专利名称：利用废旧硅砖制备白炭黑的方法
技术领域：
本发明属于精细化工技术领域，尤其涉及一种利用废旧硅砖制备白炭黑的方法。
背景技术：
白炭黑是白色粉末状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、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。传统的生产方法有两种(I)气相法，主要为化学气相沉积(CAV)法，又称热解法、干法或燃烧法。其原料一般为四氯化硅、氧气(或空气)和氢气，高温下反应而成。(2)沉淀法，又叫硅酸钠酸化法，是由水玻璃与酸反应，经沉淀，过滤，洗涤，干燥和煅烧而成。新生产方法主要以非金属矿及其延伸物为硅源，采用沉淀法制备白炭黑。原料主要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄榄石、蛇蚊石、高岭土、硬质高岭土、煤矸石、粉煤灰，高硅铁尾矿等。其技术关键是将结晶的二氧化硅和硅酸盐转变成非晶态二氧化硅。白炭黑用途广泛，在橡胶制品中白炭黑用在彩色橡胶制品中以替代炭黑进行补强，满足白色或半透明产品的需要。现在全世界超过一半以上的白炭黑用于橡胶领域，尤其是轮胎生产中接近30%，在牙膏和食品工业中也有大量使用，占全世界白炭黑产量的20%以上，其余20%用于农业化学品，造纸工业，消防产品等其他工业领域。我国每年都有大量的工业炉窑要进行大修或改扩建等维护重建工作，产出大量的废旧耐火硅砖，虽有回收的，但价格低廉(最高不超过200元/吨，路途稍远即被运费抵消。)回收后仍然用于耐火娃砖生产，一般使用量很小。多数废旧娃砖被以固体垃圾形式遗弃了。这就造成了资源的浪费。使用过的硅砖中SiO2占94%以上，而且主要是鳞石英，有较大的碱活性，有利于生产水玻璃。郑州大学叶方保等《纳米复合硅砖及制备方法》中硅砖原料及结合剂包括硅石颗粒和细粉、废硅砖颗粒、纳米碳酸钙、纳米氧化铁、纳米二氧化硅、萤石粉、石灰、亚硫酸纸浆废液。本发明以目前硅砖的常规生产工艺为基础，将复合纳米粉体以最佳比例配合、经高效分散后引入娃砖的制砖工艺中，制得纳米复合的娃砖。北京瑞泰高温材料科技股份有限公司王杰曾等《一种高级硅质耐火材料及其生产工艺》中给出了一种硅质耐火材料，配比为
3.O 1. Omm天然娃石30 55%、3· O 1. Omm废娃砖颗粒O 15%、1. O O. 09mm天然娃石10 — 25%、3. O 1. 0_废硅砖颗粒O 15%、< O. 09mm天然硅石+废硅砖粉+煅烧硅石10 — 25%、无铝高C3S水泥或氢氧化钙粉I 一 5%、Si02彡98%、中位粒径D50 ^ 10 μ m 的硅石微粉O 5%、Si02彡96%的硅灰I 5%、高效减水剂O. 05 一 1.0%、有机结合剂O. 03 -1. 0%，外掺I 2%萤石、O 6%硫酸钙、O 4%硫酸镁或氧化镁为矿化剂。其生产工艺为配比称量、混练、成型、干燥后，1350 - 14600C 10 一 36小时烧成制品。宝山钢铁股份有限公司甘菲芳等《焦炉耐火干粉密封料》中给出一种可用于焦炉修补用耐火干粉密封料的组份。一种焦炉耐火干粉密封料，由以下组份组成(重量％) (1)硅石，重量％为51 89%; (2)废硅砖粉，重量％为5 25% ; (3)长石，重量％为5 20% ; (4)硅微粉，重量％为I 5% ;粉粒细度为彡O. 074mm。
