專(zhuān)利名稱(chēng)：一種由蛇紋石尾礦制備沉淀白炭黑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蛇紋石尾礦的綜合利用，尤其是對(duì)蛇紋石尾礦酸浸濾餅的綜合利用， 確切的說(shuō)是一種由蛇紋石尾礦制備沉淀白炭黑的新工藝。
背景技術(shù)：
蛇紋石是I : I型三八面體層狀硅酸鹽礦物，其單元是由一層硅氧四面體和一層輕氧八面體結(jié)合而成。蛇紋石的理論化學(xué)式為3Mg02 · SiO2 · 2H20,純凈的蛇紋石含 Si0244. 1%、Mg043%，結(jié)晶水12. 9%。蛇紋石礦中常伴生有鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉻 (Cr)及少量的鉬族元素(如鉬、銠、銥等)。我國(guó)蛇紋石礦儲(chǔ)量超過(guò)50億噸，且分布廣、品位好，具有較高的綜合開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。蛇紋石在強(qiáng)酸介質(zhì)中，其層狀結(jié)構(gòu)可被全部破壞，鎂等可溶性成分進(jìn)入溶液，硅變成了具有晶格骨架的多孔性、易反應(yīng)性的活性二氧化硅，為以酸浸濾餅為原料制備沉淀白炭黑提供了良好的條件。白炭黑又稱(chēng)水合二氧化硅、活性二氧化硅或沉淀二氧化硅(沉淀白炭黑)，化學(xué)式 SiO2 ·ηΗ20。它是一種白色、無(wú)毒、無(wú)定形微細(xì)粉狀的無(wú)機(jī)娃化合物,具有多孔性、高分散性、 質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、不燃燒和電絕緣性好等優(yōu)異性能，已廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、 造紙、涂料、染料和油墨等諸多領(lǐng)域，已經(jīng)成為大有前途的材料之一。近年來(lái)，由于汽車(chē)及其運(yùn)輸業(yè)的高速發(fā)展、炭黑生產(chǎn)所用原料的漲價(jià)和節(jié)能減排的要求，使得白炭黑成為橡膠行業(yè)補(bǔ)強(qiáng)材料的佼佼者。早在2007年，我國(guó)沉淀法白炭黑的產(chǎn)能為80萬(wàn)噸，產(chǎn)量為63萬(wàn)噸， 已居世界第一位。2001年 2007年年均增長(zhǎng)18.2%。據(jù)美國(guó)納馳咨詢(xún)公司所做的市場(chǎng)研究報(bào)告稱(chēng)，世界沉淀法白炭黑的市場(chǎng)需求量預(yù)計(jì)將以每年4%的速度遞增，到2015年沉淀法白炭黑需求量將達(dá)到210萬(wàn)噸，同期市場(chǎng)值將增加至25億美元。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對(duì)白炭黑的需求量也日益增加。目前國(guó)內(nèi)外白炭黑的生產(chǎn)工藝主要有兩種，一種是以鹵化硅為原料的氣相法，另一種是以水玻璃等為原料的沉淀法I、氣相法氣相法制備白炭黑是由Si的氯化物如SiCl4或CH3SiCl3等在氫氣和氧氣燃燒生成的水中進(jìn)行高溫(> 1000°c)水解反應(yīng)，然后驟冷，經(jīng)過(guò)聚集、脫酸等后處理工藝而制得。 其反應(yīng)原理如下Η2+02 — H2OCH3SiCl3+H20 — CH3SiCl20H+HClCH3Si (OH) 2C1+H20 — CH3Si (OH) 3+HClCH3Si (OH) 3+H20 — CH4+Si (OH) 4
nSi (OH) 4 — nSi02+2nH20CH4+02 — H2CHCO2從以上反應(yīng)歷程可知，在氧氣充足的條件下，反應(yīng)過(guò)程可表示為CH3SiCl3+2H2+302 — Si02+C02+3HC1+2H20
