[发明专利]一种利用气化后剩余稻壳灰生产白炭黑和活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种白炭黑和活性炭的制造方法，特别是以气化后剩余稻壳灰为原料，先制成水玻璃和碳粉，然后分别用碳粉制成活性炭，用水玻璃制成白炭黑而其化工原料碱可循环使用的方法。

背景技术

众所周知，白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶。白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO₂·nH₂O表示，其nH₂O是以表面羟基的形式存在。白炭黑耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性，具有易粉碎的特点。白炭黑主要用作橡胶的补强剂、牙膏摩擦剂、油状物吸收分散剂，如农药载体，涂料和不饱和树脂增稠剂等等，应用范围极其广泛。制造白炭黑的传统沉淀法，用水玻璃与强酸反应生成水合二氧化硅沉淀，这种方法生产1吨白炭黑要消耗4～4.5吨水玻璃和1.5吨盐酸(或当量的硫酸)，化工原料消耗大，滤液为硫酸钠溶液或氯化钠溶液，其排放会带来环境污染。活性炭是一种多孔碳材料，具有高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积，吸附能力强、化学稳定性好、机械强度高、使用失效后易再生等特点。活性炭作为一种优良的吸附剂及催化剂载体，早已广泛应用于化学工业、食品加工、交通能源、医疗卫生、农业、国防等领域，以及环境保护和人类生活等各个方面。传统的活性炭制备方法多以木材、木炭等为原料，木材过度的砍伐会带来了生态环境的恶化，为了可持续发展，国家迅速对自然林实行禁伐，致使木材木炭的来源萎缩，制备活性炭的原料受到很大限制，价格也呈上涨趋势。在我国稻谷总产量约2亿吨(占全世界总产量的1/3，居世界首位)，大量的稻壳资源并没有得到很好的利用，在很多的地区，稻壳被烧毁，既污染了环境，又浪费了稻壳资源，在此形势下，利用稻壳生产活性炭和白炭黑的新工艺亟待提高与完善。

为了解决上述问题，本发明人曾参与授权公告号为CN1037110C的“一种生产白炭黑的方法”的设计，它以碳酸钠或碳酸钾溶液浸渍稻壳等禾本科植物原料，将浸渍后的原料用炭化炉烟道气烘干，送入还原性炭化炉中进行炭化处理或直接燃烧，生成炭粉和水玻璃混合物，将它们在常压热水中溶煮，经过滤制得水玻璃，再将水玻璃与可溶性碱金属酸式碳酸盐反应生成水合二氧化硅，经过滤、清洗、烘干，制成白炭黑。过滤液为碳酸钠溶液，将滤液碳酸钠回收，循环使用，一部分用于浸渍原料稻壳，另一部分与适量补充的二氧化碳反应生成碳酸氢钠，再用来生产白炭黑。水玻璃与炭粉混合物加水溶解，水玻璃被滤出后，清洗滤渣为含炭量很高的炭渣，是生产活性炭的原料。这项专利的优点是碱(碳酸钠)液回收，循环使用。该方法尚存一些重大的缺点：(i)上述稻壳整体被碱液浸渍，再烘干，这一工艺并不完全合理，①稻壳中含有大量的有机物，碱溶液浸渍有机物并将其烘干是无效工作，使得总工作量加大很多，②另外稻壳的特点是水合二氧化硅呈网络状穿插在有机物之中，稻壳非常致密，致使浸渍稻壳的碱(碳酸钠或碳酸钾)溶液达到均匀渗透的时间长达10-20小时以上，因而浸渍稻壳需要大的仓容。总而言之，碱(碳酸钠或碳酸钾)溶液直接浸渍稻壳并不是最佳方案，需要改进；(ii)“浸渍后的原料烘干后，送入还原性炭化炉中进行炭化处理或直接燃烧，生成炭粉、水玻璃混合物”的工艺也存在需要改进的缺陷：①经浸渍的原料烘干后在还原性炭化炉进行炭化处理，实质上就是有机物气化的过程，碱液浸渍稻壳烘干后，数量相当大的一部分碱只是附着稻壳的外表上，在炭化(有机物气化)工艺操作中烘干后的浸渍稻壳在气化气中激烈翻飞，附着在稻壳的外表上的碱会脱落，被气流带走，它们没有机会与SiO₂反应生成水玻璃，这部分碱实质上就流失了。②如果直接燃烧，则温度常常偏高且不容易控制，后果是制备活性炭的炭粉保留不足，同时水玻璃容易被烧结成块状，不利于溶煮提取。