东北大学薛向欣等的《一种用铁尾矿制备白炭黑的方法》，包括以下步骤(I)将铁尾矿球磨100 - 400目以下，在400°C — 1000°C下煅烧3 — 5h活化；(2)用活化后的铁尾矿与NaOH按摩尔比SiO2 NaOH = I 2混合，加入一定量的水后充分搅拌并在50°C —120°C下反应2 — 8小时制取硅酸钠溶液；(3)将上述硅酸钠溶液充分搅匀缓慢滴加HCl进行酸化处理，至PH值为6 10时停止，得到絮状沉淀，经过滤后即得到白炭黑粗产品；(4)将白炭黑粗品进行水洗，检查Cl—含量< 1%，所得产品，烘干、粉碎即得成品；本发明优点减少了环境污染，并解决了钢厂尾矿处理难的问题，工艺简单，成本低，利润高，并容易实现工业化生产。韩钊武的《一种用煤矸石生产白炭黑的方法》给出一种煤矸石生产白炭黑的方法，属于煤化工技术领域。本发明通过高温焙烧使煤矸石中的高岭石分解成SiO2和Al2O3,加入酸后并加热浸泡，使其中的Al2O3和其他金属离子生成可溶性盐，然后过滤,再将滤渣碱熔，使滤渣中的石英和SiO2转化为可溶性硅酸盐；再在熔融的硅酸盐中加入水，通过水淬使硅酸盐碎裂，然后静置、过滤、浓缩得到水玻璃；再加入有机溶剂并通入CO2气体，经陈化，洗涤，过滤，所得胶体烘干并灼烧得到白炭黑。本发明以煤矸石为原料生产白炭黑降低了生产成本，并且解决煤矸石的废物利用问题。
废旧硅砖在生产和使用过程中要经过1000-1400°C的灼烧或焙烧，其中的稳定的a -SiO2多数已经发生晶型改变或产生出晶体缺陷，使之具有较高的碱反应活性；废旧硅砖中SiO2的含量高达94%以上，作为生产白炭黑的硅原料有较大成本优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种可解决传统制备白炭黑的方法成本较高，耗能大污染严重的缺点，同时解决工业窑炉维护产生的废旧硅砖的利用问题的以废旧硅砖为主要原料的利用废旧硅砖制备白炭黑的方法。发明的目的是通过下述技术方案来实现的1、本发明的一种利用废旧硅砖制备白炭黑的方法，其特征在于包括下列步骤
a)将废旧娃砖捡出杂物,用水冲洗后晾干,破碎至<O.1mm的娃砖粉；
b)上述硅砖粉与质量百分比5-10%的NaOH水溶液按1: 20的比例在90_150°C在密闭的反应釜内恒温搅拌反应4-10小时后，停止搅拌静置，当物料温度降至90-95°C时趁热过滤得到水玻璃溶液；
c)将上述得到的水玻璃溶液缓慢加入到稀盐酸中进行酸化处理，使溶液中逐渐产生絮状沉淀，直至溶液PH值到7-8为止，再经过滤得到絮状硅胶沉淀物；
d)将上面得到的絮状硅胶沉淀物用70-90°C的去离子水反复洗涤，直至滤液PH值到6-8为止，经过滤陈化处理得到白炭黑粗产品；
e)所得白炭黑粗产品经在100-110°C条件下烘干至所含水分小于10%转入沸腾炉中在500-600°C灼烧1-3小时，即得到白炭黑产品。本发明的优点是与传统白炭黑生产工艺及新的固体废物加工白炭黑生产工艺相t匕，二氧化硅原料源由于使用废旧硅砖，节省了高温焙烧转化晶型的步骤，节约了能源，既变废为宝，又降低了生产成本；同时也解决环境污染问题。采用本发明方法制备的白炭黑产品，完全符合《HG/T3061-2009中国化工行业标准一橡胶配合剂沉淀水合二氧化硅》的要求，比表面积彡150m2/g，加热减量< 7%，灼烧减量彡7%。
具体实施例方式
下面结合实施例进一步说明本发明的具体实施方式
。实施例1
将废旧娃砖捡出杂物，用水冲洗后晾干，破碎至< O.1mm的娃砖粉；取50g娃砖粉与质量百分比10%的NaOH水溶液550g在120°C在密闭的反应釜内恒温搅拌反应6小时后，停止搅拌静置降温，在物料温度95°C时趁热过滤得到水玻璃溶液；将水玻 璃溶液放置取敞口的大型容器中，缓慢加入稀盐酸，使溶液中逐渐产生絮状沉淀，直至溶液PH值到8为止。过滤得到絮状硅胶沉淀物，在过滤漏斗上用70°C的去离子水反复洗涤絮状硅胶沉淀物，直至滤液PH值到7为止，经陈化处理得到白炭黑粗产品；该白炭黑粗产品在105°C条件下烘干至所含水分8%，转入沸腾炉中在500°C灼烧2小时，即得到白炭黑产品。实施例2
