專利名稱：一種煤矸石制備納米白炭黑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤矸石制備納米白炭黑的方法，屬于煤化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
白炭黑具有粒徑小、比表面積大、易形成高結(jié)構(gòu)的聚集體等特性，主要用作橡膠的補強填充劑；在非橡膠領(lǐng)域，如合成樹脂、塑料和涂料等行業(yè)也有著廣泛的應(yīng)用。納米白炭黑具有粒徑小(小于IOOnm)、比表面積大(一般大于100m2/g)、化學(xué)純度高、分散性能好等特征，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補強性、增稠性和觸變性而在橡膠、涂料、醫(yī)藥、造紙等諸多工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并為其相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新材料基礎(chǔ)和技術(shù)保證，納米二氧化硅廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。涂料中加入納米二氧化硅，可提供防結(jié)塊、防流掛、增稠消光 等功能；在塑料中加入納米二氧化硅，可提高薄膜的透明度、韌性、強度，防水性能等。粘結(jié)劑和密封膠中添加納米二氧化硅，可迅速形成網(wǎng)絡(luò)狀硅石結(jié)構(gòu)，抑制膠體流動，固化速率加快，提高粘結(jié)效果。在醫(yī)藥、農(nóng)藥中，可起到增稠、懸浮、載體的作用。最新研究成果表明在聚合物體系中引入納米二氧化硅能顯示出一系列令人稱道的光學(xué)性能和力學(xué)性能。享有“工業(yè)味精”、“材料科學(xué)的原點”之美譽。目前，納米白炭黑主要以四氯化硅為原料采用氣相法生產(chǎn),氣相法生產(chǎn)的白炭黑純度高、粒徑和灼燒損失小,但原材料貴、生產(chǎn)成本高。煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。其主要成分是A1203、SiO2，是一種急需進一步開發(fā)利用的資源，它的大量堆積不僅浪費了資源，還嚴重的影響了環(huán)境。目前，已有技術(shù)將煤矸石作為原料制取白炭黑，其主要采用沉淀法，第一步先制備硅酸鈉，第二步再沉淀法制備活性白炭黑。該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品的粒徑較大，無法達到納米級別，并且產(chǎn)品活性和吸附能力較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有方法制備納米白炭黑工藝原材料貴、生產(chǎn)成本高的缺點，改進已有技術(shù)將煤矸石作為原料制取白炭黑的工藝，而提供一種煤矸石為原料氣相-水解法制取納米白炭黑產(chǎn)品的方法。本發(fā)明以煤矸石為原料，通過高溫活化、硝酸溶解、灼燒等把二氧化硅提取出來。提取出來的二氧化硅，通過用濃硫酸和氟化鈉反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫，對它進行腐蝕，產(chǎn)生四氟化硅氣體，通過控制四氟化硅氣體與溶有表面活性劑的水溶液發(fā)生反應(yīng)，生成硅凝膠，然后經(jīng)過清洗、干燥、灼燒去水，生產(chǎn)出所需要的納米白炭黑產(chǎn)品。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的一種煤矸石制備納米白碳黑的方法，包括下列步驟I)將煤矸石在700 1000°C下煅燒活化2 4小時，再將所得煤矸石研磨得到60 100目煤砰石粉；2)將第I步得到的煤矸石粉與3 5mol/L硝酸溶液進行酸浸溶解，并連續(xù)攪拌I 2個小時；其中，煤矸石粉與硝酸溶液的質(zhì)量比為I : 5 15 ;
