專利名稱：沉淀二氧化硅的新的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目標(biāo)是沉淀二氧化硅的新的制備方法。
背景技術(shù)：
沉淀二氧化硅已長時(shí)間在彈性體中用作增強(qiáng)用白色填料，特別是在輪胎中。沉淀二氧化硅的制備通過如下方式進(jìn)行使用酸化劑進(jìn)行硅酸鹽、特別是堿金屬 的硅酸鹽的沉淀，然后是通過過濾進(jìn)行分離以獲得濾餅的步驟，以及所述濾餅的洗滌步驟， 尤其是為了去除酸化步驟中形成的可溶鹽，所述可溶鹽會(huì)證實(shí)對(duì)所獲得的產(chǎn)品的應(yīng)用有 害，然后是該濾餅的任選的崩解步驟，以及所述濾餅的干燥步驟，例如通過霧化。在沉淀二氧化硅懸浮液的過濾過程中，洗滌步驟對(duì)應(yīng)于總周期時(shí)間的約40%的大 部分時(shí)間，其尤其包含過濾、洗滌和壓實(shí)步驟。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目標(biāo)之一在于提供一種方法，該方法使得可以降低洗滌時(shí)間，同時(shí) 有利地保持最終性能，即可溶鹽相對(duì)于二氧化硅的殘留率。本發(fā)明的目標(biāo)之一因而優(yōu)選地在于提高沉淀二氧化硅的制備方法的生產(chǎn)率，尤其 是相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的方法，并且通常提高至少約5%，特別是至少約20%，例如最高達(dá)約 50%。本發(fā)明的另一目標(biāo)在于降低沉淀二氧化硅的制備過程中使用的水量，尤其是相對(duì) 于現(xiàn)有技術(shù)的方法。尤其是，根據(jù)這些目的，在根據(jù)本發(fā)明的方法中將過濾和洗滌組合在單一操作中。因而，本發(fā)明涉及沉淀二氧化硅的制備方法，該方法包括含水懸浮液(S)的過濾 和洗滌步驟，所述懸浮液( 來自于硅酸鹽與酸化劑的反應(yīng)，所述方法包括如下步驟(a)過濾沉淀二氧化硅懸浮液( 的第一部分(Si)，從而形成濾餅(Gl)，然后洗滌 所述濾餅(Gl)，并通過將由此獲得的經(jīng)洗滌的濾餅(Gl)尤其用水稀釋進(jìn)行懸浮而形成懸 浮液(S，1)；(b)過濾懸浮液(S)的第二部分(S2)，從而獲得濾餅(G》；以及(c)將來自步驟(a)的所述懸浮液(S’ 1)通過步驟(b)結(jié)束時(shí)獲得的濾餅(G2) 過濾，從而將所述濾餅(6 用作濾料層(pMcouche de filtration)。在步驟(c)結(jié)束時(shí)，在濾餅(G2)上形成新的濾餅(G3)以形成總濾餅(G4)，該總濾 餅對(duì)應(yīng)于濾餅(G2)和(G3)的組合。沉淀二氧化硅的懸浮液( 通?？梢允腔诔恋矶趸桀w粒的任何懸浮液。術(shù) 語“沉淀二氧化硅”在本說明書中指的是通過硅酸鹽與酸的反應(yīng)根據(jù)任何制備方式獲得的 任何二氧化硅，尤其是通過將酸加入硅酸鹽母料中，或者通過將全部或部分的酸和硅酸鹽 同時(shí)加入水或硅酸鹽母料中。懸浮液( 通常是在這樣的反應(yīng)結(jié)束時(shí)獲得的二氧化硅漿 料，向其中可以任選地加入不同的添加劑。
本發(fā)明涉及沉淀二氧化硅的制備方法，其中對(duì)沉淀二氧化硅的具體類型沒有限 制。優(yōu)選地，懸浮液(S)中存在的沉淀二氧化硅是在干燥后具有如下特征的沉淀二氧 化硅通常在80和500m2/g之間、特別是在100和350m2/g之間、例如在120和^0m2/g之間 的BET比表面積，以及在80和400m2/g之間、特別是在100和300m2/g之間、例如在100和 240m2/g之間的CTAB比表面積。BET比表面積根據(jù)記載于“The Journal of the American Chemical Society” 1938年2月第60卷第309頁中并對(duì)應(yīng)于NF ISO 9277標(biāo)準(zhǔn)(1996年 12月)的BRUNAUER-EMMET-TELLER方法確定。CTAB比表面積是可以根據(jù)NF ISO 5794-1 標(biāo)準(zhǔn)(2006年2月，第二版2006-0 中記載的方法確定的外表面積。作為特別適于實(shí)施本發(fā)明方法的沉淀二氧化硅，尤其可以提及根據(jù)例如申請(qǐng)EP 0 520 862、WO 95/09127、WO 95/09128、WO 98/54090 或 WO 03/016215 中記載的方法獲得的 沉淀二氧化硅。