专利名称：一种由粉煤灰制备橡胶级白炭黑的方法
技术领域：
本发明涉及粉煤灰资源化利用，具体属于一种由粉煤灰制备橡胶级白炭黑的方法。
背景技术：
粉煤灰资源化利用中，由于粉煤灰中的硅元素大部分存在于粉煤灰中的莫来石相内，只有少量 的硅存在于玻璃相内，相比较而言，玻璃相内的硅元素可以在低要求下与苛性钠溶液反应生成硅酸钠溶液，进而达到提硅的目的。目前，中煤平朔集团公司处理粉煤灰制备橡胶级白炭黑的工艺流程是，先将粉煤灰与苛性钠进行反应产生硅酸钠；得到的硅酸钠液盐度高，不能直接进行碳分制备橡胶级白炭黑，需将此部分硅酸钠溶液进行第一次碳分；碳分所得滤饼溶入剩余部分硅酸钠溶液中，增加二氧化硅含量，进而提高溶液硅钠比；再次碳分，经固液分离、洗涤；干燥得到橡胶级白炭黑。整个工艺流程比较繁琐，且能耗大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术处理粉煤灰制备橡胶级白炭黑工艺流程比较繁琐、能耗大的问题，提供一种由粉煤灰制备橡胶级白炭黑的方法，这种方法工艺简单、能耗低。本方法是利用含有磺酸基(一SO3H)的强酸性阳离子交换树脂，遇溶液释放出的氢尚子与溶液中的钠尚子发生置换反应出来，具体反应方程式为:Na+H—SO3H ——S03Na+H+树脂再生处理是利用一定浓度的盐酸对达到饱和状态树脂进行反洗，具体反应方程式为:— S03Na+HCl — NaCl+-SO3H本发明提供的一种由粉煤灰制备橡胶级白炭黑的方法，具体步骤包括:I)按质量分数计，在带压反应釜内先加入300-500份底水，再加入200-400份高铝粉煤灰进行溶解，并开启加热装置，当温度达到在80°C时，向反应釜内缓慢加入50-150份的98 %的氢氧化钠片碱反应20-50min，温度达到100°C — 150°C时，再向反应釜内加入600-800份的水进行稀释,20min后将反应爸内的溶液进行固液分离,得到的滤液为娃酸钠溶液；2)利用隔膜泵，将上述硅酸钠溶液流过装有强酸性阳离子交换树脂的交换柱，得到硅钠比高的硅酸钠溶液；所述的阳离子交换树脂是强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。3)在常温常压条件下，将浓度为30 % —35 %的二氧化碳气体通入经离子交换处理后的的硅酸钠溶液中，二氧化碳气体流量控制在20m3/h，并采用频率为35Hz的高剪切力低转速的搅拌机分散二氧化碳气体，进行碳分反应，然后进行固液分离、洗涤，干燥得到橡胶级白炭黑。树脂经过一段时间的使用，所置换出的Na+量会达到饱和，交换能力降低，这时应利用一定浓度的盐酸溶液对达到饱和状态的交换树脂进行反洗再生处理并回用，再生处理所产生的氯化钠，可以制备工业盐。与现有技术相比，本发明的优点和效果是:1、本发明的方法可以大大简化工艺，增加工艺的可操作性。按照原来的生产方式，制备出的硅酸钠液中氧化钠的浓度大约保持在50g/L左右，而二氧化硅的浓度只保持在30g/L左右，溶液中氧化钠的浓度很高，二氧化硅的浓度很低，导致硅酸钠溶液中盐度高、硅钠比低。在本发明中，利用强酸性阳离子交换树脂将硅酸钠溶液中的钠离子置换出，降低氧化钠的浓度，使氧化钠的浓度控制在15g/L左右，提高了溶液中硅钠比，进而实现直接碳分制备白炭黑的目的，与原有工艺相比工序大大简化，并且所用的交换树脂还可以再生利用降低生产成本。再生处理所产生的氯化钠，可以制备工业盐。2、降低能耗。使用本发明的方法，可使经处理的硅酸钠溶液进行直接碳分而制备橡胶级白炭黑，缩减了原有工艺还需二次碳分的工序，既减少了二氧化碳气体的用量，又减少了二次碳分所需的设备及用电量等。3、提高产量。使用本发明的方法，按照处理640L硅酸钠液计算，利用处理后的硅酸钠液进行碳分，可得到橡胶级白炭黑产品15Kg，与原有工序相比，产量得到提高。
图1粉煤灰制备橡胶级白炭黑工艺流程图
