一種以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體廢棄物綜合利用技術(shù)，具體屬于一種以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]白炭黑又稱(chēng)水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅，化學(xué)式Si02.ηΗ20。它是一種白色、無(wú)毒、無(wú)定形微細(xì)粉狀的無(wú)機(jī)硅化合物，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、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。
[0003]白炭黑的生產(chǎn)有物理和化學(xué)兩種方法，通常活性好且補(bǔ)強(qiáng)性能高的無(wú)定形白炭黑都采用化學(xué)法生產(chǎn)?；瘜W(xué)法生產(chǎn)主要采用氣相法、鹽酸沉淀法、硫酸沉淀法，氣相法生產(chǎn)由于能耗和原料價(jià)格較高所以發(fā)展受到一定的限制，硫酸沉淀法工藝成熟且發(fā)展很快，但不如氣相法生產(chǎn)的白炭黑的比表面大、純度高，不能適用于特殊領(lǐng)域。
[0004]由于近年來(lái)汽車(chē)及其運(yùn)輸業(yè)的高速發(fā)展、白炭黑生產(chǎn)所用原料的漲價(jià)和節(jié)能減排的要求，又使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)納馳咨詢公司所做的市場(chǎng)研宄報(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，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
J L.ο
[0005]專(zhuān)利201310337070.1中提到的一種利用煤矸石提鋁廢渣制備白炭黑的方法。先將煤矸石提鋁廢渣通過(guò)摻石英砂的方法使S12含量大于等于90%，Al 203含量小于6%，然后按照S12與碳酸鈉的摩爾比1: 0.3?I加入碳酸鈉，混合研磨成50?200 μπι的顆粒后，置于轉(zhuǎn)爐熔融反應(yīng)I?5小時(shí)，得到的粗硅酸鈉顆粒于高壓反應(yīng)釜中溶解得硅酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液稀釋到5?15Β6，通入過(guò)程中產(chǎn)生的0)2進(jìn)行碳分制得白炭黑。專(zhuān)利201010266645.1提供了一種煤矸石燃燒灰渣提取氧化鋁、氧化硅和氧化鐵的方法，對(duì)煤矸石配煤煅燒灰渣采用酸法提鋁、堿法提硅，專(zhuān)利201310062888.7提供一種由粉煤灰制備橡膠級(jí)白炭黑的方法，將高鋁粉煤灰用98%燒堿80-100°C堿浸50-60min過(guò)濾分離制的硅酸鈉溶液，再將硅酸鈉液注入裝有陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換器中，溶液中鈉離子會(huì)被交換樹(shù)脂中的氫離子所置換，降低了鈉離子含量，所得到的硅鈉比很高的硅酸鈉溶液從交換器下部流出，進(jìn)行直接碳分，得到橡膠級(jí)白炭黑。
[0006]以上專(zhuān)利普遍存在工藝繁雜、硅提取率較低，以及難以消除三廢污染等問(wèn)題。其中專(zhuān)利201310337070.1中提到以加入石英砂提高Si(V#量及熔融煅燒5h，增加了工業(yè)化生產(chǎn)的物耗和能耗；專(zhuān)利201010266645.1中提到的酸法提鋁、堿法提硅，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求高、工藝復(fù)雜等缺陷；專(zhuān)利201310062888.7中用到的高鋁粉煤灰限制了原料來(lái)源。
[0007]本發(fā)明以粉煤灰為原料通過(guò)酸浸、過(guò)濾分離、煅燒、水溶、碳分、過(guò)濾分離、洗滌干燥等步驟制取白炭黑，首先解決了粉煤灰固體廢棄物的堆放、占地面積大等環(huán)境污染，其次本發(fā)明為粉煤灰的綜合利用開(kāi)辟了一個(gè)新的研宄和發(fā)展方向，最后為避免粉煤灰利用中的二次污染，本發(fā)明中采用輔助原料實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用，解決了粉煤灰綜合利用對(duì)環(huán)境的二次污染。同時(shí)本發(fā)明具有設(shè)計(jì)合理、能耗低、投資少、流程簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種低能耗、低物耗、無(wú)污染的以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝。
[0009]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0010]一種以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝，具體包括以下步驟:
[0011]I)粉煤灰的預(yù)處理:將粉煤灰用球磨機(jī)磨細(xì)；
[0012]2)初步酸浸制取酸浸渣:磨細(xì)的粉煤灰和鹽酸混合，其中鹽酸濃度為20-22%，鹽酸與粉煤灰的液固比為3-4: 1，100-110°C下酸浸，得到酸浸液和酸浸渣，本步驟發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為:
[0013]A1203+6HC1 一 2A1C13+3H20 ；Fe203+6HCl 一 2FeCl3+3H20
[0014]3)制取固體水玻璃:將酸浸渣和碳酸鈉按所需水玻璃模數(shù)2.3進(jìn)行配料混合(模數(shù)指混合物中二氧化硅與氧化鈉的摩爾比)，混合物料在馬弗爐780-850°C煅燒3h，水淬得到固體水玻璃，本步驟發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為:
[0015]Na2C03+Si02— Na 2Si03+C02 ?
