专利名称：一种由蛇纹石尾矿制备沉淀白炭黑的方法
技术领域：
本发明涉及蛇纹石尾矿的综合利用，尤其是对蛇纹石尾矿酸浸滤饼的综合利用， 确切的说是一种由蛇纹石尾矿制备沉淀白炭黑的新工艺。
背景技术：
蛇纹石是I : I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。蛇纹石的理论化学式为3Mg02 · SiO2 · 2H20,纯净的蛇纹石含 Si0244. 1%、Mg043%，结晶水12. 9%。蛇纹石矿中常伴生有铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、铬 (Cr)及少量的钼族元素(如钼、铑、铱等)。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、易反应性的活性二氧化硅，为以酸浸滤饼为原料制备沉淀白炭黑提供了良好的条件。白炭黑又称水合二氧化硅、活性二氧化硅或沉淀二氧化硅(沉淀白炭黑)，化学式 SiO2 ·ηΗ20。它是一种白色、无毒、无定形微细粉状的无机娃化合物,具有多孔性、高分散性、 质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧和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，已经成为大有前途的材料之一。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，使得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80万吨，产量为63万吨， 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210万吨，同期市场值将增加至25亿美元。近年来，随着我国经济的迅猛发展，对白炭黑的需求量也日益增加。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I、气相法气相法制备白炭黑是由Si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。 其反应原理如下Η2+02 — H2OCH3SiCl3+H20 — CH3SiCl20H+HClCH3Si (OH) 2C1+H20 — CH3Si (OH) 3+HClCH3Si (OH) 3+H20 — CH4+Si (OH) 4
nSi (OH) 4 — nSi02+2nH20CH4+02 — H2CHCO2从以上反应历程可知，在氧气充足的条件下，反应过程可表示为CH3SiCl3+2H2+302 — Si02+C02+3HC1+2H20
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。2、沉淀法沉淀法白炭黑的生产就是通过水玻璃酸化获得疏松、粒细、以絮状沉淀出来的 SiO2粉体。其反应原理如下Na2Si03+2HCl — 2NaCl+H2Si03H2SiO3+(η-1) H2O-SiO2 · ηΗ20或Na2Si03+H2S04-Na2S04+H2Si03H2SiO3+(η-1) H2O-SiO2 · ηΗ20用沉淀法制备白炭黑的生产工艺简单、产品成本低，但产品粒径大、活性较差、产品品质低。蛇纹石开采后，符合一定尺寸的块矿一般用作助溶剂直接使用，而粒度较小的碎矿约占开采总量的1/3-2/3，称之为蛇纹石尾矿，其主要成分和块矿一样。关于以蛇纹石为原料制备镁系列和硅系列产品，所报道的工艺流程中蛇纹石的酸浸分解工序常用过量的硫酸溶液(质量浓度约为40%)为酸浸剂，存在着酸浸液中残余游离硫酸浓度较高(约 20wt% )，需进一步处理的问题；由硅酸钠溶液制备沉淀白炭黑工艺中，常用无机强酸(如硫酸等)为沉淀剂，存在着明显的副产物硫酸钠回收能耗高、价格低等问题。
发明内容
