本發(fā)明涉及一種水玻璃聯(lián)產(chǎn)白炭黑清潔化生產(chǎn)工藝，屬于沉淀法生產(chǎn)白炭黑領(lǐng)域，更確切的是水玻璃生產(chǎn)與白炭黑生產(chǎn)緊密結(jié)合在一起的清潔化生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
白炭黑是無(wú)機(jī)硅化合物系列中重要的一種，分子式為SiO2.mH2O，是一種超細(xì)且有活性的二氧化硅顆粒，在橡膠、塑料、農(nóng)藥、油墨、造紙、制藥、日用化學(xué)品等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛用途。
目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)化生產(chǎn)白炭黑的主要方法是沉淀法。沉淀法是液體水玻璃與酸或酸性物質(zhì)反應(yīng)，然后過(guò)濾、洗滌、干燥得到白炭黑，沉淀法生產(chǎn)白炭黑普遍使用的沉淀劑是硫酸，其過(guò)程會(huì)有廢物硫酸鈉產(chǎn)生。
碳化法即以二氧化碳為沉淀劑，是沉淀法的一種，但是，此方法在國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道甚少，因CO2來(lái)源及產(chǎn)品質(zhì)量的影響，此方法在生產(chǎn)應(yīng)用中受到一定限制。
文獻(xiàn)“石灰窯氣碳酸化法制備白炭黑工藝”報(bào)道(何凱等，《過(guò)程控制學(xué)報(bào)》2006年8月，第6卷第4期)采用模擬對(duì)電石生產(chǎn)排放的廢氣(二氧化碳的濃度為40%)——石灰窯氣與水玻璃經(jīng)碳酸化法制備白炭黑的工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，在最佳反應(yīng)條件：反應(yīng)溫度85-95℃、反應(yīng)時(shí)間2.5 h、水玻璃與水的體積比1:6，制備出性能優(yōu)良的白炭黑，DBP吸油值達(dá)到1.79~2.58ml/g。
文獻(xiàn)“碳化法生產(chǎn)白炭黑工藝研究及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析”(涂華等，《無(wú)機(jī)鹽工業(yè)》2001年11月，第六期)中提到在硅酸鈉濃度6~8%、二氧化碳濃度30%、反應(yīng)溫度82~90℃、適量的添加劑下反應(yīng)，得到的白炭黑BET值升高很多，達(dá)到211~324m2/g，DBP吸油值達(dá)到2.70~3.72ml/g，達(dá)到并優(yōu)于沉淀法產(chǎn)品的ISO/DIS5794/3A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。
文獻(xiàn)“硅酸鈉濃度對(duì)碳化法制備納米白炭黑粉體性能的影響”(支歆等，《有色金屬工程》，2013年第3卷第5期)研究二氧化碳碳化法制備納米白炭黑過(guò)程中硅酸鈉濃度對(duì)納米白炭黑粉體的影響。硅酸鈉濃度從20 g/L到80 g/L，反應(yīng)溫度80℃，以2 L/min流速通入濃度為25%v的二氧化碳?xì)怏w，pH值到8.0，過(guò)濾分離、鹽酸洗滌，干燥得到的二氧化硅粉體的一次顆粒粒徑和平均孔隙尺寸介于5~25 nm和4.34~98.55 nm，粉體的比表面積為376.7 m2/g~250 m2/g。
中國(guó)專(zhuān)利CN 102040225 B公布了用二氧化碳分解制備沉淀法白炭黑的工藝，將濃度10~100%v沉淀劑二氧化碳通入pH為12.5~13.5的濃度30~120gSiO2/l的工業(yè)偏硅酸鈉溶液中，反應(yīng)到溶液pH=8. 5~9. 0時(shí)，停止通入二氧化碳?xì)怏w，過(guò)濾得到偏硅酸濾渣和含碳酸鈉的濾液，將偏硅酸按液固質(zhì)量比6:1加水，攪拌洗滌，過(guò)濾洗去夾帶的碳酸鈉溶液后，干燥獲得沉淀法白炭黑，將含碳酸鈉濾液一半返回偏硅酸鈉溶液中再溶解、沉淀偏硅酸，另一半經(jīng)濃縮結(jié)晶后獲得碳酸鈉產(chǎn)品。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種水玻璃聯(lián)產(chǎn)白炭黑清潔化生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明克服了現(xiàn)有沉淀法白炭黑生產(chǎn)工藝帶來(lái)有廢水和廢渣、水玻璃生產(chǎn)能源利用率低的缺點(diǎn)，將水玻璃生產(chǎn)與白炭黑生產(chǎn)緊密有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了水、鈉鹽、酸性氣資源的循環(huán)利用，水玻璃生產(chǎn)的余熱也充分利用起來(lái)，沒(méi)有了廢水與廢渣排放，實(shí)現(xiàn)了清潔化生產(chǎn)。