[0016]4)液體水玻璃制取:制取的固體水玻璃與軟水放入高壓容器，固液比按1: 3-4加入，升溫至200°C，保溫2h溶解，得到液體水玻璃。
[0017]5)碳分制取白炭黑:得到的液體水玻璃加軟水稀釋至10-12波美度，稀釋后的水玻璃放入碳分反應(yīng)釜加熱至50-90°C時(shí)開(kāi)始通入0)2進(jìn)行碳分反應(yīng)，監(jiān)測(cè)溶液PH達(dá)到8-9時(shí)，停止通氣，過(guò)濾分離，濾餅經(jīng)洗滌、干燥得到白炭黑產(chǎn)品，本步驟發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為:
[0018]Na2Si03+C02+2H20 — Na2C03+H4Si04；H 4Si04— S1 2+2H20
[0019]碳分步驟中過(guò)濾、洗滌過(guò)程產(chǎn)生的碳酸鈉溶液經(jīng)過(guò)濃縮結(jié)晶干燥制備碳酸鈉進(jìn)行循環(huán)利用，結(jié)晶也可用于固體水玻璃的水淬環(huán)節(jié)。
[0020]將酸浸得到的酸浸液置于聚合反應(yīng)釜中，在80_85°C的時(shí)候加入鋁酸鈣粉進(jìn)行聚合反應(yīng)2h后，將物料進(jìn)行過(guò)濾，得到聚合氯化鋁溶液和濾渣。濾渣用于制磚等建筑材料。本步驟發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為:
[0021]2A1C13+12H20 = Al2 (0H)nCl6_n+(12-n) H2O
[0022]2FeCl3+12H20 = Fe2 (0H)nCl6_n+(12_n)H20
[0023]mAl2 (OH) nCl6_n+fflxH20 = [Al2 (OH) nCl6_nx, H2O] m
[0024]HiFe2 (OH) nCl6_n+mxH20 = [Fe2 (OH) nCl6_m’ H2O] m
[0025]{I ^ n ^ 5 ；m ^ 10 ；x < 12}
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0027]本發(fā)明以粉煤灰為原料制備白炭黑，從原料上說(shuō)，以粉煤為原料減少了對(duì)自然界中礦物質(zhì)的開(kāi)采，同時(shí)本發(fā)明也起到廢物二次利用，降低粉煤灰對(duì)環(huán)境的污染。本發(fā)明的工藝以零排放的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先本發(fā)明工藝相對(duì)于以往白炭黑生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)循環(huán)周期短、生產(chǎn)能力高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。其次本發(fā)明無(wú)物廢液、廢渣排放，避免了對(duì)環(huán)境污染，達(dá)到環(huán)保生產(chǎn)的模式。同時(shí)本發(fā)明三廢的循環(huán)使用，降低了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)能耗。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為粉煤灰碳分法制備白炭黑工藝流程圖；
[0029]圖2為山西某地高鋁粉煤灰的化學(xué)成分分析結(jié)果(WB% )表；
[0030]圖3為白炭黑廣品的各項(xiàng)指標(biāo)表；
[0031]圖4為聚合氯化鋁產(chǎn)品的化學(xué)成分分析結(jié)果表。
【具體實(shí)施方式】
[0032]實(shí)施例1
[0033]1、山西某地粉煤灰化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)圖2，將粉煤灰磨細(xì)至80目
[0034]2、將磨細(xì)后的粉煤灰與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%的鹽酸，按質(zhì)量比為1: 3混合均勻，加熱至110°C，在此溫度下反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾分離，濾餅為脫鋁粉煤灰，濾液用于制取聚合氯化鋁。
[0035]3、取10g脫鋁粉煤灰與40.15g碳酸鈉均勻混合，混合后的150g物料經(jīng)馬弗爐780°C低溫煅燒3h，水淬降溫得到固體水玻璃128.4g。
[0036]4、將步驟(3)得到的128.4g固體水玻璃放入高壓容器，加入軟水386ml，加熱到200°C保溫2h，得到液體水玻璃455ml。
[0037]5、將步驟(4)得到的455ml水玻璃稀釋到12波美度后放入碳化反應(yīng)釜，加熱到500C時(shí)，通入CO2氣體，氣體流量為40ml/min，進(jìn)行碳化反應(yīng)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)碳化過(guò)程中的PH值，當(dāng)PH值達(dá)到9時(shí)停止反應(yīng)，過(guò)濾分離，濾餅洗滌3次，在105°C烘箱干燥得到白炭黑產(chǎn)品(各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果見(jiàn)圖3)，過(guò)濾產(chǎn)生的濾液和洗滌產(chǎn)生的洗滌液經(jīng)濃縮結(jié)晶制取純堿用于循環(huán)使用。
