專利名稱：一種改進(jìn)的以氟硅酸鈉為原料制備白炭黑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)化學(xué)工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及白炭黑的生產(chǎn)方法，尤其涉及一種以磷肥工業(yè)副產(chǎn)物氟硅酸鈉為原料制備白炭黑的方法。
白炭黑，化學(xué)名稱為水合二氧化硅(SiO2.nH2O)，是一種具有廣泛用途的化工產(chǎn)品，它可以用于橡膠、涂料、膠粘劑、化妝品、油墨、塑料、醫(yī)藥、農(nóng)藥等產(chǎn)品的生產(chǎn)。白炭黑在橡膠工業(yè)中的用量最大，幾乎占其產(chǎn)量的90％，是彩色橡膠、透明鞋底以及輪胎橡膠常用的補(bǔ)強(qiáng)劑。
傳統(tǒng)上白炭黑是采用硫酸溶液與水玻璃溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制得的，這一工藝現(xiàn)在仍為大多數(shù)白炭黑生產(chǎn)廠家所采用。由于硅存在于多種物質(zhì)中，在我國，出現(xiàn)了許多以含硅礦/廢物為原料生產(chǎn)白炭黑的方法，此類方法具有綜合利用資源，減少“三廢污染”，成本低等特點(diǎn)，以磷肥副產(chǎn)物氟硅酸鈉為原料生產(chǎn)白炭黑即是其中的一種。申請(qǐng)?zhí)枮?0116464.3的中國專利中公開了這種方法，該方法的主要技術(shù)方案如下(1)晶種制備A外加晶種在晶種槽中加入水玻璃或硅酸鈉溶液，然后滴加無機(jī)酸溶液，使其反應(yīng)生成晶種，工藝條件為水玻璃或硅酸鈉溶液的濃度(以SiO2計(jì))為0.1～10％(質(zhì)量百分濃度)，硫酸溶液的濃度為0.1～3M，水玻璃的模數(shù)為1.0～4.0，所制晶種的pH值為3.0～10.0，反應(yīng)后晶種陳化0.5～24小時(shí)；B自生晶種在晶種槽中加入氟硅酸鈉料漿，然后滴加氨水溶液，使其反應(yīng)生成晶種。該反應(yīng)是在常溫下進(jìn)行的，所用的氟硅酸鈉料漿的濃度為5％～15％(質(zhì)量百分濃度)，氨水的濃度為10％～20％，所制晶種的pH值為7.0～9.0，反應(yīng)后晶種陳化0.5～24小時(shí)；
(2)氨解反應(yīng)將氟硅酸鈉料漿置于氨解槽中，加入上述晶種，在常溫常壓下用氨水與該料漿進(jìn)行氨解反應(yīng)并陳化；陳化后反應(yīng)液經(jīng)固液分離得氟溶液及白炭黑軟膏，其反應(yīng)式為
晶種與氟硅酸鈉的質(zhì)量比為1∶1～12∶1，氨解的其它工藝條件與現(xiàn)有工藝相同，反應(yīng)后陳化時(shí)間為0.5～4小時(shí)，陳化溫度為室溫～95℃；原料氟硅酸鈉可以采用磷肥工業(yè)副產(chǎn)品，產(chǎn)品規(guī)格符合國標(biāo)；(3)白炭黑的處理將步驟(2)所得的白炭黑軟膏洗滌、干燥得超細(xì)白炭黑，干燥可采用離心噴霧干燥、壓力噴霧干燥或旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥，干燥溫度110～350℃。
該方法盡管制備出了性能優(yōu)良的白炭黑產(chǎn)品，但工藝上仍然存在一個(gè)缺陷，即該工藝得到的氟溶液主要用于冰晶石的合成，晶種制備時(shí)硫酸根等離子的引入可能會(huì)對(duì)合成的冰晶石的質(zhì)量產(chǎn)生影響。
本發(fā)明的目的在于公開一種改進(jìn)的以氟硅酸鈉為原料制備白炭黑的方法，該方法對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，使其既可以制得性能優(yōu)良的白炭黑產(chǎn)品，又不會(huì)對(duì)后續(xù)的冰晶石合成造成影響。
