[发明专利]一种改进的以氟硅酸钠为原料制备白炭黑的方法

说明书

本发明属于无机化学工业技术领域，涉及白炭黑的生产方法，尤其涉及一种以磷肥工业副产物氟硅酸钠为原料制备白炭黑的方法。

白炭黑，化学名称为水合二氧化硅(SiO₂.nH₂O)，是一种具有广泛用途的化工产品，它可以用于橡胶、涂料、胶粘剂、化妆品、油墨、塑料、医药、农药等产品的生产。白炭黑在橡胶工业中的用量最大，几乎占其产量的90％，是彩色橡胶、透明鞋底以及轮胎橡胶常用的补强剂。

传统上白炭黑是采用硫酸溶液与水玻璃溶液进行化学反应制得的，这一工艺现在仍为大多数白炭黑生产厂家所采用。由于硅存在于多种物质中，在我国，出现了许多以含硅矿/废物为原料生产白炭黑的方法，此类方法具有综合利用资源，减少“三废污染”，成本低等特点，以磷肥副产物氟硅酸钠为原料生产白炭黑即是其中的一种。申请号为00116464.3的中国专利中公开了这种方法，该方法的主要技术方案如下：

(1)晶种制备：

A外加晶种

在晶种槽中加入水玻璃或硅酸钠溶液，然后滴加无机酸溶液，使其反应生成晶种，工艺条件为：

水玻璃或硅酸钠溶液的浓度(以SiO₂计)为0.1～10％(质量百分浓度)，硫酸溶液的浓度为0.1～3M，水玻璃的模数为1.0～4.0，所制晶种的pH值为3.0～10.0，反应后晶种陈化0.5～24小时；

B自生晶种

在晶种槽中加入氟硅酸钠料浆，然后滴加氨水溶液，使其反应生成晶种。该反应是在常温下进行的，所用的氟硅酸钠料浆的浓度为5％～15％(质量百分浓度)，氨水的浓度为10％～20％，所制晶种的pH值为7.0～9.0，反应后晶种陈化0.5～24小时；

(2)氨解反应：

将氟硅酸钠料浆置于氨解槽中，加入上述晶种，在常温常压下用氨水与该料浆进行氨解反应并陈化；陈化后反应液经固液分离得氟溶液及白炭黑软膏，其反应式为：

晶种与氟硅酸钠的质量比为1∶1～12∶1，氨解的其它工艺条件与现有工艺相同，反应后陈化时间为0.5～4小时，陈化温度为室温～95℃；

原料氟硅酸钠可以采用磷肥工业副产品，产品规格符合国标；

(3)白炭黑的处理：

将步骤(2)所得的白炭黑软膏洗涤、干燥得超细白炭黑，干燥可采用离心喷雾干燥、压力喷雾干燥或旋转闪蒸干燥，干燥温度110～350℃。

该方法尽管制备出了性能优良的白炭黑产品，但工艺上仍然存在一个缺陷，即该工艺得到的氟溶液主要用于冰晶石的合成，晶种制备时硫酸根等离子的引入可能会对合成的冰晶石的质量产生影响。

本发明的目的在于公开一种改进的以氟硅酸钠为原料制备白炭黑的方法，该方法对现有技术进行了改进，使其既可以制得性能优良的白炭黑产品，又不会对后续的冰晶石合成造成影响。

本发明的构思是这样的：

鉴于采用沉淀法去除氟溶液中的硫酸根等离子，成本较高，效果也不是很理想，而且可能会损失溶液中的一部分氟离子，本发明采用水玻璃或硅酸钠溶液与氟硅酸钠反应制备晶种，然后在晶种存在的条件下，使氟硅酸钠进行氨解，以获得优质的白炭黑产品。另外，考虑到氨水气味大，需回收等问题，本发明还采用碳铵作氨解剂。

根据上述构思，本发明提出如下所述的技术方案：

本发明所说的方法包括①氧化硅晶种的制备，②在氧化硅晶种存在的条件下氟硅酸钠与碳铵或氨水的氨解和③氨解后所得白炭黑软膏的处理三个步骤。步骤③可采用现有技术进行，为获得高品位的白炭黑产品，本发明对晶种的制备和氨解工艺进行了改进，具体如下所述：

①在氨解时所加入的氧化硅晶种是这样制备的：

在晶种槽中加入水玻璃或硅酸钠溶液，然后加入氟硅酸钠料浆，使其反应生成氧化硅晶种，反应终点控制溶液的pH=6.0～10.0，然后晶种陈化0.5～24小时；

水玻璃或硅酸钠溶液的浓度以SiO₂计为0.1％～10％；

氟硅酸钠料浆的质量百分浓度为0.5～50％，氟硅酸钠可采用符合国标的磷肥工业副产品；

②在氧化硅晶种存在的条件下氟硅酸钠与碳铵或氨水的氨解：

向配制好的氟硅酸钠料浆中加入晶种，晶种中的氧化硅与氟硅酸钠的质量比为0.1～1.5；在常温常压下用氨水或碳铵与料浆反应0.1～2小时，反应后反应液在室温～95℃下陈化0.5～4小时，然后过滤进行固液分离，获得氟溶液与白炭黑软膏，氟溶液可用于冰晶石的合成；