一种从煤渣中提取白炭黑的方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及提取白炭黑领域，尤其涉及一种从煤渣中提取白炭黑的方法。
【背景技术】
[0002]白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质，其组成可用S12.ηΗ20表示，其中ηΗ20是以表面羟基的形式存在。能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外)。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性，具有粒径小、比表面积大、易形成高结构的聚集体等特性，主要用作橡胶的补强填充剂；在非橡胶领域，如合成树脂、塑料和涂料等行业也有着广泛的应用，白炭黑按生产方法大体分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。气相法白炭黑常态下为白色无定形絮状半透明固体胶状纳米粒子(粒径小于lOOnm)，无毒，有巨大的比表面积。气相法白炭黑全部是纳米二氧化硅，产品纯度可达99%，粒径可达10~20nm，但制备工艺复杂，价格昂贵；沉淀法白炭黑又分为传统沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑，前者是指以硫酸、盐酸、0)2与水玻璃为基本原料生产的二氧化硅，后者是指采用超重力技术、溶胶-凝胶法、化学晶体法、二次结晶法或反相胶束微乳液法等特殊方法生产的二氧化硅。沉淀白炭黑主要用作天然橡胶和合成橡胶的补强剂、牙膏摩擦剂等。气相白炭黑主要用作硅橡胶的补强剂、涂料和不饱和树脂增稠剂，超细二氧化硅凝胶和气凝胶主要用作涂料消光剂、增稠剂、塑料薄膜开口剂等。
[0003]白炭黑作为一种环保、性能优异的助剂，主要用于橡胶制品(包括高温硫化硅橡胶)、纺织、造纸、农药、食品添加剂领域。从白炭黑2004-2008年这四年产量的增速来看，四年复合增长率13.3%。2009年我国共有白炭黑生产企业超过60家，产能约100万吨，产量75万吨，中国产销量居全球首位。
[0004]得益于轮胎制造业、硅橡胶产业、涂料工业、新能源等领域的需求增长，预计未来我国沉淀法白炭黑(二氧化硅)的年均需求增长速度约为10%。2015年，亚洲将成为高分散白炭黑最大市场，其需求增速将远高于全球平均9%的增速，达到15%或更高。中国占亚洲市场的40%，将成为全球最大的单一市场。
[0005]白炭黑的应用如此之广，世界各国都对白炭黑的生产工艺进行了研宄，目前，生产白炭黑的方法很多，但是归结起来有物理法和化学法，化学法又分为气相法和沉淀法，沉淀法按酸源的不同又分为H2SOJX淀法、HCl沉淀法、HNO 3沉淀法，CO 2沉淀法。目前，技术成熟的方法有气相法和沉淀法。但是目前的制备方法依然存在一定的问题，比如能耗较高，提取率低等。
【发明内容】
[0006]本发明目的就是提供一种从煤渣中提取白炭黑的方法。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种从煤渣中提取白炭黑的方法，包括以下步骤: (1)球磨:将煤渣进行球磨，球磨时间为2-2.5小时，过100-120目筛；
(2)混酸:在上述球磨料中加入其重量1-2%的硼酸，搅拌均匀；
(3)低温焙烧:将上述混合料与硫酸铵混合，硫酸铵的用量为球磨料重量的3-4倍，焙烧温度为400-450°C，时间为100-110分钟；
