一種利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種白炭黑制備方法。一種利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法，包括：（1）反應(yīng)過(guò)程：將鉀長(zhǎng)石、螢石、氟化銨、濃硫酸充分混合后，加入到轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器中，在180～250℃和自生壓力下反應(yīng)；（2）氣體吸收過(guò)程：將分解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物在負(fù)壓下，通入吸收塔進(jìn)行吸收和水解反應(yīng)，（3）氨解：將水解后包括濃相物和氟硅酸液體的吸收液通入氨解釜，對(duì)進(jìn)入氨解釜中的濃相物和氟硅酸液體，通過(guò)加入氨水的方法調(diào)節(jié)pH值，使pH＝7～8；中和完畢后陳化；控制陳化時(shí)間在1.4～1.6小時(shí)，陳化溫度控制在78～82℃；（4）制備白炭黑：將氨解槽中和陳化后的混濁液，輸送到壓濾機(jī)中過(guò)濾，得到白炭黑，洗滌后烘干，制得白炭黑成品。
【專利說(shuō)明】一種利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種白炭黑的制備方法，尤其是涉及一種利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前制備白炭黑的方法主要有氣相法和沉淀法兩種。
[0003]氣相法又稱熱解法、干法或燃燒法，主要為化學(xué)氣相沉淀法(CAV)。1941年德國(guó)迪高沙公司成功開(kāi)發(fā)出由硅或有機(jī)硅的氯化物氫氧焰水解法制造白炭黑的技術(shù)，稱為“Aerosil”法。此法是目前發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)化生產(chǎn)納米級(jí)氧化物的主要方法。其反應(yīng)式為:采用四氯化硅氣體在氫一氧氣流高溫下水解制得煙霧狀的二氧化硅。反應(yīng)式為:
SiCl4 + 2H2 + O2 — SiO2 + 4HC1
空氣和氫氣分別經(jīng)過(guò)加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過(guò)濾后送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾之后，在蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā)，并以干燥、過(guò)濾后的空氣為載體，送至合成水解爐。四氯化硅在高溫下氣化(火焰溫度1000~1800°C)后，與一定量的氫和氧(或空氣)在1800°C左右的高溫下進(jìn)行氣相水解；此時(shí)生成的氣相二氧化硅顆粒極細(xì)，與氣體形成氣溶膠，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成較大顆粒，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集，再送入脫酸爐，用含氮空氣吹洗氣相二氧化硅至PH值為4~6即為成品。
[0004]氣相法的優(yōu)點(diǎn)在于易控制反應(yīng)條件，產(chǎn)品純度高、分散度高、粒子細(xì)而形成球形，表面羥基少，因而具有優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)、增稠和觸變性能及粒子的納米效應(yīng)，其缺點(diǎn)是成本偏高，實(shí)際上也正是這一點(diǎn) 限制了它的廣泛應(yīng)用，因此，目前如橡膠行業(yè)，仍在大量使用傳統(tǒng)的沉淀法制取白炭黑。
[0005]沉淀法，即采用可溶硅酸鹽與無(wú)機(jī)酸中和沉淀反應(yīng)的方法來(lái)制取白炭黑。在沉淀法生產(chǎn)過(guò)程中可根據(jù)成品要求，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)過(guò)程中物料的比例、流量及反應(yīng)的溫度、時(shí)間以及干燥條件，得到不同比表面積，不同粒徑、純度、形態(tài)、結(jié)構(gòu)度、孔隙度的制品。生產(chǎn)工藝不同，其物理化學(xué)特性也各不相同，正好可滿足不同用途和性能的要求。
