[发明专利]一种稻壳灰制备二氧化硅的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稻壳灰制备二氧化硅的新方法，具体涉及以稻壳灰为硅源、氟化铵为溶剂制备二氧化硅以及溶剂氟化铵和副产物氨气循环利用的新方法。 

背景技术

1.利用生物质资源生产二氧化硅是采用可再生植物资源的原料趋势 

目前，世界能源与资源危机使可再生资源的开发与利用成为一个热点。植物/农作物基可再生资源是目前国内外特别是发达国家研究和利用的趋势，它将成为未来非再生资源的补充和取代物，改变当前对日益减少的非再生资源的依赖状况。可再生资源进入原料市场，已成为世界各国资源战略的重要组成部分。 

二氧化硅是一种应用非常广泛的化工产品，可用于橡胶、塑料、油漆、油墨、农药、医药、食品、饲料、造纸等行业。其最大用途是用作补强填料，用量占其总产量的75％以上。稻壳作为稻谷加工后的副产品，主要作为初级燃料利用，燃烧后的稻壳灰因其密度小、体积大，对环境造成了污染，目前大部分没有处理；稻壳经燃烧后，其灰分视燃烧条件不同含有60～95％无定形二氧化硅，是用于生产二氧化硅系列产品的理想原料，具有纯度高、可再生、成本低的优势条件。特别是在高档硅砂原料越来越少，高纯度白炭黑缺少原料来源的困难条件下，保证高档白炭黑行业的可持续发展具有重要意义。 

2.利用可循环工艺生产二氧化硅是减少污染、保护环境的技术发展趋势 

生产二氧化硅的传统方法是将硅砂、纯碱置于反射炉中在1300～1500℃高温熔融，生产硅酸钠并释放出二氧化碳气体；然后用水溶煮制成稀硅酸钠溶液，再用硫酸中和沉淀，最后经水洗、过滤、干燥、粉碎工序而得二氧化硅产品。这种传统工艺每生产1吨二氧化硅，将会消耗0.51吨的硫酸和0.53吨的纯碱，同时释放出0.23吨二氧化碳气体和产生20吨废水(含0.74吨硫酸钠)。不仅耗费大量的化工原料，能耗大，成本高，而且产生大量废水和二氧化碳气体， 污染环境，加剧温室效应。 

3.国内外专利申请和授权情况 

有关氟化铵生产二氧化硅的国内专利CN1036746A公布了一种用硅砂生产白炭黑的新工艺，用硅砂和固体NH₄F经过高温反应生成氟硅酸铵固体，再由氟化铵溶液溶解，并经过与氨水的中和沉化得到白炭黑，同时将氟化铵溶液排出反应体系浓缩结晶。专利CN101139094A公开了一种以氟硅酸和氨水为原料氨化反应制的白炭黑的方法，其中氨水分步加入，过滤分步进行，经洗涤干燥得到白炭黑。专利CN100577567C公开了一种以氟硅酸或氟硅酸铵和氨水为原料，将氨水和氟硅酸铵或氟硅酸快速反应制得白炭黑晶种，并以白炭黑晶种为基础，将水、氟硅酸或氟硅酸铵与氨水进行反应，制得白炭黑沉淀和氟化铵溶液。 

以上方法分别存在以硅砂为原料溶硅困难，需高温反应，能耗大，以氟硅酸或氟硅酸铵为原料，原料来源有限等问题。本发明以生物质稻壳灰为硅源，以氟硅酸为溶剂溶解二氧化硅，并将得到的氟硅酸铵溶液滴加到氨水溶液中制备分散性好的二氧化硅产品。 

发明内容

本发明是一种以稻壳灰作为硅源、氟化铵为溶剂制备二氧化硅的新方法，特别涉及反应物氟化铵和副产物氨气循环利用的新方法。本发明采用的技术方案是： 

一种稻壳灰制备二氧化硅的新方法，其具体步骤如下： 

(1)将稻壳灰用水分散后，用硫酸溶液中和至pH＝7，溶解其中可溶性氧化物及其他微量金属杂质，过滤，滤液作为草木灰肥料，滤渣水洗待用。 

(2)把步骤(1)中滤渣与浓度为1～5mol/L的氟化铵水溶液按SiO₂与NH₄F的摩尔比为1∶7～15的比例投入到反应釜中，加热热源调至100～150℃，反应1～4h，同时用水回收反应中产生的氨气；反应结束后，热过滤固液分离，滤液做为制备二氧化硅的原料，滤渣进一步进行活化处理制备高档活性炭。 

(3)浓度为10～30wt％的氨水置于密闭沉淀釜中，调温至50～90℃，将步骤(2)中所得滤液按比例加入到氨水中，析出沉淀，陈化0.5～3h，过滤固液分离，滤液备用，滤饼经洗涤、干燥，得二氧化硅产品。 

本发明的特征在于，步骤(3)中滤液主要含有氟化铵溶液，它经过浓缩调整浓度后重新回到步骤(2)中参加反应，循环利用；浓缩器中产生的水进入接收器用于吸收氨气。 

本发明的特征在于，氟化铵与稻壳灰反应生成氨气，用水回收调整浓度后返回步骤(3)用于沉淀二氧化硅，循环利用。

本发明的主要化学反应原理为：