本發(fā)明的清潔化生產(chǎn)工藝通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
以石英砂和鈉鹽在高溫下熔融生產(chǎn)硅酸鈉；將高溫窯爐酸性尾氣經(jīng)降溫并凈化處理后，與硅酸鈉水淬成的液體水玻璃反應(yīng)生成羥基二氧化硅沉淀和鈉鹽；過(guò)濾洗滌的羥基二氧化硅沉淀濾餅經(jīng)干燥制成白炭黑；而濾液經(jīng)換熱器升溫進(jìn)多效蒸發(fā)器濃縮結(jié)晶得到鈉鹽；鈉鹽回用去制取水玻璃，而蒸發(fā)得到的冷凝水則作為水淬工序用水來(lái)制備液體水玻璃和/或作洗滌用水。
所述的高溫窯爐酸性尾氣降溫處理是指高溫酸性尾氣與濾液通過(guò)換熱器進(jìn)行熱交換，濾液升溫后進(jìn)入多效蒸發(fā)器，酸性尾氣溫度降低到50~100℃。
所述的窯爐酸性尾氣凈化處理是指窯爐酸性尾氣經(jīng)電除塵或布袋除塵設(shè)備處理，除去酸性尾氣中粉塵，使酸性尾氣中粉塵濃度達(dá)到60mg/Nm3以下。
所述的鈉鹽指的是碳酸鈉、硫酸鈉、亞硫酸鈉或其混合物。
所述的窯爐酸性尾氣指的是含CO2、SOx或其混合物的尾氣。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于將水玻璃生產(chǎn)與白炭黑生產(chǎn)緊密有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了水、鈉鹽、酸性氣資源的循環(huán)利用，沒(méi)有了廢水與廢渣的排放，還充分利用了水玻璃生產(chǎn)的余熱，實(shí)現(xiàn)了清潔化生產(chǎn)。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖1所示的工藝流程圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明，但這些實(shí)例并不能限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1
石英砂與碳酸鈉按SiO2:Na2O的摩爾比為3.1~3.2混合均勻，送入溫度為1400~1420℃高溫窯爐(馬蹄爐)中焙燒，形成高溫水玻璃；高溫水玻璃冷卻，即得到固體水玻璃產(chǎn)品。
高溫水玻璃與水接觸，生成液體水玻璃，調(diào)節(jié)濃度到40gSiO2/l，送入碳化塔。
450~800℃的含二氧化碳的尾氣經(jīng)換熱器與水(濾液)進(jìn)行換熱，溫度降低到80℃以下，進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行除塵，經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)送入碳化塔，與水玻璃進(jìn)行反應(yīng)生成羥基氧化硅與碳酸鈉。
反應(yīng)合格的物料進(jìn)行過(guò)濾洗滌，濾餅進(jìn)閃蒸干燥器在300℃下干燥，得到白炭黑。
濾液去換熱器升溫后，進(jìn)入多效蒸發(fā)器進(jìn)行濃縮結(jié)晶，得到碳酸鈉固體與冷凝水，冷凝水作生產(chǎn)液體水玻璃和洗滌用，碳酸鈉固體回到前面與石英砂混合生產(chǎn)水玻璃。
實(shí)施例2
石英砂與硫酸鈉/亞硫酸鈉(部分碳酸鈉)按SiO2:Na2O的摩爾比為2.8~3.0混合均勻，送入溫度為1400~1410℃高溫窯爐(馬蹄爐)中焙燒，形成高溫水玻璃；高溫水玻璃冷卻，即得到固體水玻璃產(chǎn)品。
高溫水玻璃與水接觸，生成液體水玻璃，調(diào)節(jié)濃度到60gSiO2/l，送入碳化塔。
450~800℃的含二氧化碳/SOx的尾氣經(jīng)換熱器與水(濾液)進(jìn)行換熱，溫度降低到65℃以下，進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行除塵，經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)送入碳化塔，與水玻璃進(jìn)行反應(yīng)生成羥基氧化硅與硫酸鈉/亞硫酸鈉(碳酸鈉)。
反應(yīng)合格的物料進(jìn)行過(guò)濾洗滌，濾餅漿化成~10%固含量的漿液進(jìn)噴霧干燥器在350℃下干燥，得到白炭黑。
濾液去換熱器升溫后，進(jìn)入多效蒸發(fā)器進(jìn)行濃縮結(jié)晶，得到硫酸鈉/亞硫酸鈉(碳酸鈉)固體與冷凝水，冷凝水去生產(chǎn)液體水玻璃和洗滌用，硫酸鈉/亞硫酸鈉(碳酸鈉)固體回到前面與石英砂混合生產(chǎn)水玻璃。