專利名稱：以硅灰石為原料生產(chǎn)納米二氧化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非金屬納米材料生產(chǎn)方法，尤其涉及一種以硅灰石為原料生產(chǎn)納米二氧化硅的方法。
納米二氧化硅作為一種添加劑，可廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、陶瓷、密封膠、粘結(jié)劑、玻璃鋼、顏料、涂料、功能纖維、有機(jī)玻璃、環(huán)保吸附、油墨印染、造紙等諸多領(lǐng)域，使用后大大提高和改善原有產(chǎn)品的性能?，F(xiàn)有納米二氧化硅生產(chǎn)方法有三種硅酸納(水玻璃)法、硅溶膠法和正硅酸乙酯法。這些生產(chǎn)方法的共同特點(diǎn)是固定資產(chǎn)投資大，工藝復(fù)雜，用水量大，能耗高，生產(chǎn)成本高。
本發(fā)明的目的是提供一種投資小，工藝簡單，成本低的以硅灰石為原料生產(chǎn)納米二氧化硅的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是以價(jià)格低廉、資源豐富的硅灰石為原料，運(yùn)用溶膠—凝膠工藝，通過分散劑保護(hù)，控制反應(yīng)體系PH值來生產(chǎn)納米級(jí)二氧化硅。硅灰石化學(xué)名稱為偏硅酸鈣，分子式CaSiO3。產(chǎn)品二氧化硅分子式為SiO2。在盛有熱水的化學(xué)反應(yīng)器中按重量百分比加入0.1％～1.5％的分散劑聚乙二醇，啟動(dòng)攪拌機(jī)，攪拌均勻后加入硅灰石粉，配成5％～15％的水懸浮液，加入鹽酸進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)期間加入0.05％～0.50％的氫氟酸，加鹽酸速度和加入量以控制反應(yīng)體系PH值始終小于2為準(zhǔn)，反應(yīng)結(jié)束后，用堿液中和調(diào)整反應(yīng)后混合液PH值至4～7，再用鹽酸回調(diào)混合液PH值至小于2，將產(chǎn)物硅凝膠(沉淀水合二氧化硅)濾出、洗滌、甩干，放入盛有熱水含0.1％～1.0％聚乙二醇的化學(xué)反應(yīng)器中，加入鹽酸，進(jìn)行二次反應(yīng)，控制反應(yīng)體系PH值始終小于2，反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物硅凝膠濾出、洗凈、甩干，用酒精、叔丁醇或正丁醇浸沒保護(hù)后倒入烘干器內(nèi)烘干，然后放入灼燒爐內(nèi)，在600℃-750℃溫度下灼燒除去分散劑聚乙二醇，即得成品。
上述目標(biāo)產(chǎn)品反應(yīng)機(jī)理
產(chǎn)品品質(zhì)SiO2≥98.5％；MgO≤0.2％；CaO≤0.5％；Fe2O3≤0.1％；其它雜質(zhì)≤0.7％；粒徑5-100納米，比表面積≥250m2/g；白度≥91。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是1、以硅灰石為原料，由礦石一步到位變成納米材料的方法，具有工藝簡單、流程短、能耗低、水耗僅為硅酸鈉法的一半，生產(chǎn)成本低。
2、工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備為一般化工設(shè)備，并且用于專業(yè)生產(chǎn)設(shè)備不多，固定資產(chǎn)投資少，僅為同規(guī)模硅酸鈉法投資的50％。
3、用酒精、叔丁醇或正丁醇來保護(hù)產(chǎn)出的納米級(jí)二氧化硅，能有效防止二氧化硅粒子長大，粒徑控制在100納米以內(nèi)。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