[0038]6、將步驟⑵中的濾液放入聚合反應(yīng)釜中加熱到80_85°C，加入鋁酸鈣粉，進(jìn)行聚合反應(yīng)2h，過(guò)濾后得到的濾液為產(chǎn)品聚合氯化鋁溶液(化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)圖4)，得到的濾渣用于制磚。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝，其特征在于，具體包括以下步驟: 1)將粉煤灰磨細(xì)； 2)將磨細(xì)的粉煤灰和鹽酸混合，所述的鹽酸濃度為20-22%，鹽酸與粉煤灰的液固比為3-4: 1，100-110°C下酸浸，得到酸浸液和酸浸澄； 3)將酸浸渣和碳酸鈉按所需水玻璃模數(shù)2.3進(jìn)行配料混合，混合物料在馬弗爐780-850°C煅燒3h，水淬得到固體水玻璃； 4)按固液比1: 3-4將固體水玻璃與軟水加入高壓容器，升溫至200°C，保溫溶解2h，得到液體水玻璃； 5)得到的液體水玻璃加入軟水稀釋至10-12波美度，放入碳分反應(yīng)釜加熱至50-90°C時(shí)開(kāi)始通入0)2進(jìn)行碳分反應(yīng)，監(jiān)測(cè)溶液PH達(dá)到8-9時(shí)，停止通氣，過(guò)濾分離，濾餅經(jīng)洗滌、干燥得到白炭黑產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的一種以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝，其特征在于，所述步驟2)中的酸浸溫度為110°C。
3.如權(quán)利要求1所述的一種以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝，其特征在于，所述步驟3)中煅燒溫度為780 °C。
4.如權(quán)利要求1所述的一種以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝，其特征在于，所述步驟5)中硅酸鈉溶液稀釋至12波美度，置于碳化反應(yīng)釜中，在50°C條件下通入CO2，至pH值降低至9時(shí)終止反應(yīng)。
5.如權(quán)利要求1-4所述的一種以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝，其特征在于，所述步驟2)得到的酸浸液置于聚合反應(yīng)釜中，在80-85?時(shí)加入鋁酸鈣粉進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)2h后，將物料進(jìn)行過(guò)濾，得到聚合氯化鋁溶液和濾渣，聚合氯化鋁溶液進(jìn)一步制備成聚合氯化銷(xiāo)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝，其特征在于，所述的濾澄用于制磚。
7.如權(quán)利要求1-4所述的一種以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝，其特征在于，所述步驟5)中過(guò)濾、洗滌過(guò)程產(chǎn)生的碳酸鈉溶液經(jīng)過(guò)濃縮結(jié)晶干燥制備碳酸鈉。
8.如權(quán)利要求1-4所述的一種以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝，其特征在于，所述步驟5)中過(guò)濾、洗滌過(guò)程產(chǎn)生的碳酸鈉溶液經(jīng)過(guò)濃縮結(jié)晶用于制備固體水玻璃的煅燒環(huán)-K-■P。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種以粉煤灰為原料制取白炭黑的工藝，將粉煤灰通過(guò)酸浸、過(guò)濾分離、煅燒、水溶、碳分、過(guò)濾分離、洗滌干燥等步驟制取得到白炭黑，本發(fā)明中采用的輔助原料實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用，解決了粉煤灰綜合利用對(duì)環(huán)境的二次污染。本發(fā)明工藝相對(duì)于以往白炭黑生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)循環(huán)周期短、生產(chǎn)能力高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。其次本發(fā)明無(wú)廢液、廢渣排放，避免了對(duì)環(huán)境污染，達(dá)到環(huán)保生產(chǎn)的模式。同時(shí)本發(fā)明三廢的循環(huán)使用，降低了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)能耗。
【IPC分類(lèi)】C01B33-12, B09B3-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104649279
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510078402
【發(fā)明人】程芳琴, 方莉, 吳海濱, 郭彥霞
【申請(qǐng)人】山西大學(xué), 山西瑞恩澤科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日