专利名称：一种沉淀二氧化硅的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种制取沉淀二氧化硅的方法，属于化工技术领域。
背景技术：
沉淀二氧化硅又叫白炭黑、沉淀白炭黑，是一种水合无定形硅酸产品，化学表达式一般为HiSiO2 · ηΗ20，外观为白色高度分散的无定形粉末，少量也有加工成颗粒状作为商品的。不溶于水及大部分酸，能溶于苛性钠和氢氟酸，对其他化学药品稳定，耐高温，高温下不 分解、不燃烧，具有很高的电绝缘性、多孔性，内表面积大、有吸水性，无毒。沉淀二氧化硅的用途很广，作为合成橡胶的良好补强剂，其性能等同甚至优于炭黑，其他有用作稠化剂或增稠剂，油漆的消光剂，各种合成树脂和塑料制品的填充剂、改性齐 ，在造纸行业作填充剂和纸的表面配料，等等。关于沉淀二氧化娃的生产,成都科技大学出版社1994年5月发行的《娃化合物的生产与应用》((川)新登字015号)第216-219页较祥细的介绍了现行的几种主要生产工艺。沉淀二氧化硅主要是通过下述反应制取的Na2O · nSi02+H2SO4+(ηχ-l) H2O — nSi02 · xH20 \ +Na2SO4Na2O · nSi02+2HCl+(ηχ-l) H2O — nSi02 · xH20 I +2NaCl所以，无论用哪种方法，除了消耗作为硅源的硅酸钠外，还需消耗一定量的硫酸或盐酸，当用盐析工艺时，另需消耗一定量的氯化钠。该书中列出了相应的消耗定额，每生产I吨沉淀二氧化硅，除消耗相应硅酸钠外，还需消耗溶胶法30%盐酸1.5吨；酸-盐析法=NaCl0. 275 吨；30%盐酸1. 15 吨；凝胶化法98%硫酸0. 7吨。除了相应酸、盐的消耗，另一个不容忽视的问题是，当反应完成后，这些酸会生成相应的无机盐NaCl和Na2SO4,因此，在压滤、洗涤过程中，会产生大量的含盐含酸废水，由于浓度及工艺费用等方面的因素，这些含盐含酸废水回收成本较高，回收物价值又不大，因此不可避免的会排放大量废水。由于上述工艺需消耗大量无机酸，产生大量含盐含酸废水无法循环或回收利用，存在生产成本较高，同时引起环境污染等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明拟解决的问题是提供一种除硅源(可溶性硅酸盐)外，其他化学品能循环使用的制取沉淀二氧化硅的方法，以降低沉淀二氧化硅的制造成本，同时少消耗资源，减少排放，尽量减少对环境的损害。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种沉淀二氧化硅的制备方法，它是以可溶性硅酸盐M2O · nSi02和NH4HCO3为原料，以M2O · nSi02和NH4HCO3的摩尔比为I I. O I. 15进行反应，沉淀出水合SiO2，经过滤分去滤液，滤饼再经洗涤、干燥得到沉淀二氧化硅产品；所述滤液中主要含有碳酸盐M2C03、NH3或还有少量的NH4HCO3 ;所述可溶性硅酸盐M2O .XnSiO2、碳酸盐M2CO3中的M为碱金属元素Na或K，所述可溶性硅酸盐M2O · nSi02中的η为其模数，η值在2. 2 3. 7。所述过滤是采用真空过滤或压滤机过 滤。所述干燥采用喷雾干燥、箱式干燥或气流干燥。所述箱式干燥后还进行了粉碎。所述滤液中通入CO2,使滤液中的碳酸盐M2CO3反应生成碳酸氢盐MHCO3, NH3反应生成NH4HCO3, MHCO3和NH4HCO3的混合溶液循环作为制备沉淀SiO2的反应原料。所述混合溶液还经浓缩，析出回收部分MHCO3, MHCO3和剩余部分的NH4HCO3的混合溶液循环作为制备沉淀SiO2的反应原料。采用上述技术方案，本发明的沉淀二氧化硅的制备方法，它是以可溶性硅酸盐M2O · nSi02和碳酸氢铵NH4HCO3为原料进行反应，沉淀出水合SiO2，干燥得到沉淀二氧化硅产品。