用氣相法生產(chǎn)的白炭黑是高純度、小粒徑的高品質(zhì)產(chǎn)品，一般用于精細(xì)填料。但由于其反應(yīng)流程長(zhǎng)、生產(chǎn)能耗大、產(chǎn)品價(jià)格高而使其應(yīng)用受到限制。2、沉淀法沉淀法白炭黑的生產(chǎn)就是通過(guò)水玻璃酸化獲得疏松、粒細(xì)、以絮狀沉淀出來(lái)的 SiO2粉體。其反應(yīng)原理如下Na2Si03+2HCl — 2NaCl+H2Si03H2SiO3+(η-1) H2O-SiO2 · ηΗ20或Na2Si03+H2S04-Na2S04+H2Si03H2SiO3+(η-1) H2O-SiO2 · ηΗ20用沉淀法制備白炭黑的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品成本低，但產(chǎn)品粒徑大、活性較差、產(chǎn)品品質(zhì)低。蛇紋石開(kāi)采后，符合一定尺寸的塊礦一般用作助溶劑直接使用，而粒度較小的碎礦約占開(kāi)采總量的1/3-2/3，稱(chēng)之為蛇紋石尾礦，其主要成分和塊礦一樣。關(guān)于以蛇紋石為原料制備鎂系列和硅系列產(chǎn)品，所報(bào)道的工藝流程中蛇紋石的酸浸分解工序常用過(guò)量的硫酸溶液(質(zhì)量濃度約為40%)為酸浸劑，存在著酸浸液中殘余游離硫酸濃度較高(約 20wt% )，需進(jìn)一步處理的問(wèn)題；由硅酸鈉溶液制備沉淀白炭黑工藝中，常用無(wú)機(jī)強(qiáng)酸(如硫酸等)為沉淀劑，存在著明顯的副產(chǎn)物硫酸鈉回收能耗高、價(jià)格低等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種由蛇紋石尾礦制備沉淀白炭黑的方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是遴選新的沉淀劑和優(yōu)化制備方法從而提高產(chǎn)品純度并降低環(huán)境污染。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明由蛇紋石尾礦制備沉淀白炭黑的方法，包括酸浸和碳化沉硅各單元過(guò)程， 其特征在于所述酸浸包括一次酸浸和二次酸浸過(guò)程所述一次酸浸是將蛇紋石尾礦粉碎并過(guò)200目篩得到蛇紋石尾礦粉，向蛇紋石尾礦粉中加入蛇紋石尾礦粉質(zhì)量3-6倍的質(zhì)量濃度為5-10 %的硫酸溶液，于60-95°C反應(yīng)3-7 小時(shí)，過(guò)濾分離得到一次酸浸濾液和一次酸浸濾餅，一次酸浸濾餅洗滌并干燥后備用；所述二次酸浸向?qū)⒁淮嗡峤V餅中加入一次酸浸濾餅質(zhì)量4-7倍的質(zhì)量濃度為 15-25%的硫酸溶液,于60_95°C反應(yīng)4_6小時(shí),過(guò)濾分離得到二次酸浸濾液和二次酸浸濾餅，二次酸浸濾餅洗滌并干燥后備用，主要成分為活性二氧化硅；二次酸浸濾液可以返回一次酸浸過(guò)程中直接替換質(zhì)量濃度為5-10%的硫酸溶液使用；所述碳化沉硅是向二次酸浸所得濾餅中加入質(zhì)量濃度20%的氫氧化鈉溶液堿浸， 液固質(zhì)量比為3 1-4 I,堿浸時(shí)間為6-8小時(shí),過(guò)濾后得到娃酸鈉溶液,將娃酸鈉溶液稀釋至以二氧化硅計(jì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6-12%，然后向稀釋后的硅酸鈉溶液中通入純度> 99% 的CO2氣體，流量控制在50-100mL/min，于40-85°C下碳化反應(yīng)至體系pH = 10-11時(shí)停止通氣，保溫陳化O. 5-1小時(shí)，隨后過(guò)濾，濾餅洗滌至BaCl2溶液檢測(cè)無(wú)CO/—后干燥即得沉淀白炭黑；濾液返回沉硅反應(yīng)，用于稀釋堿浸所得的硅酸鈉溶液，循環(huán)1-2次，可自然結(jié)晶制得 Na2CO3 · IOH2O 樣品。本發(fā)明方法處理后蛇紋石尾礦中氧化鎂的總浸出率達(dá)98%，沉淀白炭黑樣品純度為 95. 00-96. 00%、宏觀(guān)粒徑為 I. 40-2. 0ym(d50)、白度為 97-99%。