實(shí)施例本發(fā)明運(yùn)用溶膠—凝膠工藝加分散劑保護(hù)，控制反應(yīng)體系PH值來生產(chǎn)納米二氧化硅的技術(shù)方案，具體實(shí)施為在盛有熱水的化學(xué)反應(yīng)器中按重量百分比加入0.1％～1.5％的分散劑聚乙二醇，啟動(dòng)攪拌機(jī)，攪拌后使聚乙二醇均勻分布在熱水中，加入硅灰石粉，配成5％～15％的水懸浮液，加入鹽酸，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)期間，加入0.05％～0.50％的氫氟酸，加鹽酸速度和加入量以控制反應(yīng)體系PH值始終小于2為準(zhǔn)，反應(yīng)結(jié)束后，用堿液中和調(diào)整反應(yīng)后混合液PH值至4～7，再用鹽酸回調(diào)混合液PH值至小于2，將產(chǎn)物硅凝膠(沉淀水合二氧化硅)濾出、洗滌、甩干，放入另一個(gè)盛有熱水含0.1％～1.0％聚乙二醇的化學(xué)反應(yīng)器中，加入鹽酸，進(jìn)行二次反應(yīng)，控制反應(yīng)體系PH值始終小于2，反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物硅凝膠濾出、洗凈、甩干，用酒精、叔丁醇或正丁醇浸沒保護(hù)后倒入烘干器內(nèi)烘干，然后放入灼燒爐內(nèi)，在600℃～750℃溫度下灼燒除去分散劑聚乙二醇，即得納米二氧化硅成品。
例1稱取江西新余產(chǎn)硅灰石粉10％計(jì)100千克，分散劑聚乙二醇1.0％計(jì)10千克備用。在化學(xué)反應(yīng)器中加入40℃～60℃的熱水，占88.8％計(jì)888千克，加入聚乙二醇，啟動(dòng)攪拌機(jī)，攪拌均勻后加入硅灰石粉，配成10％的水懸浮液，加入鹽酸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)期間，加入0.20％計(jì)2.0千克的氫氟酸，同時(shí)去除鎂、鐵、鋁、錳等雜質(zhì)，反應(yīng)過程中，加鹽酸速度和加入量以控制反應(yīng)體系PH值始終小于2為準(zhǔn)，用PH值試紙或酸度計(jì)經(jīng)常測量。反應(yīng)結(jié)束后，用氨水中和調(diào)整反應(yīng)后混合液PH值至4～5，再用鹽酸回調(diào)混合液PH值至小于2，將產(chǎn)物硅凝膠濾出、洗滌、甩干，放入另一個(gè)盛有熱水含聚乙二醇0.8％的化學(xué)反應(yīng)器中，加入鹽酸，進(jìn)行二次反應(yīng)，進(jìn)一步去鈣、鎂、鐵、錳、鋁等雜質(zhì)。反應(yīng)過程中，加酸速度和加入量以控制反應(yīng)體系PH值始終小于2為準(zhǔn)。反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物硅凝膠濾出、洗凈、甩干，用酒精浸沒保護(hù)后倒入烘干器內(nèi)烘干，然后取出放入灼燒爐內(nèi)，在600℃～750℃溫度下灼燒除去分散劑聚乙二醇，即得成品。
例2稱取江西上高產(chǎn)硅灰石粉5％計(jì)50千克，分散劑聚乙二醇0.1％計(jì)1千克備用。在化學(xué)反應(yīng)器中加入94.85％潔凈水，計(jì)948.5千克，用加熱器加熱到50℃～60℃，加入聚乙二醇，啟動(dòng)攪拌機(jī)，攪拌均勻后加入硅灰石粉，配成5％的水懸浮液，加入鹽酸，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)期間，加入0.05％計(jì)0.5千克的氫氟酸，控制反應(yīng)體系PH值始終小于2，反應(yīng)結(jié)束后，用氫氧化鈉溶液中和調(diào)整反應(yīng)后的混合液PH值至5～7，再用鹽酸回調(diào)混合液PH值至小于2，將產(chǎn)物硅凝膠濾出、洗滌、甩干備用。將化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)殘液放出、洗凈，重新加入潔凈水，加熱至70℃～80℃，再加入0.1％的聚乙二醇，攪拌均勻后加入前次反應(yīng)產(chǎn)物硅凝膠，加入鹽酸，進(jìn)行二次反應(yīng)，控制反應(yīng)體系PH值始終小于2。反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物濾出、洗凈、甩干，用叔丁醇浸沒保護(hù)，經(jīng)烘干、灼燒即得產(chǎn)品。