具体实施例方式结合附图1和实施例，对本发明做出具体说明。实施例1在带压反应釜内先加入400L底水，300KG高铝粉煤灰进行溶解，并开启加热装置，当温度达到在80°C时，向反应釜内缓慢加入100KG质量分数为98 %的氢氧化钠片碱进行反应30min，温度达到100°C — 150°C时，再向反应釜内加入700L水进行稀释，20min后将反应爸内溶液送入精滤机进行固液分离，得到的滤液为娃酸钠溶液，溶液中氧化钠浓度为50g/L0然后用隔膜泵将得到的硅酸钠溶液打入装有强酸性离子交换树脂的交换器内(强酸性阳离子交换树脂采用国产001*7型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，所带功能基团为磺酸基(一S03H)。离子交换设备采用ZFNQ-8系列自控连续式钠离子交换器，属于自控单阀双柱连续产水浮床型，双柱树脂填充量分别为410kg、540kg)，保持溶液流速为6m/h在交换器内，处理量为2600L，经树脂处理后溶液氧化钠浓度在15g/L左右。在常温常压条件下，将浓度为30 % —35 %的二氧化碳气体通入经离子交换处理后的的硅酸钠溶液中，二氧化碳气体流量控制在20m3/h，并采用频率为35Hz的高剪切力低转速的搅拌机分散二氧化碳 气体，进行碳分反应，然后进行固液分离、洗涤，干燥得到橡胶级白炭黑。从离子交换器底部冲入质量分数为5%盐酸溶液对树脂进行反洗再生处理，保持流速为8m/h，维持0.5h。树脂会产生带负电的_S03_和带正电的的钠离子Na+，与盐酸溶液中的H+和Cl—分别结合，再生形成-SO3H功能集团，进入下一个交换周期。经再生处理后的溶液可用来制备工业盐，增加产品附加值。我们目前使用的碳分反应的设备体积是0.9m3，由于通气搅拌时会产生泡沫，所以加入溶液的量严格控制在700L，在常温常压下通入二氧化碳气体，流量控制在20m3/h，二氧化碳在这个流速时，利用率最高，碳分效果最好，流量< 20m3/h时，碳分不完全；流量>20m3/h时，会造成二氧化碳 气体不能全部溶解而浪费。
权利要求
1.一种由粉煤灰制备橡胶级白炭黑的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)按质量分数计，在带压反应釜内先加入300-500份底水，再加入200-400份高铝粉煤灰进行溶解，并开启加热装置，当温度达到在80°C时，向反应釜内缓慢加入50-150份的98%的氢氧化钠片碱反应20-50min，温度达到100°C — 150°C时，再向反应釜内加入600-800份的水进行稀释，20min后将反应爸内的溶液进行固液分离,得到的滤液为娃酸钠溶液； 2)利用隔膜泵，将上述硅酸钠溶液流过装有强酸性阳离子交换树脂的交换柱，得到硅钠比高的硅酸钠溶液； 3)在常温常压条件下，将浓度为30%-35 %的二氧化碳气体通入经离子交换处理后的的硅酸钠溶液中，二氧化碳气体流量控制在20m3/h，并采用频率为35Hz的高剪切力低转速的搅拌机分散二氧化碳气体，进行碳分反应，然后进行固液分离、洗涤，干燥得到橡胶级白炭黑。
2.按权利要求1所述的一种由粉煤灰制备橡胶级白炭黑的方法，其特征在于，步骤2)中所述的强酸 性阳离子交换树脂是强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。
全文摘要
本发明提供了一种由粉煤灰制备橡胶级白炭黑的方法，步骤包括将经固液分离后的硅酸钠液注入装有阳离子交换树脂的交换器中，溶液中钠离子会被交换树脂中的氢离子所置换，降低了钠离子含量，所得到的硅钠比很高的硅酸钠溶液从交换器下部流出，进行直接碳分，得到橡胶级白炭黑。交换树脂经过一段时间后会达到饱和状态，可利用一定浓度的盐酸溶液对树脂进行再生处理和回用，树脂再生处理时生成的氯化钠溶液可作为工业盐再进行使用。本发明得到的橡胶级白炭黑产品稳定，既简化了原有工艺流程又增加了产品附加值。
文档编号C01B33/12GK103086385SQ201310062888
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者程东双, 史钰磊, 白龙腾 申请人:中煤平朔集团有限公司