3)將第2步所得酸浸后的煤矸石粉固液分離后，對固體采用60°C 80°C的蒸餾水洗漆至PH值至6 8,再在真空干燥箱中干燥6 8個小時；4)將第3步所得干燥后的固體與氟化鈉在密閉環(huán)境下按質(zhì)量比I : 0. 5 I混合，加熱至100 150°c，保持該溫度滴加濃硫酸，控制滴加速度每分鐘I 2滴，反應(yīng)產(chǎn)生混合氣體通入濃硫酸中干燥，干燥后氣體再導(dǎo)入分散劑溶液中，在60 100°C下進行水解處理3 10h，水解同時采用磁力攪拌器不斷攪拌，并通過滴加氨水，使水解溶液pH值保持在3 5范圍以內(nèi)進行水解反應(yīng)； 5)將第4步所得的水解溶液在40 60°C恒溫條件下陳化12 24h，對陳化后得到的凝膠進行抽濾，再采用60V 80°C的蒸餾水先洗滌至PH值為6 8，再用無水乙醇洗滌至凝膠的電導(dǎo)率在50ii s以內(nèi)，然后在60 100°C的條件下干燥I 5h，再在400 600°C的條件下高溫灼燒I 3h，得到納米白炭黑產(chǎn)品。所述的分散劑溶液為5 30g/L的十六烷基三甲基溴化銨溶液、5 30g/L的十二 烷基磺酸鈉溶液和5 30g/L的十二烷基硫酸鈉溶液中的一種或二種以上任意比例混合的混合物。有益效果本發(fā)明利用煤矸石作為主要原料，既解決了這些廢棄的煤矸石的堆放占地問題，又可以使這些廢棄物變?yōu)橛杏玫馁Y源進行再利用，大大降低了制造納米白炭黑的成本，克服現(xiàn)有方法以四氯化硅為原料制備納米白炭黑工藝原材料貴、生產(chǎn)成本高的缺點，改進已有技術(shù)將煤矸石作為原料制取白炭黑的工藝，而提供一種煤矸石為原料氣相-水解法制取納米白炭黑產(chǎn)品的方法。得到的產(chǎn)品粒徑達到納米級，各項指標均達到了部頒標準HG-1-125-64或企業(yè)標準。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步說明。實施例I先將煤矸石投入馬弗爐中在750°C燒結(jié)2h，再將所得50g60_80目的煤矸石粉與300g 4mol/L的硝酸在搪瓷反應(yīng)器中進行酸浸2h，酸浸過程中持續(xù)攪拌，所得產(chǎn)物固液分離后，用60°C蒸餾水洗滌至中性，在真空干燥箱中干燥8小時，得到22. 5g二氧化硅固體。所得固體中加入IOg氟化鈉裝入搪瓷反應(yīng)器中，油浴加熱，溫度升高至120°C，恒溫滴加98%濃硫酸，控制滴加速度，大約每秒I滴。反應(yīng)產(chǎn)生混合氣體，氣體通入濃硫酸中干燥，干燥后氣體再導(dǎo)入5g/L十二烷基磺酸鈉溶液中，水解溫度控制在80°C，并用磁力攪拌器不斷攪拌，同時滴加氨水，讓溶液pH值保持在4左右水解3h。把水解液放入燒杯中,用保鮮薄膜封住杯口，放置在40°C恒溫水浴槽中，保溫陳化24h。對所得到的凝膠進行抽濾，采用60°C的蒸餾水先洗滌至PH值為6 8，再用無水乙醇洗滌至凝膠的電導(dǎo)率在50 y s以內(nèi)，然后放入烘箱中60°C干燥2h，再放在馬弗爐500°C高溫灼燒lh，得到納米白炭黑產(chǎn)品。經(jīng)激光粒度測試儀測試其粒徑主要分布在30 50nm。實施例2將煤矸石投入馬弗爐中在800°C燒結(jié)3h，再將所得60g60_80目的煤矸石粉與500g 4mol/L的硝酸在搪瓷反應(yīng)器中酸浸2h，酸浸過程中持續(xù)攪拌，所得產(chǎn)物固液分離后，用70°C蒸餾水洗滌至中性，固體在真空干燥箱中干燥6小時，得到28. 5g 二氧化硅固體，所得固體中加入13g氟化鈉裝入搪瓷反應(yīng)器中，油浴加熱，溫度升高至150°C，滴加98%濃硫酸，控制滴加速度，大約每秒I滴。反應(yīng)產(chǎn)生混合氣體，氣體通入濃硫酸中干燥，干燥后氣體再導(dǎo)入到10g/L十二烷基磺酸鈉溶液中，水解溫度控制在80°C，并用磁力攪拌器不斷攪拌，同時滴加氨水，讓溶液pH值保持在5左右水解2h。把水解液放入燒杯中,用保鮮薄膜封住杯口，放置在50°C恒溫水浴槽中，保溫陳化18h，所得到的凝膠進行抽濾、采用80°C的蒸餾水先洗滌至PH值為6 8，再用無水乙醇洗滌至凝膠的電導(dǎo)率在50 y s以內(nèi)，然后放入烘箱中60°C干燥3h，再放在馬弗爐550°C高溫灼燒lh，得到納米白炭黑產(chǎn)品。經(jīng)激光粒度測試儀測試其粒徑主要分布在50 80nm。