經(jīng)洗滌的濾餅(Gl)的上述懸浮步驟(a)對(duì)應(yīng)于所述濾餅的再漿化步驟。(Gl)也 稱為再漿化濾餅。上述步驟(b)在于形成濾餅(G2)，該濾餅此后也稱為濾料層。根據(jù)本發(fā)明的方法因此在于在第一步中通過懸浮液(S》的過濾而形成濾餅濾料 層(6 ，然后在該濾料層上過濾漿料，該漿料有利地含有低的可溶鹽含量，尤其是硫酸鹽含 量(懸浮液(S，1))。本發(fā)明方法包含兩個(gè)主要步驟。在第一步過程中，通過來自沉淀反應(yīng)的二氧化硅 漿料(懸浮液(S。)的過濾而形成濾餅濾料層。該懸浮液以及隨后得到的濾料層含有一定 量的可溶鹽，尤其是硫酸鹽，它隨著二氧化硅品級(jí)而變化。它們也含有由于固體顆粒之間的 相互作用力而形成的團(tuán)聚體(也稱為絮凝物)。因此，濾料層的比阻相當(dāng)?shù)?，因?yàn)樗鼈冇尚?凝物形成，從而提高了其孔隙率。第二過濾步驟在于在該濾料層上過濾漿料，該漿料通過將預(yù)先通過二氧化硅懸浮 液(Si)的過濾及隨后的洗滌形成的二氧化硅濾餅再漿化而獲得。相對(duì)于來自反應(yīng)的漿料， 該漿料在洗滌和再漿化作用后含有較大量的細(xì)顆粒。當(dāng)“清潔”漿料(或懸浮液(S’ 1))與濾料層接觸時(shí)，形成第二濾餅。該第二漿料 中所含的液體逐漸驅(qū)除濾料層中所含的液體(其含有大量的可溶鹽，尤其是硫酸鹽)。因 而，在過濾結(jié)束時(shí)，在濾餅中僅剩下來自“清潔”漿料的液體。在兩個(gè)過濾步驟后，最終濾餅中可溶鹽(尤其是硫酸鹽)的濃度不一定等于第二 過濾步驟過程中使用的漿料中的濃度。再漿化使得可以將束縛于團(tuán)聚體中并且不能通過標(biāo) 準(zhǔn)的交叉洗滌去除的可溶鹽(尤其是硫酸鹽)釋放出來。最終的壓實(shí)脫水使得可以排出額外量的可溶鹽(尤其是硫酸鹽)，以便獲得含有 最少量的可溶鹽(尤其是硫酸鹽)的最終濾餅。本發(fā)明方法也稱為帶有自身濾料層的過濾方法(FAP)。如上所述，帶有自身濾料層的過濾使得可以顯著降低洗滌時(shí)間以及消耗的水量。洗滌時(shí)間的降低使得可以降低周期時(shí)間。因而，本發(fā)明方法使得可以降低總周期時(shí)間(從過濾器、尤其是壓濾機(jī)的加載直 到拆卸)。在現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)方法中，周期時(shí)間為約6，000秒；在采用自身濾料層過濾的本發(fā)明方法范圍內(nèi)，周期時(shí)間有利地小于6，000秒，優(yōu)選小于5，000秒，甚至小于3，500秒，特 別是等于約3，000秒。該周期時(shí)間的降低導(dǎo)致生產(chǎn)率的提高。通過每個(gè)周期二氧化硅的量的提高可以帶來額外的收益。實(shí)際上，再漿化后獲得 的漿料(懸浮液S’ 1)含有比反應(yīng)漿料⑶少的絮凝物，因而(S’ 1)含有更多的容易通過 過濾排出的游離水。來自(S’ 1)的過濾的濾餅因而更可壓縮，因此其厚度相對(duì)于來自反應(yīng) 漿料( 的濾餅得以降低。這種相對(duì)于通過普通反應(yīng)漿料( 形成的濾餅的厚度差可以用 于加載更多的二氧化硅，因而加載更多的漿料。根據(jù)本發(fā)明的方法還使得可以獲得具有至多2%，優(yōu)選至多1.6%，特別是小于 并且例如小于0. 3%的可溶鹽(尤其是硫酸鹽)含量的沉淀二氧化硅。可溶鹽(特別是
硫酸鹽)的這種低含量有利于某些應(yīng)用，尤其是在彈性體或有機(jī)硅中的應(yīng)用。考慮到吸收 性能，也可以考慮例如在紙或液體載體領(lǐng)域中的應(yīng)用，特別是用于動(dòng)物飼料中(例如維生 素(尤其是維生素E)、氯化膽堿)。也可以考慮介質(zhì)的流變改性領(lǐng)域中的應(yīng)用，例如作為牙 膏的增稠劑。也可以考慮作為抗結(jié)塊或增粘添加劑或者電池隔離物元件的應(yīng)用。有利地，在帶有自身濾料層的過濾方法結(jié)束時(shí)獲得的濾餅的干燥度(或干物質(zhì)含 量)大于20重量％，優(yōu)選大于22重量％，尤其在23和30重量％之間，例如在23和27重 量％之間。因而，注意到，相對(duì)于常規(guī)方法干燥度收益通常為至少約2至3%，這導(dǎo)致每噸最 終產(chǎn)品將要蒸發(fā)的水量的至少約12%的收益，以及因此在干燥時(shí)消耗的能量的相應(yīng)收益。