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在I、在蛇紋石尾礦酸浸步驟，采用“二步循環(huán)酸浸法”，蛇紋石尾礦中鎂等可溶性成分的總浸出率達(dá)98%，所得一次酸浸濾液中游離酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%，可直接進(jìn)行溶液中鎂等有效成分的提取；2、本發(fā)明以CO2氣體取代常用的無(wú)機(jī)強(qiáng)酸作為沉淀劑進(jìn)行沉淀白炭黑的制備，一方面較好地解決了以硫酸作為沉淀劑在沉硅過(guò)程中易出現(xiàn)“凝膠”的問(wèn)題；另一方面，所生成的副產(chǎn)物為回收價(jià)值較高的碳酸鈉；其化學(xué)反應(yīng)式為Na2O · mSi02+C02+nH20 = Na2C03+mSi02 · ηΗ20,mSi02 · ηΗ20 = mSi02 · pH20+(n_p) H20。3、本發(fā)明中沉硅反應(yīng)步驟所得碳酸鈉溶液經(jīng)循環(huán)使用后，可自然結(jié)晶制得 Na2CO3 · IOH2O樣品，副產(chǎn)品回收的能耗較低?？傊?，本發(fā)明采用的新工藝具有原材料利用充分、環(huán)境污染小、產(chǎn)品純度高和能耗低等優(yōu)點(diǎn)，便于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例中使用的蛇紋石尾礦為江西弋陽(yáng)蛇紋石尾礦，其化學(xué)組成如表I所示表I江西弋陽(yáng)蛇紋石尾礦的化學(xué)組成
權(quán)利要求
1. 一種由蛇紋石尾礦制備沉淀白炭黑的方法，包括酸浸和碳化沉硅各單元過(guò)程，其特征在于所述酸浸包括一次酸浸和二次酸浸過(guò)程所述一次酸浸是將蛇紋石尾礦粉碎并過(guò)200目篩得到蛇紋石尾礦粉，向蛇紋石尾礦粉中加入蛇紋石尾礦粉質(zhì)量3-6倍的質(zhì)量濃度為5-10%的硫酸溶液，于60-95°C反應(yīng)3_7小時(shí)，過(guò)濾分離得到一次酸浸濾液和一次酸浸濾餅，一次酸浸濾餅洗滌并干燥后備用；所述二次酸浸向?qū)⒁淮嗡峤V餅中加入一次酸浸濾餅質(zhì)量4-7倍的質(zhì)量濃度為 15-25%的硫酸溶液,于60-95°C反應(yīng)4_6小時(shí),過(guò)濾分離得到二次酸浸濾液和二次酸浸濾餅，二次酸浸濾餅洗滌并干燥后備用；二次酸浸濾液可以返回一次酸浸過(guò)程中直接替換質(zhì)量濃度為5-10%的硫酸溶液使用；所述碳化沉硅是向二次酸浸所得濾餅中加入質(zhì)量濃度20%的氫氧化鈉溶液堿浸，液固質(zhì)量比為3 1-4 I,堿浸時(shí)間為6-8小時(shí),過(guò)濾后得到娃酸鈉溶液,將娃酸鈉溶液稀釋至以二氧化硅計(jì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6-12%，然后向稀釋后的硅酸鈉溶液中通入純度> 99%的CO2 氣體，流量控制在50-100mL/min，于40_85°C下碳化反應(yīng)至體系pH = 10-11時(shí)停止通氣，保溫陳化O. 5-1小時(shí)，隨后過(guò)濾，濾餅洗滌至BaCl2溶液檢測(cè)無(wú)C032_后干燥即得沉淀白炭黑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種由蛇紋石尾礦制備沉淀白炭黑的方法，是將蛇紋石尾礦通過(guò)“二次循環(huán)酸浸法”提取鎂等可溶性成分，實(shí)現(xiàn)酸浸濾液中游離酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5％；二次酸浸濾餅經(jīng)堿浸得硅酸鈉溶液，采用CO2作為沉淀劑，于一定氣體流速下反應(yīng)一段時(shí)間后，可制得符合相應(yīng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的沉淀白炭黑樣品；母液經(jīng)循環(huán)使用后，可自然結(jié)晶制得Na2CO3·10H2O樣品。本發(fā)明具有原材料利用充分、環(huán)境污染小、產(chǎn)品純度高和能耗低等優(yōu)點(diǎn)，便于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B33/12GK102602938SQ20121001340
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者葉圣武, 徐玉娟, 李江鋒, 楊?？? 楊彥, 王百年 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)