本发明旨在提供一种由蛇纹石尾矿制备沉淀白炭黑的方法，所要解决的技术问题是遴选新的沉淀剂和优化制备方法从而提高产品纯度并降低环境污染。本发明解决技术问题采用如下技术方案本发明由蛇纹石尾矿制备沉淀白炭黑的方法，包括酸浸和碳化沉硅各单元过程， 其特征在于所述酸浸包括一次酸浸和二次酸浸过程所述一次酸浸是将蛇纹石尾矿粉碎并过200目筛得到蛇纹石尾矿粉，向蛇纹石尾矿粉中加入蛇纹石尾矿粉质量3-6倍的质量浓度为5-10 %的硫酸溶液，于60-95°C反应3-7 小时，过滤分离得到一次酸浸滤液和一次酸浸滤饼，一次酸浸滤饼洗涤并干燥后备用；所述二次酸浸向将一次酸浸滤饼中加入一次酸浸滤饼质量4-7倍的质量浓度为 15-25%的硫酸溶液,于60_95°C反应4_6小时,过滤分离得到二次酸浸滤液和二次酸浸滤饼，二次酸浸滤饼洗涤并干燥后备用，主要成分为活性二氧化硅；二次酸浸滤液可以返回一次酸浸过程中直接替换质量浓度为5-10%的硫酸溶液使用；所述碳化沉硅是向二次酸浸所得滤饼中加入质量浓度20%的氢氧化钠溶液碱浸， 液固质量比为3 1-4 I,碱浸时间为6-8小时,过滤后得到娃酸钠溶液,将娃酸钠溶液稀释至以二氧化硅计的质量分数为6-12%，然后向稀释后的硅酸钠溶液中通入纯度> 99% 的CO2气体，流量控制在50-100mL/min，于40-85°C下碳化反应至体系pH = 10-11时停止通气，保温陈化O. 5-1小时，随后过滤，滤饼洗涤至BaCl2溶液检测无CO/—后干燥即得沉淀白炭黑；滤液返回沉硅反应，用于稀释碱浸所得的硅酸钠溶液，循环1-2次，可自然结晶制得 Na2CO3 · IOH2O 样品。本发明方法处理后蛇纹石尾矿中氧化镁的总浸出率达98%，沉淀白炭黑样品纯度为 95. 00-96. 00%、宏观粒径为 I. 40-2. 0ym(d50)、白度为 97-99%。与已有技术相比，本发明的有益效果体现在I、在蛇纹石尾矿酸浸步骤，采用“二步循环酸浸法”，蛇纹石尾矿中镁等可溶性成分的总浸出率达98%，所得一次酸浸滤液中游离酸的质量分数小于1.5%，可直接进行溶液中镁等有效成分的提取；2、本发明以CO2气体取代常用的无机强酸作为沉淀剂进行沉淀白炭黑的制备，一方面较好地解决了以硫酸作为沉淀剂在沉硅过程中易出现“凝胶”的问题；另一方面，所生成的副产物为回收价值较高的碳酸钠；其化学反应式为Na2O · mSi02+C02+nH20 = Na2C03+mSi02 · ηΗ20,mSi02 · ηΗ20 = mSi02 · pH20+(n_p) H20。3、本发明中沉硅反应步骤所得碳酸钠溶液经循环使用后，可自然结晶制得 Na2CO3 · IOH2O样品，副产品回收的能耗较低。总之，本发明采用的新工艺具有原材料利用充分、环境污染小、产品纯度高和能耗低等优点，便于工业化规模生产。
具体实施例方式本发明实施例中使用的蛇纹石尾矿为江西弋阳蛇纹石尾矿，其化学组成如表I所示表I江西弋阳蛇纹石尾矿的化学组成
权利要求
1. 一种由蛇纹石尾矿制备沉淀白炭黑的方法，包括酸浸和碳化沉硅各单元过程，其特征在于所述酸浸包括一次酸浸和二次酸浸过程所述一次酸浸是将蛇纹石尾矿粉碎并过200目筛得到蛇纹石尾矿粉，向蛇纹石尾矿粉中加入蛇纹石尾矿粉质量3-6倍的质量浓度为5-10%的硫酸溶液，于60-95°C反应3_7小时，过滤分离得到一次酸浸滤液和一次酸浸滤饼，一次酸浸滤饼洗涤并干燥后备用；所述二次酸浸向将一次酸浸滤饼中加入一次酸浸滤饼质量4-7倍的质量浓度为 15-25%的硫酸溶液,于60-95°C反应4_6小时,过滤分离得到二次酸浸滤液和二次酸浸滤饼，二次酸浸滤饼洗涤并干燥后备用；二次酸浸滤液可以返回一次酸浸过程中直接替换质量浓度为5-10%的硫酸溶液使用；所述碳化沉硅是向二次酸浸所得滤饼中加入质量浓度20%的氢氧化钠溶液碱浸，液固质量比为3 1-4 I,碱浸时间为6-8小时,过滤后得到娃酸钠溶液,将娃酸钠溶液稀释至以二氧化硅计的质量分数为6-12%，然后向稀释后的硅酸钠溶液中通入纯度> 99%的CO2 气体，流量控制在50-100mL/min，于40_85°C下碳化反应至体系pH = 10-11时停止通气，保温陈化O. 5-1小时，随后过滤，滤饼洗涤至BaCl2溶液检测无C032_后干燥即得沉淀白炭黑。
全文摘要
本发明公开了一种由蛇纹石尾矿制备沉淀白炭黑的方法，是将蛇纹石尾矿通过“二次循环酸浸法”提取镁等可溶性成分，实现酸浸滤液中游离酸的质量分数小于1.5％；二次酸浸滤饼经碱浸得硅酸钠溶液，采用CO2作为沉淀剂，于一定气体流速下反应一段时间后，可制得符合相应质量标准要求的沉淀白炭黑样品；母液经循环使用后，可自然结晶制得Na2CO3·10H2O样品。本发明具有原材料利用充分、环境污染小、产品纯度高和能耗低等优点，便于工业化规模生产。
文档编号C01B33/12GK102602938SQ20121001340
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者叶圣武, 徐玉娟, 李江锋, 杨保俊, 杨彦, 王百年 申请人:合肥工业大学