本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的鑒于采用沉淀法去除氟溶液中的硫酸根等離子，成本較高，效果也不是很理想，而且可能會(huì)損失溶液中的一部分氟離子，本發(fā)明采用水玻璃或硅酸鈉溶液與氟硅酸鈉反應(yīng)制備晶種，然后在晶種存在的條件下，使氟硅酸鈉進(jìn)行氨解，以獲得優(yōu)質(zhì)的白炭黑產(chǎn)品。另外，考慮到氨水氣味大，需回收等問題，本發(fā)明還采用碳銨作氨解劑。
根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明提出如下所述的技術(shù)方案本發(fā)明所說的方法包括①氧化硅晶種的制備，②在氧化硅晶種存在的條件下氟硅酸鈉與碳銨或氨水的氨解和③氨解后所得白炭黑軟膏的處理三個(gè)步驟。步驟③可采用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行，為獲得高品位的白炭黑產(chǎn)品，本發(fā)明對(duì)晶種的制備和氨解工藝進(jìn)行了改進(jìn)，具體如下所述
①在氨解時(shí)所加入的氧化硅晶種是這樣制備的在晶種槽中加入水玻璃或硅酸鈉溶液，然后加入氟硅酸鈉料漿，使其反應(yīng)生成氧化硅晶種，反應(yīng)終點(diǎn)控制溶液的pH=6.0～10.0，然后晶種陳化0.5～24小時(shí)；水玻璃或硅酸鈉溶液的濃度以SiO2計(jì)為0.1％～10％；氟硅酸鈉料漿的質(zhì)量百分濃度為0.5～50％，氟硅酸鈉可采用符合國標(biāo)的磷肥工業(yè)副產(chǎn)品；②在氧化硅晶種存在的條件下氟硅酸鈉與碳銨或氨水的氨解向配制好的氟硅酸鈉料漿中加入晶種，晶種中的氧化硅與氟硅酸鈉的質(zhì)量比為0.1～1.5；在常溫常壓下用氨水或碳銨與料漿反應(yīng)0.1～2小時(shí)，反應(yīng)后反應(yīng)液在室溫～95℃下陳化0.5～4小時(shí)，然后過濾進(jìn)行固液分離，獲得氟溶液與白炭黑軟膏，氟溶液可用于冰晶石的合成；氨水或碳銨的加入量為理論值的1.0～1.4倍；考慮到氨水氣味大，需回收等問題，可優(yōu)選采用碳銨與該料漿進(jìn)行氨解反應(yīng)；其反應(yīng)式為碳銨可以為固體，也可以為任意濃度的料漿。碳銨為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品；其所制的橡膠產(chǎn)品經(jīng)上海市橡膠制品質(zhì)量監(jiān)督站檢測(cè)，拉伸強(qiáng)度達(dá)到27MPa(丁苯橡膠，國際標(biāo)準(zhǔn)配方)。可以看出工藝經(jīng)改進(jìn)后，制備出的白炭黑產(chǎn)品的應(yīng)用性能達(dá)到或超過了現(xiàn)有工藝，且沒有引入硫酸根等離子，不會(huì)對(duì)冰晶石的合成造成任何影響。
實(shí)施例1(1)制晶種2％(以SiO2計(jì))硅酸鈉溶液與5％氟硅酸鈉料漿反應(yīng)制備晶種，控制溶液的pH為6.0，晶種陳化5小時(shí)；(2)氨解向配制好的氟硅酸鈉料漿中加入晶種，晶種中氧化硅與料漿中氟硅酸鈉的質(zhì)量比為0.5，在常溫下，向反應(yīng)料漿中逐漸加入理論量的1.2倍的碳銨固體，反應(yīng)0.5小時(shí)，反應(yīng)后反應(yīng)液在室溫下陳化0.5小時(shí)，采用板框過濾進(jìn)行固液分離得氟溶液與白炭黑軟膏，氟溶液可用于冰晶石的合成；
(3)白炭黑軟膏洗滌后，在200℃下采用離心噴霧干燥，得比表面積為190m2/g的白炭黑。