實施例3將煤矸石投入馬弗爐中在750°C燒結(jié)2h，再將所得50g60-80目的煤矸石粉與500g4mol/L的硝酸在搪瓷反應(yīng)器中進行酸浸lh，酸浸過程中持續(xù)攪拌，所得產(chǎn)物固液分離后， 洗滌、固體在真空干燥箱中干燥8個小時，得到22. 5g 二氧化硅固體，所得固體中加入IOg氟化鈉裝入搪瓷反應(yīng)器中，油浴加熱，溫度升高至120°C，滴加98%濃硫酸，控制滴加速度，大約每秒I滴。反應(yīng)產(chǎn)生混合氣體，氣體通入濃硫酸中干燥，干燥后氣體再導(dǎo)入15g/L十二烷基磺酸鈉溶液中，水解溫度控制在70°C，并用磁力攪拌器不斷攪拌，同時滴加氨水，讓溶液PH值保持在4左右水解3h。把水解液放入燒杯中，用保鮮薄膜封住杯口，放置在60°C恒溫水浴槽中，保溫陳化24h，所得到的凝膠進行抽濾、采用70°C的蒸餾水先洗滌至PH值為6 8，再用無水乙醇洗滌至凝膠的電導(dǎo)率在50 ii s以內(nèi)，然后放入烘箱中60°C烘干，再放在馬弗爐450°C高溫灼燒2h，得到納米白炭黑產(chǎn)品。經(jīng)激光粒度測試儀測試其粒徑主要分布在 80 lOOnm。
權(quán)利要求
1.一種煤矸石制備納米白碳黑的方法，其特征在于包括下列步驟 1)將煤矸石在700 1000°C下煅燒活化2 4小時，再將所得煤矸石研磨得到60 100目煤矸石粉； 2)將第I步得到的煤矸石粉與3 5mol/L硝酸溶液進行酸浸溶解，并連續(xù)攪拌I 2個小時；其中，煤矸石粉與硝酸溶液的質(zhì)量比為I : 5 15 ; 3)將第2步所得酸浸后的煤矸石粉固液分離后，對固體采用60°C 80°C的蒸餾水洗滌至PH值至6 8,再在真空干燥箱中干燥6 8個小時； 4)將第3步所得干燥后的固體與氟化鈉在密閉環(huán)境下按質(zhì)量比I: 0. 5 I混合，力口熱至100 150°C，保持該溫度滴加濃硫酸，控制滴加速度每分鐘I 2滴，反應(yīng)產(chǎn)生混合氣體通入濃硫酸中干燥，干燥后氣體再導(dǎo)入分散劑溶液中，在60 100°C下進行水解處理3 10h，水解同時采用磁力攪拌器不斷攪拌，并通過滴加氨水，使水解溶液pH值保持在3 5范圍以內(nèi)進行水解反應(yīng)； 5)將第4步所得的水解溶液在40 60°C恒溫條件下陳化12 24h，對陳化后得到的凝膠進行抽濾，再采用60V 80°C的蒸餾水先洗滌至PH值為6 8，再用無水乙醇洗滌至凝膠的電導(dǎo)率在50ii s以內(nèi)，然后在60 100°C的條件下干燥I 5h，再在400 600°C的條件下高溫灼燒I 3h，得到納米白炭黑產(chǎn)品； 其中，第4)步所述的分散劑溶液為5 30g/L的十六烷基三甲基溴化銨溶液、5 30g/L的十二烷基磺酸鈉溶液和5 30g/L的十二烷基硫酸鈉溶液中的一種或二種以上任意比例混合的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤矸石制備納米白炭黑的方法，屬于煤化工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有方法制備納米白炭黑工藝原材料貴、生產(chǎn)成本高的缺點。本發(fā)明以煤矸石為原料，通過高溫活化、硝酸溶解、灼燒等把二氧化硅提取出來。提取出來的二氧化硅，通過用濃硫酸和氟化鈉反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫，對它進行腐蝕，產(chǎn)生四氟化硅氣體，通過控制四氟化硅氣體與溶有表面活性劑的水溶液發(fā)生反應(yīng)，生成硅凝膠，然后經(jīng)過清洗、干燥、灼燒去水，生產(chǎn)出所需要的納米白炭黑產(chǎn)品。本發(fā)明既解決了煤矸石的廢物再利用，又降低了制造納米白炭黑的成本，得到的產(chǎn)品粒徑達到納米級，各項指標均達到了部頒標準HG-1-125-64或企業(yè)標準。
文檔編號B09B3/00GK102701221SQ20121015873
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者韓釗武 申請人:韓釗武