黑样品纯度为95. 10 %，宏观粒径为1. 47 μ m,白度为97 %。
实施例2取实验所得硅酸钠溶液IOOg稀释至1摩尔/升，通入流速为200mL/min、质量分数为 99 %0)2气体搅拌，置于60°C的水浴锅中反应，当溶液pH达到10时停止通气，然后陈化反应0.5 h，抽滤得到沉淀偏硅酸和碳酸钠溶液。将沉淀偏硅酸用50 °C蒸馏水洗涤，达到用 BaCl2溶液检测没有CO/—为止，所得沉淀偏硅酸置于120°C干燥箱中烘干至恒重即得到沉淀白炭黑。所得沉淀白炭黑样品纯度为95. 70 %，宏观粒径为1. 60 μ m,白度为97. 8 %。
实施例3:取实验所得硅酸钠溶液IOOg稀释至0. 5摩尔/升，通入流速为200mL/min、质量分数为99 %C02气体搅拌，置于70°C的水浴锅中反应，当溶液pH达到11时停止通气，然后陈化反应0.5 h，抽滤得到沉淀偏硅酸和碳酸钠溶液。将沉淀偏硅酸用70 °C蒸馏水洗涤，达到用BaCl2溶液检测没有CO:为止，所得沉淀偏硅酸置于140°C干燥箱中烘干至恒重即得到沉淀白炭黑。所得沉淀白炭黑样品纯度为96. 00 %，宏观粒径为1. 92 μ m,白度为99 %。
实施例4:取实验所得硅酸钠溶液IOOg稀释2摩尔/升，通入流速为300mL/min、质量分数为99 %0)2气体搅拌，置于40°C的水浴锅中反应，当溶液pH达到11时停止通气，然后陈化反应 1 h，抽滤得到沉淀偏硅酸和碳酸钠溶液。将沉淀偏硅酸用60 °C蒸馏水洗涤，达到用BaCl2 溶液检测没有CO32-为止，所得沉淀偏硅酸置于110°c干燥箱中烘干至恒重即得到沉淀白炭黑。所得沉淀白炭黑样品纯度为95. 20 %，宏观粒径为1. 74 μ m,白度为97. 7 %。
实施例5:取实验所得硅酸钠溶液IOOg稀释至1摩尔/升，通入流速为lOOmL/min、质量分数为 99 %0)2气体搅拌，置于60°C的水浴锅中反应，当溶液pH达到11时停止通气，然后陈化反应 1 h，抽滤得到沉淀偏硅酸和碳酸钠溶液。将沉淀偏硅酸用60 °C蒸馏水洗涤，达到用BaCl2 溶液检测没有CO32-为止，所得沉淀偏硅酸置于130°c干燥箱中烘干至恒重即得到沉淀白炭黑。所得沉淀白炭黑样品纯度为96. 00 %，宏观粒径为1. 85 μ m,白度为98. 5 %。
权利要求
1.一种碳化法制备沉淀白炭黑的方法，包括以下具体步骤(1)配制SiA浓度为0.5 2摩尔/升的硅酸钠溶液，勻速缓慢通入纯度大于99 %(质量分数)的(X)2气体，控制碳化反应在40 80 °C，2 3小时反应至pH=10 11，停止通气，陈化0. 5 Ih ；(2)反应产物经液固分离得到沉淀偏硅酸和碳酸钠溶液；(3)分离得到的沉淀偏硅酸用40 70°C去离子水进行洗涤，达到用BaCl2溶液检测其滤液没有⑶广为止；(4)将洗涤干净的沉淀偏硅酸置于110 140！条件下脱水烘干，得到沉淀白炭黑产Pm ；(5)分离得到的碳酸钠溶液可替代水稀释硅酸钠溶液以循环使用并富集碳酸钠，当浓度接近饱和状态时，可取部分母液进行冷却结晶，提取回收Na2CO3 · IOH2O0
2.一种根据权利要求1所述的方法，，其中步骤(1)所述硅酸钠溶液是由钛白废酸酸浸蛇纹石所得酸浸滤饼，再碱浸后分离得到的。
3.一种根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤(1)所述硅酸钠溶液用步骤(2)得到的碳酸钠溶液来稀释控制S^2浓度。
全文摘要
本发明提供了一种碳化法制备沉淀白炭黑的方法。具体地说，它提供一种以钛白废酸酸浸蛇纹石的酸浸滤饼为原料，碱浸分离后得到硅酸钠溶液，利用CO2气体在常压、较低温度下制备沉淀白炭黑的生产方法，具有产品纯度高、环境污染小、原材料消耗低等优点。
文档编号C01B33/12GK102491345SQ201110391950
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者杨保俊, 杨波, 王百年, 董泽友 申请人:安徽安纳达钛业股份有限公司