[0006]沉淀法白炭黑的生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備簡(jiǎn)單，分散劑和原料易得，流程簡(jiǎn)單，投資規(guī)模不大，但能耗高，對(duì)環(huán)境要求較高，產(chǎn)品活性不高，顆粒不易控制，親和力差，補(bǔ)強(qiáng)性能低，顆粒表面親水鍵合嚴(yán)重，削弱了產(chǎn)品的結(jié)合力。隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高，社會(huì)資源的大量損耗，提出一種節(jié)能、環(huán)保、成本低的白炭黑制備方法，愈發(fā)顯得具有重要的積極意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的新工藝，可以提高鉀長(zhǎng)石中硅的綜合利用。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案:
一種利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法，其步驟包括:
(O反應(yīng)過(guò)程:將鉀長(zhǎng)石、螢石、氟化銨、濃硫酸充分混合后，加入到轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器中，在180~250°C和自生壓力下反應(yīng)；其反應(yīng)原理為:
CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4
2K[AlSi3O8] + 24HF + 4H2S04 = K2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4 ? + 16H20其中，鉀長(zhǎng)石、螢石、氟化銨、硫酸的質(zhì)量比為1:0.3~0.5:1.12~1.73:1.6~1.8 ;硫酸按98%的濃硫酸計(jì)；
(2)氣體吸收過(guò)程:將分解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物在負(fù)壓下，通入吸收塔進(jìn)行吸收和水解反應(yīng)，吸收液采用體積比為1:5~11的工業(yè)乙醇和水混合溶液，并控制水解溫度在78~82°C，其反應(yīng)原理為:
3SiF4 + 2H20 = 2H2SiF6 + SiO2 I ；
(3)氨解:將水解后包括濃相物和氟硅酸液體的吸收液通入氨解釜,對(duì)進(jìn)入氨解釜中的濃相物和氟硅酸液體，通過(guò)加入氨水的方法調(diào)節(jié)pH值，使pH = 7~8 ;中和完畢后陳化；控制陳化時(shí)間在1.4~1.6小時(shí)，陳化溫度控制在78~82V ；
(4)制備白炭黑:將氨解槽中和陳化后的混濁液，輸送到壓濾機(jī)中過(guò)濾，得到白炭黑，洗滌后烘干，最終得到高純度的白炭黑產(chǎn)品。
[0009]所述的利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法，氣體吸收過(guò)程中，首先將反應(yīng)產(chǎn)生的氣體引入除塵過(guò)濾器中除塵，然后經(jīng)除塵過(guò)濾后的氣體依次通到一、二級(jí)吸收塔中進(jìn)行水解；經(jīng)一級(jí)吸收塔水解后的吸收液進(jìn)入一級(jí)濃相收集槽中，一級(jí)濃相收集槽收集的濃相物輸送到氨解釜中進(jìn)行氨解；一級(jí)濃相收集槽收集的液體溢流到一級(jí)吸收循環(huán)槽，經(jīng)泵打回到一級(jí)吸收塔中繼續(xù)吸收；由一級(jí)吸收塔出來(lái)的尾氣進(jìn)入二級(jí)吸收塔繼續(xù)水解，二級(jí)吸收塔出來(lái)的吸收液進(jìn)入二級(jí)濃相收集槽中，二級(jí)濃相收集槽收集的濃相物輸送到氨解釜中進(jìn)行氨解；二級(jí)濃相收集槽收集的液體溢流到二級(jí)吸收循環(huán)槽，經(jīng)泵打回到二級(jí)吸收塔中繼續(xù)吸收；檢測(cè)一級(jí)吸收循環(huán)槽、二級(jí)吸收循環(huán)槽中的氟硅酸溶液中的氟離子濃度達(dá)到IOmoI/L時(shí)，吸收液達(dá)到飽和,將吸收液也輸送到氨解釜中氨解。
[0010]本發(fā)明的有益積極效果:
1、本發(fā)明利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法，有利于實(shí)現(xiàn)鉀長(zhǎng)石的綜合利用，減輕了環(huán)境污染。采用鉀長(zhǎng)石分解工藝，反應(yīng)產(chǎn)生的SiF4和HF氣體在負(fù)壓條件下從體系中分離出來(lái)，然后通過(guò)乙醇和水溶液進(jìn)行吸收制備白炭黑。通過(guò)氣體水解直接制取白炭黑，避免了從固相分離的繁瑣過(guò)程，降低了環(huán)境污染。