(4)浸酸:将上述焙烧料冷却，滴加浓度为30-35%的硫酸，滴加速度为4ml/s，所述硫酸与球磨料的体积质量比为3.8-4ml: lg，滴加完毕后调整体系温度为70-80°C，浸泡30-40分钟，过滤，得滤渣和酸浸液；
(5)碳化反应:取上述酸浸液重量1.5-2倍的水玻璃，所述的水玻璃模数为1-1.5，搅拌均匀，控制反应温度为60-90°C，通入CO2含量为40-70%的混合气体进行碳化反应，直至体系PH为8-9，停止通入气体，得碳化液；
(6)成品制备；将得到的碳化液与上述步骤(4)得到的滤渣混合，搅拌均匀，经陈化、过滤、洗涤、干燥、煅烧，即得白炭黑。
[0008]本发明的优点是:
本发明在球磨后采用加入硼酸混合的方式，可以提高焙烧效率，降低焙烧温度，节约了时间与能耗，经过酸浸后的滤渣经检测S12的含量就已经达到了 85%以上，再通过将酸浸液碳化处理，共混陈化的方法，极大的转化了原煤渣中的Si，且本发明整个过程中不产生无用废液，降低了回收的成本，极大的提高了白炭黑的转化率。
【具体实施方式】
[0009]实施例1:
本发明采用的煤渣成分为:
S12 47.4% ；
Al2O3 31.5% ；
Fe2O3 13.6% ；
CaO 2.6% ；
MgO 0.91% ；
余量3.99%ο
[0010]一种从煤渣中提取白炭黑的方法，包括以下步骤:
(1)球磨:将煤渣进行球磨，球磨时间为2.5小时，过120目筛；
(2)混酸:在上述球磨料中加入其重量1%的硼酸，搅拌均匀；
(3)低温焙烧:将上述混合料与硫酸铵混合，硫酸铵的用量为球磨料重量的3倍，焙烧温度为450°C，时间为110分钟；
(4)浸酸:将上述焙烧料冷却，滴加浓度为35%的硫酸，滴加速度为4ml/s，所述硫酸与球磨料的体积质量比为3.8ml:lg，滴加完毕后调整体系温度为75°C，浸泡34分钟，过滤，得滤渣和酸浸液；
(5)碳化反应:取上述酸浸液重量1.8倍的水玻璃，所述的水玻璃模数为1，搅拌均匀，控制反应温度为80°C，通入CO2含量为50%的混合气体进行碳化反应，直至体系PH为8.1，停止通入气体，得碳化液；
(6)成品制备；将得到的碳化液与上述步骤(4)得到的滤渣混合，搅拌均匀，经陈化、过滤、洗涤、干燥、煅烧，即得白炭黑。
[0011]将得到的白炭黑产品按照照HG/T3061-2009中相关的检测方法测得的白炭黑质量指标如下:
DBP 吸收值/(cm3/g):2.13 ；
总铜含量/ (mg/kg):20 ；
总铁含量/(mg/kg):4.2 ；
加热减量/%:0.2 ；
500% 定伸应力 /Mpa:6.8 ；
扯断伸长率/%:689 ；
二氧化硅含量/%:97。
[0012]实施例2:
与实施例1所用的煤渣成分相同；
一种从煤渣中提取白炭黑的方法，包括以下步骤:
(1)球磨:将煤渣进行球磨，球磨时间为2.7小时，过110目筛；
(2)混酸:在上述球磨料中加入其重量1%的硼酸，搅拌均匀；
(3)低温焙烧:将上述混合料与硫酸铵混合，硫酸铵的用量为球磨料重量的3倍，焙烧温度为430°C，时间为114分钟；
(4)浸酸:将上述焙烧料冷却，滴加浓度为32%的硫酸，滴加速度为3.9ml/s，所述硫酸与球磨料的体积质量比为3.8ml:lg，滴加完毕后调整体系温度为73°C，浸泡37分钟，过滤，得滤渣和酸浸液；
(5)碳化反应:取上述酸浸液重量1.8倍的水玻璃，所述的水玻璃模数为1.5，搅拌均匀，控制反应温度为78°C，通入CO2含量为50%的混合气体进行碳化反应，直至体系PH为8.3，停止通入气体，得碳化液；
(6)成品制备；将得到的碳化液与上述步骤(4)得到的滤渣混合，搅拌均匀，经陈化、过滤、洗涤、干燥、煅烧，即得白炭黑。
[0013]将得到的白炭黑产品按照照HG/T3061-2009中相关的检测方法测得的白炭黑质量指标如下:
DBP 吸收值/(cm3/g):2.24 ；
总铁含量 / (mg/kg):4.1 ；
加热减量/%:0.3 ；
500% 定伸应力 /Mpa:6.9 ；
扯断伸长率/%:691 ；
二氧化硅含量/%:98o
[0014]实施例3:
与实施例1所用的煤渣成分相同；
一种从煤渣中提取白炭黑的方法，包括以下步骤:
(1)球磨:将煤渣进行球磨，球磨时间为2.8小时，过110目筛；
(2)混酸:在上述球磨料中加入其重量1.4%的硼酸，搅拌均匀；
(3)低温焙烧:将上述混合料与硫酸铵混合，硫酸铵的用量为球磨料重量的3倍，焙烧温度为440°C，时间为116分钟；
(4)浸酸:将上述焙烧料冷却，滴加浓度为32%的硫酸，滴加速度为3.7ml/s，所述硫酸与球磨料的体积质量比为3.8ml:lg，滴加完毕后调整体系温度为74°C，浸泡39分钟，过滤，得滤渣和酸浸液；
(5)碳化反应:取上述酸浸液重量1.8倍的水玻璃，所述的水玻璃模数为1.5，搅拌均匀，控制反应温度为78°C，通入CO2含量为50%的混合气体进行碳化反应，直至体系PH为8.2，停止通入气体，得碳化液；
(6)成品制备；将得到的碳化液与上述步骤(4)得到的滤渣混合，搅拌均匀，经陈化、过滤、洗涤、干燥、煅烧，即得白炭黑。
[0015]将得到的白炭黑产品按照照HG/T3061-2009中相关的检测方法测得的白炭黑质量指标如下:
DBP 吸收值/(cm3/g):2.26 ；
总铁含量 / (mg/kg):4.3 ；
加热减量/%:0.3 ；
500% 定伸应力 /Mpa:7.0 ；
扯断伸长率/%:692 ；
二氧化硅含量/%:98o
【主权项】
1.一种从煤渣中提取白炭黑的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)球磨:将煤渣进行球磨，球磨时间为2-2.5小时，过100-120目筛； (2)混酸:在上述球磨料中加入其重量1-2%的硼酸，搅拌均匀； (3)低温焙烧:将上述混合料与硫酸铵混合，硫酸铵的用量为球磨料重量的3-4倍，焙烧温度为400-450°C，时间为100-110分钟； (4)浸酸:将上述焙烧料冷却，滴加浓度为30-35%的硫酸，滴加速度为4ml/s，所述硫酸与球磨料的体积质量比为3.8-4ml: lg，滴加完毕后调整体系温度为70-80°C，浸泡30-40分钟，过滤，得滤渣和酸浸液； (5)碳化反应:取上述酸浸液重量1.5-2倍的水玻璃，所述的水玻璃模数为1-1.5，搅拌均匀，控制反应温度为60-90°C，通入CO2含量为40-70%的混合气体进行碳化反应，直至体系PH为8-9，停止通入气体，得碳化液； (6)成品制备；将得到的碳化液与上述步骤(4)得到的滤渣混合，搅拌均匀，经陈化、过滤、洗涤、干燥、煅烧，即得白炭黑。
【专利摘要】本发明公开了一种从煤渣中提取白炭黑的方法，包括球磨、混酸、低温焙烧、浸酸、碳化反应、成品制备，本发明在球磨后采用加入硼酸混合的方式，可以提高焙烧效率，降低焙烧温度，节约了时间与能耗，经过酸浸后的滤渣经检测Si02的含量就已经达到了85%以上，再通过将酸浸液碳化处理，共混陈化的方法，极大的转化了原煤渣中的Si，且本发明整个过程中不产生无用废液，降低了回收的成本，极大的提高了白炭黑的转化率。
【IPC分类】C01B33/12
【公开号】CN104891504
【申请号】CN201510253494
【发明人】孙玉壮, 张海岛, 王金喜, 高康, 林明月, 孟志强
【申请人】河北工程大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月19日