實(shí)施例2在其它條件與實(shí)施例1相同的情況下，使用氨水作氨解劑，所得白炭黑的比表面積為170m2/g實(shí)施例3(1)制晶種2％(以SiO2計(jì))水玻璃(模數(shù)3.5)溶液與50％氟硅酸鈉料漿反應(yīng)制備晶種，控制溶液pH為9.0，晶種陳化1小時(shí)；(2)氨解向配制好的氟硅酸鈉料漿中加入晶種，晶種中氧化硅與料漿中氟硅酸鈉的質(zhì)量比為0.3，在常溫下，向料漿中逐漸加入理論量的1.2倍的30％碳銨料漿，反應(yīng)1小時(shí)，反應(yīng)后反應(yīng)液在90℃下陳化2小時(shí)，采用板框過濾進(jìn)行固液分離得氟溶液與白炭黑軟膏，氟溶液可用于冰晶石的合成；(3)白炭黑軟膏洗滌后，在200℃下采用離心噴霧干燥，得比表面積為230m2/g的白炭黑。
實(shí)施例4在其它條件與實(shí)施例3相同的情況下，使用氨水作氨解劑，所得白炭黑的比表面積為200m2/g。
權(quán)利要求
1．一種改進(jìn)的以氟硅酸鈉為原料制備白炭黑的方法，包括①氧化硅晶種的制備，②在氧化硅晶種存在的條件下氟硅酸鈉與碳銨或氨水的氨解和③氨解后所得白炭黑軟膏的處理三個(gè)步驟，其特征在于①氧化硅晶種是這樣制備的在晶種槽中加入水玻璃或硅酸鈉溶液，然后加入氟硅酸鈉料漿，使其反應(yīng)生成氧化硅晶種，反應(yīng)終點(diǎn)控制溶液的pH=6.0～10.0，然后晶種陳化5～24小時(shí)；②氟硅酸鈉與碳銨或氨水的氨解是這樣進(jìn)行的在氟硅酸鈉料漿中加入上述晶種，晶種中氧化硅與氟硅酸鈉的質(zhì)量比為0.1～1.5，用氨水或碳銨與料漿反應(yīng)0.1～2小時(shí)，反應(yīng)后反應(yīng)液陳化0.5～4小時(shí)，然后過濾進(jìn)行固液分離，獲得氟溶液與白炭黑軟膏；氨水或碳銨的加入量為理論量的1.1～1.4倍。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，氧化硅晶種制備時(shí)水玻璃或硅酸鈉溶液的濃度以SiO2計(jì)為0.1％～10％，氟硅酸鈉料漿的質(zhì)量百分濃度為0.5～50％。
3．如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，氟硅酸鈉采用符合國標(biāo)的磷肥工業(yè)副產(chǎn)品。
4．如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，氨解劑為碳銨。
5．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，氨解劑為碳銨。
6．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，氨解劑為任意濃度的碳銨溶液。
7．如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，氨解劑為任意濃度的碳銨溶液。
8．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，碳銨為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)的以氟硅酸鈉為原料制備白炭黑的方法。本發(fā)明采用水玻璃或硅酸鈉溶液與氟硅酸鈉反應(yīng)制備晶種,然后在晶種存在的條件下,采用碳銨作氨解劑對(duì)氟硅酸鈉進(jìn)行氨解。其所制的橡膠產(chǎn)品經(jīng)上海市橡膠制品質(zhì)量監(jiān)督站檢測(cè),拉伸強(qiáng)度達(dá)到27MPa(丁苯橡膠,國際標(biāo)準(zhǔn)配方)。所獲得的白炭黑產(chǎn)品的應(yīng)用性能達(dá)到或超過了現(xiàn)有工藝,且沒有引入硫酸根等離子,不會(huì)對(duì)冰晶石的合成造成任何影響。
文檔編號(hào)C01B33/00GK1298837SQ0012794
公開日2001年6月13日 申請(qǐng)日期2000年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月19日
發(fā)明者王相田, 劉偉, 馬燕, 古宏晨, 朱孟欽, 羅美芳 申請(qǐng)人:上海博納科技發(fā)展有限公司