[0011]2、本發(fā)明利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法，采用低溫半干法分解鉀長(zhǎng)石的工藝，控制反應(yīng)溫度在180~250°C，在轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器中進(jìn)行鉀長(zhǎng)石的分解，與高溫法分解鉀長(zhǎng)石相比，反應(yīng)條件溫和，對(duì)設(shè)備的要求比較低。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1:方案一，采取自然陳化的方法制備白炭黑。
[0013]圖2:方案二，加入氨水調(diào)節(jié)pH的方法來(lái)制備白炭黑。
[0014]圖3:方案三，采取加入絮凝劑陳化然后焙燒的方法來(lái)制備白炭黑。
[0015]圖4:水解溫度對(duì)白炭黑性能影響關(guān)系圖。
[0016]圖5:陳化溫度對(duì)白炭黑性能影響關(guān)系圖。
[0017]圖6:陳化時(shí)間對(duì)白炭黑性能影響關(guān)系圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0018]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0019]實(shí)施例1
一種利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法，其步驟包括:
(O反應(yīng)過(guò)程:將鉀長(zhǎng)石、螢石、氟化銨、濃硫酸充分混合后，加入到轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器中，在180~250°C和自生壓力下反應(yīng)；其反應(yīng)原理為:
CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4
2K[AlSi3O8] + 24HF + 4H2S04 = K2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4 ? + 16H20其中，鉀長(zhǎng)石、螢石、氟化銨、硫酸的質(zhì)量比為1:0.3~0.5:1.12~1.73:1.6~1.8 ;硫酸按98%的濃硫酸計(jì)；
(2)氣體吸收過(guò)程:將分解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物在負(fù)壓下，通入吸收塔進(jìn)行吸收和水解反應(yīng)，吸收液采用體積比為1:5~11的工業(yè)乙醇和水混合溶液，并控制水解溫度在80°C左右，其反應(yīng)原理為:
3SiF4 + 2H20 = 2H2SiF6 + SiO2 I ；
(3)氨解:將水解后包括濃相物和氟硅酸液體的吸收液通入氨解釜,對(duì)進(jìn)入氨解釜中的濃相物和氟硅酸液體，通過(guò)加入氨水的方法調(diào)節(jié)pH值，使pH = 7~8 ;中和完畢后陳化；控制陳化時(shí)間在1.5小時(shí)左右，陳化溫度控制在80°C左右；
(4)制備白炭黑:將氨解槽中和陳化后的混濁液，輸送到壓濾機(jī)中過(guò)濾，得到白炭黑，洗滌后烘干，最終得到高純度的白炭黑產(chǎn)品。
[0020]實(shí)施例2
本實(shí)施例的利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法，與實(shí)施例1不同的是:
(2)氣體吸收過(guò)程:分解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物在負(fù)壓下，通入吸收塔進(jìn)行吸收和水解反應(yīng)，吸收液采用體積比為1:8的工業(yè)乙醇和水混合溶液，并控制水解溫度在80°C ；
氣體吸收過(guò)程中，首先將反應(yīng)產(chǎn)生的氣體引入除塵過(guò)濾器中除塵，然后經(jīng)除塵過(guò)濾后的氣體依次通到一、二級(jí)吸收塔中進(jìn)行水解；經(jīng)一級(jí)吸收塔水解后的吸收液進(jìn)入一級(jí)濃相收集槽中，一級(jí)濃相收集槽收集的濃相物輸送到氨解釜中進(jìn)行氨解；一級(jí)濃相收集槽收集的液體溢流到一級(jí)吸收循環(huán)槽，經(jīng)泵打回到一級(jí)吸收塔中繼續(xù)吸收；由一級(jí)吸收塔出來(lái)的尾氣進(jìn)入二級(jí)吸收塔繼續(xù)水解，二級(jí)吸收塔出來(lái)的吸收液進(jìn)入二級(jí)濃相收集槽中，二級(jí)濃相收集槽收集的濃相物輸送到氨解釜中進(jìn)行氨解；二級(jí)濃相收集槽收集的液體溢流到二級(jí)吸收循環(huán)槽，經(jīng)泵打回到二級(jí)吸收塔中繼續(xù)吸收；檢測(cè)一級(jí)吸收循環(huán)槽、二級(jí)吸收循環(huán)槽中的氟硅酸溶液中的氟離子濃度達(dá)到lOmol/L時(shí)，吸收液達(dá)到飽和，將吸收液也輸送到氨解釜中氨解。