由于滤液中主要含有碳酸盐M2CO3和NH3，可以通过与CO2反应生成MHCO3和NH4HCO3,而MHCO3也能与M2O *nSi02反应使沉淀出水合SiO2,即滤液中几种成分通过与CO2反应均能重新生成所需反应原料。因此，按上述技术方案，除硅源(可溶性硅酸盐)外，其他化学品能循环使用，与现有技术相比，采用该技术方案降低了沉淀二氧化硅的制造成本，同时少消耗资源，减少排放，减少对环境的损害，避免了现有技术需消耗大量无机酸，排放大量含盐含酸废水，引起环境污染等问题。下面对上述技术方案作些简要的分析。先说一点，上述技术方案中所述的M为钠Na或钾K，由于Na与K同是碱金属元素，二者许多相应的化合物性能都很相近，同模数的Na2O ^SiO2和K2O *nSi02其许多性能都很相似，其他Na2CO3与K2CO3其物理化学性能也都很相似，所以在下述的分析中主要是以M为Na作分析，对M为K的情形大致依次类推即可，或参考相应文献即可了解，如本专利前述之《硅化合物的生产与应用》。下面先介绍下作为制备沉淀二氧化硅的主要原料硅酸钠。娃酸钠,俗名水玻璃,商品名为泡化碱,分子式可写作Na20 · nSi02, η为SiO2与Na2O的摩尔比，常称为模数，一般硅酸钠产品的模数在2. 2 3. 7。硅酸钠极易与酸发生反应析出二氧化硅，前面已写了 Na2O · nSi02与H2SO4和HCl反应的方程式，但实际上，Na2O ^nSiO2S至能与NH4+这样的弱酸(路易斯酸)反应Na2O ·nSi02+2NH4Cl+(nx_l) H2O — nSi02 ·χΗ20 I +2NaCl+2NH3 在这里，NH4+ 是作为一个酸
权利要求
1.一种沉淀二氧化硅的制备方法，其特征在于它是以可溶性硅酸盐M2O · 1^102和NH4HCO3为原料，以M2O · nSi02和NH4HCO3的摩尔比为I : I. O I. 15进行反应，沉淀出水合SiO2，经过滤分去滤液，滤饼再经洗涤、干燥得到沉淀二氧化硅产品；所述滤液中主要含有碳酸盐M2C03、NH3，还有少量的NH4HCO3 ;所述可溶性硅酸盐M2O · nSi02、碳酸盐M2CO3中的M为碱金属元素Na或K，所述可溶性硅酸盐M2O *nSi02中的η为其模数，η值在2. 2 3. 7。
2.根据权利要求I所述的沉淀二氧化硅的制备方法，其特征在于所述过滤是采用真空过滤或压滤机过滤。
3.根据权利要求I所述的沉淀二氧化硅的制备方法，其特征在于所述干燥采用喷雾干燥、箱式干燥或气流干燥。
4.根据权利要求3所述的沉淀二氧化硅的制备方法，其特征在于所述箱式干燥后还进行了粉碎。
5.根据权利要求I所述的沉淀二氧化硅的制备方法，其特征在于所述滤液中通入CO2,使滤液中的碳酸盐M2CO3反应生成碳酸氢盐MHCO3, NH3反应生成NH4HCO3, MHCO3和NH4HCO3的混合溶液循环作为制备沉淀SiO2的反应原料。
6.根据权利要求5所述的沉淀二氧化硅的制备方法，其特征在于所述混合溶液还经浓缩，析出回收部分MHCO3,MHCO3和剩余部分的NH4HCO3的混合溶液循环作为制备沉淀SiO2的反应原料。
全文摘要
本发明公开了一种沉淀二氧化硅的制备方法，它是以可溶性硅酸盐M2O·nSiO2和NH4HCO3为原料，以M2O·nSiO2和NH4HCO3的摩尔比为1∶1.0～1.15进行反应，沉淀出水合SiO2，经过滤分去滤液，滤饼再经洗涤、干燥得到沉淀二氧化硅产品；可溶性硅酸盐M2O·nSiO2、碳酸盐M2CO3中的M为碱金属元素Na或K。上述方案，由于滤液中主要含有M2CO3和NH3，可以通过与CO2反应生成MHCO3和NH4HCO3，而MHCO3也能与M2O·nSiO2反应使沉淀出水合SiO2。因此，除硅源外，其他化学品能循环使用，可降低制造成本，少消耗资源，减少对环境的损害。
文档编号C01B33/18GK102633272SQ20121012189
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者章浩龙 申请人:浙江宇达化工有限公司