根據(jù)本發(fā)明的方法還使得可以消除現(xiàn)有技術(shù)方法的一些缺點(diǎn)，例如通過中芯 (noyau central)的水洗滌或交叉洗滌方法。更特別地，交叉洗滌通常具有時(shí)間長的缺點(diǎn)，因?yàn)樗刂鴮?duì)角線通過整個(gè)濾餅。它 通常也消耗水。實(shí)際上，在洗滌過程中，在洗滌壓力的作用下產(chǎn)生優(yōu)先路徑，因此為了能夠 提取最多的鹽，必須通過相當(dāng)大量的水。關(guān)于在過濾步驟后通過芯(noyau)的洗滌，水產(chǎn)生通過濾餅的優(yōu)先路徑(或旁 路)，并且優(yōu)先導(dǎo)向例如位于右上和左下的孔。這通常導(dǎo)致如下結(jié)果右上和左下的濾餅的 兩個(gè)四分之一部分得到良好的洗滌，左上和右下的濾餅的兩個(gè)四分之一部分得到很差的洗 滌。根據(jù)本發(fā)明的帶有自身濾料層的過濾方法使得可以解決該優(yōu)先路徑問題。實(shí)際 上，由于固體二氧化硅顆粒在再漿化漿料中的存在，優(yōu)先路徑快速阻塞并且水在整個(gè)濾餅 上均勻分布。根據(jù)本發(fā)明的一種有利的實(shí)施方案，濾餅或?yàn)V料層(6 中干燥二氧化硅的量與 再漿化濾餅(Gl)中干燥二氧化硅的量之間的質(zhì)量比在50/50和85/15之間。優(yōu)選地，本發(fā)明方法的特征還在于經(jīng)洗滌的濾餅(Gl)的再懸浮步驟在懸浮液 (S’ 1)中存在15至60g/L的二氧化硅的情況下進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案，過濾步驟(b)和(C)在壓濾機(jī)上進(jìn)行。壓濾機(jī)的使用使得可以實(shí)現(xiàn)壓實(shí)，因而可以通過脫水去除額外量的可溶鹽，尤其 是硫酸鹽。根據(jù)本發(fā)明的另一種具體實(shí)施方案，過濾步驟(a)在旋轉(zhuǎn)過濾器上進(jìn)行。在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)，可以將壓濾機(jī)和旋轉(zhuǎn)過濾器的使用相結(jié)合。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，懸浮液( 通常含有來自用于使二氧化硅沉淀的酸化劑 的鹽；更特別地，懸浮液( 含有硫酸鈉。通常，所述懸浮液(S)含有5至30重量％，特別是10至20重量％的來自用于使 二氧化硅沉淀的酸化劑的鹽，尤其是硫酸鈉。根據(jù)本發(fā)明方法的一種優(yōu)選實(shí)施方案，過濾步驟(c)(在其結(jié)束時(shí)獲得濾餅(G4)) 之后具有獲得的所述濾餅的干燥步驟。在必要時(shí)，該步驟(C)之后可以具有濾餅(G4)的任何成形步驟。根據(jù)本發(fā)明的方法使得可以降低水的消耗。優(yōu)選地，在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)，消耗 的水量為每千克干燥二氧化硅5至10千克水、尤其是6至8千克水。有利地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的濾布可以具有比現(xiàn)有技術(shù)方法中使用的濾 布長得多的壽命。最后，本發(fā)明方法使得不僅可以改善在過濾器自身處的生產(chǎn)率，而且可以改善在 二氧化硅的制備方法中整個(gè)過濾洗滌步驟的生產(chǎn)率。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例實(shí)施例1 實(shí)驗(yàn)室方案1.懸浮液使用的懸浮液(S)是二氧化硅漿料Z1165MP，它具有如下特征
溫度70 0CPH4. 4-5. 2濕度90. 0-90. 2%在操作過程中，將漿料置于水浴中以保持其溫度。2.過濾將來自沉淀反應(yīng)的漿料⑶置于進(jìn)料槽中，然后在4巴下過濾，直到獲得SOmL的 濾液，表明形成濾料層(6 (填充的腔體的一半)以及第一過濾步驟的結(jié)束。在第二步過程中，將來自經(jīng)洗滌且再漿化的濾餅(Gl)的漿料(S’l)在4巴的相同 壓力下過濾，直到在濾料層上形成第二濾餅。在獲得另外的SOmL濾液后停止過濾。該濾餅 的硫酸鹽含量低的濾液通過濾料層并帶走它所含的硫酸鹽。壓實(shí)使得可以排出任何額外的 硫酸鹽。獲得最終的濾餅，其具有小于1重量％的硫酸鹽量。3.結(jié)果結(jié)果表示于