[0021]本發(fā)明利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法，鉀長(zhǎng)石分解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物主要成分為SiF4,并伴有少量HF。四氟化硅經(jīng)水解生成SiO2的水合物和氟硅酸。我們通過(guò)采用自然陳化、氨水調(diào)節(jié)PH值、加入絮凝劑三種路線進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，來(lái)證實(shí)本發(fā)明技術(shù)方案的反應(yīng)效果O
[0022]參見(jiàn)圖1~圖3，方案一是采取自然陳化的方法制備白炭黑，方案二是加入氨水調(diào)節(jié)PH的方法來(lái)制備白炭黑，方案三是采取加入絮凝劑陳化然后焙燒的方法來(lái)制備白炭黑。表1是白炭黑處理方案結(jié)果。
[0023]表1白炭黑處理方案結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法，其步驟包括: (1)反應(yīng)過(guò)程:將鉀長(zhǎng)石、螢石、氟化銨、濃硫酸充分混合后，加入到轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器中，在180~250°C和自生壓力下反應(yīng)；其反應(yīng)原理為:
CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4
2K[AlSi3O8] + 24HF + 4H2S04 = K2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4 ? + 16H20 其中，鉀長(zhǎng)石、螢石、氟化銨、硫酸的質(zhì)量比為1:0.3~0.5:1.12~1.73:1.6~1.8 ;硫酸按98%的濃硫酸計(jì)； (2)氣體吸收過(guò)程:將分解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物在負(fù)壓下，通入吸收塔進(jìn)行吸收和水解反應(yīng)，吸收液采用體積比為1:5~11的工業(yè)乙醇和水混合溶液，并控制水解溫度在78~82°C，其反應(yīng)原理為:
3SiF4 + 2H20 = 2H2SiF6 + SiO2 I ； (3)氨解:將水解后包括濃相物和氟硅酸液體的吸收液通入氨解釜,對(duì)進(jìn)入氨解釜中的濃相物和氟硅酸液體，通過(guò)加入氨水的方法調(diào)節(jié)pH值，使pH = 7~8 ;中和完畢后陳化；控制陳化時(shí)間在1.4~1.6小時(shí)，陳化溫度控制在78~82V ； (4)制備白炭黑:將氨解槽中和陳化后的混濁液，輸送到壓濾機(jī)中過(guò)濾，得到白炭黑，洗滌后烘干，制得白炭黑成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鉀長(zhǎng)石制取白炭黑的工藝方法，其特征在于:氣體吸收過(guò)程中，首先 將反應(yīng)產(chǎn)生的氣體引入除塵過(guò)濾器中除塵，然后經(jīng)除塵過(guò)濾后的氣體依次通到一、二級(jí)吸收塔中進(jìn)行水解；經(jīng)一級(jí)吸收塔水解后的吸收液進(jìn)入一級(jí)濃相收集槽中，一級(jí)濃相收集槽收集的濃相物輸送到氨解釜中進(jìn)行氨解；一級(jí)濃相收集槽收集的液體溢流到一級(jí)吸收循環(huán)槽，經(jīng)泵打回到一級(jí)吸收塔中繼續(xù)吸收；由一級(jí)吸收塔出來(lái)的尾氣進(jìn)入二級(jí)吸收塔繼續(xù)水解，二級(jí)吸收塔出來(lái)的吸收液進(jìn)入二級(jí)濃相收集槽中，二級(jí)濃相收集槽收集的濃相物輸送到氨解釜中進(jìn)行氨解；二級(jí)濃相收集槽收集的液體溢流到二級(jí)吸收循環(huán)槽，經(jīng)泵打回到二級(jí)吸收塔中繼續(xù)吸收；檢測(cè)一級(jí)吸收循環(huán)槽、二級(jí)吸收循環(huán)槽中的氟硅酸溶液中的氟離子濃度達(dá)到10mol/L時(shí),吸收液達(dá)到飽和,將吸收液也輸送到氨解釜中氨解。
【文檔編號(hào)】C01B33/12GK103539130SQ201310526118
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】張宏保, 張光旭, 余福元, 李家朋, 崔文青, 張魯魯 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)氟鉀科技有限公司