将废旧娃砖捡出杂物，用水冲洗后晾干，破碎至< O.1mm的娃砖粉；取50g娃砖粉与质量百分比8%的NaOH水溶液650g在140°C密闭的反应釜内恒温搅拌反应4小时后，停止搅拌静置降温，在物料温度90°C时趁热过滤得到水玻璃溶液；将水玻璃溶液放置取敞口的大型容器中，缓慢加入稀盐酸，使溶液中逐渐产生絮状沉淀，直至溶液PH值到8为止。过滤得到絮状硅胶沉淀物，在过滤漏斗上用75V的去离子水反复洗涤絮状硅胶沉淀物，直至滤液PH值到7为止，经陈化处理得到白炭黑粗产品；该白炭黑粗产品在100°C条件下烘干至所含水分9%，转入沸腾炉中在400°C灼烧3小时，即得到白炭黑产品。实施例3
将废旧娃砖捡出杂物，用水冲洗后晾干，破碎至< O.1mm的娃砖粉；取50g娃砖粉与质量百分比5%的NaOH水溶液IOOOg在120°C在密闭的反应釜内恒温搅拌反应6小时后，停止搅拌静置降温，在物料温度95°C时趁热过滤得到水玻璃溶液；将水玻璃溶液放置取敞口的大型容器中，缓慢加入稀盐酸，使溶液中逐渐产生絮状沉淀，直至溶液PH值到8为止。过滤得到絮状硅胶沉淀物，在过滤漏斗上用70°C的去离子水反复洗涤絮状硅胶沉淀物，直至滤液PH值到7为止，经陈化处理得到白炭黑粗产品；该白炭黑粗产品在105°C条件下烘干至所含水分8%，转入沸腾炉中在500°C灼烧2小时，即得到白炭黑产品。
权利要求
1.一种利用废旧硅砖制备白炭黑的方法，其特征在于包括下列步骤 a)将废旧娃砖捡出杂物,用水冲洗后晾干,破碎至<0.1mm的娃砖粉； b)上述硅砖粉与质量百分比5-10%的NaOH水溶液按1: 20的比例在90_150°C密闭的反应釜内恒温搅拌反应4-10小时后，停止搅拌静置，当物料温度降至90-95°C时趁热过滤得到水玻璃溶液； c)将上述得到的水玻璃溶液缓慢加入到稀盐酸中进行酸化处理，使溶液中逐渐产生絮状沉淀，直至溶液PH值到7-8为止，再经过滤得到絮状硅胶沉淀物； d)将上面得到的絮状硅胶沉淀物用70-90°C的去离子水反复洗涤，直至滤液PH值到6-8为止，经过滤陈化处理得到白炭黑粗产品； e)所得白炭黑粗产品经在100-110°C条件下烘干至所含水分小于10%转入沸腾炉中在500-600°C灼烧1-3小时，即得到白炭黑产品。
全文摘要
本发明涉及一种利用废旧硅砖制备白炭黑的方法，其特征在于包括下列步骤将废旧硅砖捡出杂物，冲洗后晾干，破碎至＜0.1mm的硅砖粉；上述硅砖粉与质量百分比5-10%的NaOH水溶液按1∶20的比例在90-150℃密闭的反应釜内搅拌反应4-10小时后，静置、过滤得到水玻璃溶液；将水玻璃溶液加入到稀盐酸中使溶液中逐渐产生絮状沉淀，再经过滤得到絮状硅胶沉淀物；将上面得到的絮状硅胶沉淀物用70-90℃的去离子水反复洗涤，经过滤陈化处理得到白炭黑粗产品；所得白炭黑粗产品经在100-110℃条件下烘干后转入沸腾炉中在500-600℃灼烧1-3小时，即得到白炭黑产品。本发明的优点是节省了高温焙烧转化晶型的步骤，节约了能源，既变废为宝，又降低了生产成本；同时也解决环境污染问题。
文档编号B09B3/00GK102992332SQ20121055055
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者陈宇, 周惠文, 刘雁翎, 纪新, 肖键 申请人:鞍钢集团矿业公司