利用废硅渣制备白炭黑的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种白炭黑的制备方法，是W废娃渣为原料经系列化学反应提取白炭 黑的方法，属于无机化学领域。
【背景技术】
[0002] 白炭黑是微细粉末状或超细粒子状无水及含水二氧化娃或娃酸盐类的统称，是一 种白色、无毒、无定形微细粉状物。其Si化含量较大（大于90 % )，原始粒径一般为10-40nm， 因表面含有较多径基，易吸水而成为聚集的细粒。白炭黑的相对密度为2. 319-2. 653g/cm3。 烙点为1750°C。不溶与水和酸，溶于强碱和氨氣酸。具有多孔性，内表面积大，高分散性，质 轻，化学稳定性好，耐高溫、不燃烧、无毒无味W及电绝缘性好等优异特性。
[0003]在工业领域，白炭黑是橡胶制品的重要补强填充剂，它能大幅提高胶料的物理性 能，减少胶料滞后，降低轮胎的滚动阻力，同时不损失其抗湿滑性。此外，白炭黑在塑料、造 纸、涂料、化妆品W及油墨等方面具有广泛的应用，开发利用前景十分广阔。
[0004] 鉴于白炭黑的广阔应用，研究人员希望能利用废娃渣制备白炭黑，实现一举多得 的目的。在国内，研究人员在利用含有氣娃酸的废料来制备白炭黑产品方面做了大量的研 究。例如，宁廷生利用憐肥工业副产物一-含有氣硅胶的废料制备出高补强白炭黑。魏晓 明发明了一种利用工业废渣制取白炭黑的方法，W憐肥、憐胺或其它工业生产中产生的娃 酸溶胶废渣为原料，生产出各项指标均满足塑料、橡胶制品需要的白炭黑。在国外，氣和娃 的利用绝大多数是从氣娃酸开始，制取氣化物或二氧化娃，然后进一步制取其它的氣化物。 如美国专利US2945745、US3338673、US3501268、US4026997、US4915705 等均是采用气氨或 氨水溶液与氣娃酸反应制取氣化锭W及二氧化娃。
[0005]但在实际工业生产过程中，存在大量含有二氧化娃的废料需要进行处理。例如，憐 肥企业含氣废气氨化（氨解）或碱化后得到废料，详细可参考专利（一种氣娃化合物的氨 解及氣娃元素的分离方法，【申请号】2006100511407);不溶性含钟岩石经酸性氣化物处理 后，产生四氣化娃氨化后得到的娃渣，详细可参考专利（一种利用不溶性含钟岩石生产硫 酸钟的方法，【申请号】2013105098514)。但未有利用上述废料作为原料实现白炭黑的制备研 究。
【发明内容】
[0006]针对现有制备方法的局限性，本发明的目的在于提供一种经济、简易可行的制备 方法，W增加白炭黑的制备途径。
[0007]本发明采用如下技术方案：一种利用废娃渣制备白炭黑的方法，其包括W下步 骤：
[0008]a、将废娃渣与氣化锭进行化学反应，生成氣娃酸锭和氨气；
[0009]b、将步骤a所得氣娃酸锭与氨水进行化学反应，生成二氧化娃和氣化锭；
[0010] C、步骤b所得二氧化娃经陈化、洗涂、干燥即可制得白炭黑；
[0011] 其中，所述的废娃渣含有二氧化娃。
[001引在制备过程中：
[0013] 优选的是：步骤a所述的化学反应中，氣化锭实际投料重量为140~180%的理论 用量，氣化锭初始质量浓度控制为7.8~21.6%。
[0014] 进一步的，步骤a中残余的废娃渣可W回收，循环利用，还可W由步骤a所得的氨 气制成氨水，所制得的氨水可W进一步参与到步骤b所述的化学反应中。
[0015] 优选的是，步骤b所述化学反应中：
[001引终点抑控制为7. 94~8. 8,反应溫度为20~40°C;
[0017] 氨水实际投料为105~110%理论氨水用量；
[0018] 氣娃酸锭初始质量浓度为14.6~20. 1 %。
[0019] 更进一步的，步骤b所得氣化锭均可W回收，循环利用。
[0020] 另外，可W在有改性剂的存在下进行步骤b所述的化学反应。
[0021] 优选的是，所述的改性剂为正下醇或十二烷基苯横酸钢。
[0022] 本发明所采用的原料粗娃渣在加热条件下经氣化锭溶液溶解，得到氣娃酸锭溶液 与氨气，反应原理如下：
[0023] 6饥巧+51〇2一 (NH.).SiF.+4NH,t巧比0
[0024] 氣娃酸锭溶液过滤除杂后输送到下个反应工段进行下一个化学反应，过滤后的滤 饼主要是未反应的Si〇2残渣，将其返送到初始反应工段继续溶解反应。氨气经吸收冷却后 进入下一个反应工段，循环利用。
[00巧]过滤工段后得到一定浓度的氣娃酸锭溶液，经物料累打入合成反应蓋中，同时按 比例加入氨水、改性剂，得到氣化锭溶液和二氧化娃。其反应原理为：
[0026] 4畑3+ (畑4)zSiFe+mHzO- 6饥巧+51〇2 ?址2〇
[0027] 合成反应蓋中物料溢流到沉降槽中在一定溫度下陈化，陈化1~化后用压滤机压 滤，所得的二氧化娃洗涂后得到白炭黑产品。分离出的氣化锭溶液返回第一个反应工段作 为溶解娃渣的原料。含氨洗液则可W返送至憐酸浓缩车间回用。利用上述两个互相可逆的 化学反应，使反应物质的得到充分的循环利用，大大降低了制备成本。
[0028] 本发明提供的利用废娃渣制备二氧化娃的方法具有W下特点：
[0029] 1、本发明所制得的白炭黑技术指标达到沉淀法白炭黑标准（HG/T3061-2009)要 求，产品质量满足橡胶类复合材料补强功能要求。
[0030] 2、本发明所提供白炭黑的制备方法，其工艺流程短，所需设备数量少；原料来源广 泛低廉，不使用水玻璃高能耗产品；投资小、成本低、产品附加值高，无环境污染。
【具体实施方式】
[0031] 下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。下面结 合具体实施例，对本发明作进一步详细的阐述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表 示的范围。运些实施例仅用于说明本发明，而非用于限制本发明的范围。此外，在阅读本发 明的内容后，本领域的技术人员可W对本发明作各种修改，运些等价变化同样落于本发明 所附权利要求书所限定的范围。
[0032] 实施例1
[0033] 将含有90%二氧化娃的废娃渣30g置于1000 mL反应容器中。取139.86g氣化锭 试剂（140%理论值重量）与1. 793kg蒸馈水配成质量浓度为7.8%的氣化锭溶液，将配好 的氣化锭溶液倒入反应器中，90°C水浴揽拌回流，保持料浆沸腾至二氧化娃溶解，冷却至室 溫，过滤、洗涂。过滤后的滤饼主要是未反应的废娃渣，收集并作为最初始反应物，使之得W 循环利用。鼓泡吸收挥发出的氨