圖1中，它表示的曲線跟蹤本發(fā)明方法過程中濾液的電導(dǎo)率(mS/cm) 與濾液體積(HiL)的關(guān)系。在IOmL濾液樣品上進(jìn)行測量。在該曲線上，區(qū)分兩個(gè)部分第一 部分在V = OmL和V = SOmL之間，它對(duì)應(yīng)于來自反應(yīng)的漿料的過濾(方法的步驟(b))，第 二部分在V = SOmL和V = 160mL之間，它對(duì)應(yīng)于含有很少量硫酸鹽的漿料的過濾(方法的 步驟(c))。
6
在曲線的第一部分上(第一過濾步驟)，濾液的電導(dǎo)率是常數(shù)(這是常規(guī)過濾的情 況)。在曲線的第二部分上(第二過濾步驟)，觀察到兩個(gè)階段。第一階段位于V = SOmL和V = 130mL之間，其中電導(dǎo)率是常數(shù)并且也等于濾料層 中所含的液體的電導(dǎo)率。這是由于來自“清潔”漿料的液體通過活塞效應(yīng)推動(dòng)含有硫酸鹽 的液體(最初截留在濾料層中)。在過濾結(jié)束時(shí)，觀察到電導(dǎo)率的急劇下降，表明濾料層的硫酸鹽損耗(第二階段， V > 130mL)。壓實(shí)液體的電導(dǎo)率等于anS/cm。進(jìn)行了五次測試，結(jié)果見下表
權(quán)利要求
1.沉淀二氧化硅的制備方法，該方法包括含水懸浮液(S)的過濾和洗滌步驟，所述方 法包括如下步驟(a)過濾沉淀二氧化硅懸浮液( 的第一部分(Si)，從而形成濾餅(Gl)，然后洗滌所述 濾餅(Gl)，并通過將由此獲得的經(jīng)洗滌的濾餅(Gl)尤其用水稀釋進(jìn)行懸浮而形成懸浮液 (S， 1)；(b)過濾懸浮液(S)的第二部分(S2)，從而獲得濾餅(G》；以及(c)將來自步驟(a)的所述懸浮液(S’l)通過步驟(b)結(jié)束時(shí)獲得的濾餅(6 過濾， 將所述濾餅(G2)用作濾料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于濾料層(6 中干燥二氧化硅的量與再漿化 濾餅(Gl)中干燥二氧化硅的量之間的質(zhì)量比在50/50和85/15之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于經(jīng)洗滌的濾餅(Gl)的再懸浮步驟在懸浮液 (S’ 1)中存在15至60g/L的二氧化硅的情況下進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其特征在于過濾步驟(b)和(c)在壓濾機(jī)上進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于過濾步驟(a)在旋轉(zhuǎn)過濾器上進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法，其特征在于懸浮液( 含有硫酸鈉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于懸浮液( 含有5至30重量％，特別是10至 20重量％的硫酸鈉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其特征在于過濾步驟(c)之后具有在所述步驟(c) 結(jié)束時(shí)獲得的濾餅的干燥步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及沉淀二氧化硅的制備方法，該方法包括含水懸浮液(S)的過濾和洗滌步驟，所述方法包括如下步驟(a)過濾沉淀二氧化硅懸浮液(S)的第一部分(S1)，從而形成濾餅(G1)；然后洗滌所述濾餅(G1)，并通過將由此獲得的經(jīng)洗滌的濾餅(G1)尤其用水稀釋進(jìn)行懸浮而形成懸浮液(S’1)；(b)過濾懸浮液(S)的第二部分(S2)，從而獲得濾餅(G2)；以及(c)將來自步驟(a)的所述懸浮液(S’1)通過步驟(b)結(jié)束時(shí)獲得的濾餅(G2)過濾，將所述濾餅(G2)用作濾料層。
文檔編號(hào)C01B33/148GK102066253SQ200980116987
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者C·波爾特勒, Z·索阿 申請(qǐng)人:羅地亞管理公司