例3稱取江西上高產(chǎn)硅灰石粉15％計(jì)300千克，聚乙二醇1.5％計(jì)30千克備用。在化學(xué)反應(yīng)器中注入70℃～90℃的熱水，計(jì)1660千克，加入聚乙二醇，啟動(dòng)攪拌機(jī)，攪拌均勻后加入硅灰石粉，配成15％的水懸浮液，加入鹽酸，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)期間加入0.50％計(jì)10千克的氫氟酸，控制反應(yīng)體系PH值始終小于2，反應(yīng)結(jié)束后，用氫氧化鈣溶液中和調(diào)整反應(yīng)后的混合液PH值至4～7，再用鹽酸回調(diào)混合液PH值至小于2，將產(chǎn)物硅凝膠濾出、洗滌、甩干，放入另一盛有熱水、且含聚乙二醇1.0％的反應(yīng)器中，加入鹽酸，進(jìn)行二次反應(yīng)，控制反應(yīng)體系PH值始終小于2。反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物濾出、洗凈、甩干，用丁正醇浸沒保護(hù)，經(jīng)烘干、灼燒程序即得產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種以硅灰石為原料生產(chǎn)納米二氧化硅的方法，依次包括如下步驟(1)在盛有熱水的化學(xué)反應(yīng)器中加入0.1％～1.5％的分散劑聚乙二醇；(2)攪拌均勻后加入硅灰石粉，配成5％～15％的水懸浮液；(3)加入鹽酸，控制反應(yīng)體系PH值始終小于2；(4)反應(yīng)期間加入0.05％～0.50％的氫氟酸；(5)用堿液中和調(diào)整反應(yīng)后混合液PH值至4～7；(6)用鹽酸回調(diào)混合液PH值至小于2；(7)將產(chǎn)物濾出、洗滌、甩干，放入盛有熱水且含0.1％～1.0％聚乙二醇的化學(xué)反應(yīng)器中；(8)加入鹽酸，控制反應(yīng)體系PH值始終小于2；(9)將產(chǎn)物濾出、洗凈、甩干，用酒精、叔丁醇或正丁醇浸沒保護(hù)；(10)將產(chǎn)物放入烘干器內(nèi)烘干；(11)取出后放入灼燒爐，在600℃～750℃溫度下灼燒，除去分散劑聚乙二醇。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以硅灰石為原料生產(chǎn)納米二氧化硅的方法，其特征是在盛有熱水的化學(xué)反應(yīng)器中加入分散劑及硅灰石粉，再加入鹽酸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后混合液用堿液中和調(diào)整pH值至4～7，再用鹽酸回調(diào)混合液pH值至小于2，將產(chǎn)物濾出、甩干后放入另一個(gè)盛有熱水的化學(xué)反應(yīng)器中，加入鹽酸，進(jìn)行二次反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物硅凝膠濾出、洗凈、甩干，用酒精、叔丁醇或正丁醇浸沒保護(hù)后，經(jīng)烘干、灼燒程序后得產(chǎn)品。本發(fā)明的顯著特點(diǎn)是由礦石一步到位生產(chǎn)納米二氧化硅。具有工藝簡單、流程短、能耗低，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B33/00GK1482061SQ0214300
公開日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2002年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月10日
發(fā)明者吳太白, 冷光榮, 劉志芳, 胡曉洪, 傅偉東, 張志芳, 劉廣新 申請(qǐng)人:新余鋼鐵有限責(zé)任公司