[发明专利]利用锰浸出渣和电解锰废酸制备超细活性白炭黑的方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业废渣和废液的回收再利用领域，具体涉及一种利用锰浸出渣和电解锰废酸制备超细活性白炭黑的方法。

背景技术

锰是生产钢铁以及不锈钢的原料，受钢铁生产持续增长的拉动，我国对锰矿的需求不断攀升。中国作为世界上最大的锰系铁合金生产国，2008年锰质合金产量达745万吨。我国是锰矿资源储藏非常丰富的国家，但锰矿石的平均品位较低，全国93.6％的锰矿储量属于贫锰矿。据统计，每电解生产1吨锰将产生6～7吨锰浸出渣和大量的废酸，而且，随着锰矿石开采的加速和锰需求量的不断增加，生产锰所产生的废渣污染日趋严重，因此对锰浸出渣和废酸进行回收利用的研究势在必行。

目前国内锰浸出渣处理的有关报道大多集中在制备建筑材料、4A分子筛等领域，这些工艺都要经过高温煅烧的工序，生产成本高，且所获得产品的附加值较低，基本上无经济效益；因此利用锰浸出渣开发附加值较高的产品及其生产工艺将是锰矿行业废渣处理的发展趋势。

白炭黑广泛应用于橡胶、塑料的填充补强剂、油墨增稠剂、油漆涂料添加剂、合成润滑脂和硅脂稠化剂、制革业平光剂、农药分散剂、造纸填充剂、合成树脂(聚脂树脂、弹性聚氨脂)的添加剂、电子电气业绝缘绝热填料及日用化工原料等领域。超细活性白炭黑作为橡胶补强剂可提高硫化橡胶制品的抗张强度、硬度、曲挠、撕裂、磨耗、耐老化性能，是浅色、彩色及透明橡胶制品不可缺少的优质补强填充剂，广泛用作彩色雨鞋、运动鞋、透明胶鞋底、轮胎、胶辊、电缆等产品的补强；作为塑料硬制品的补强剂可提高其耐蚀性、耐候性和流平性。有相关专家预计，在轮胎和制鞋业的带动下，中国对白炭黑的需求将以每年8％～10％的速度快速增加；白炭黑的价格则因颗粒越小、比表面积越大而价格越高。中国专利ZL200610035724.5曾报道利用杂质较少的白色铝土矿废渣制备活性白炭黑，但是其二氧化硅主要应用于拉伸强度要求不高、产率较低的橡胶领域。至今尚未见有以杂质较多的褐色锰浸出渣和电解锰废酸为主要原料制备粒径小、易分散于橡胶体系、保持橡胶有较高拉伸强度、附加值较高的超细活性白炭黑的报道。

锰浸出渣中Si(以SiO₂计)含量达22～30wt％，电解锰后的废酸溶液因酸性浓度较高而不能直接排放，故处理和利用这些废渣、废液对环境保护更显重要；同时用本发明的方法制备超细活性白炭黑可以满足市场需要、获得经济效益，还能解决电解二氧化锰生产厂家的后顾之忧，有利于环境保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题是充分利用锰加工厂的工业废渣和废液-锰浸出渣和电解锰废酸制备超细活性白炭黑的方法。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

1、将锰浸出渣依次用0.1～0.15wt％的稀硫酸水溶液、0.05～0.1wt％的碱性水溶液各洗涤1次，再用自来水洗至中性，其中稀硫酸水溶液与锰浸出渣重量比为3.0～3.5∶1，碱性水溶液与锰浸出渣重量比为3.0～3.5∶1；

2、将步骤1处理后的滤渣和41～55wt％的强碱溶液在121～130℃下反应2～5h，过滤得到滤液，并用水将滤渣洗至中性；其中强碱溶液与原料锰浸出渣的质量比为2～3∶1；

3、将步骤2得到的滤液在40～80℃下依次用端氨基超支化聚酯、数均分子量1000000g/mol以上的聚丙烯酰胺脱色后，得到硅酸盐水溶液；其中端氨基超支化聚酯与原料锰浸出渣的重量比为1∶100～150，聚丙烯酰胺与原料锰浸出渣的重量比为1∶100～150；

4、将步骤3中得到的脱色后的硅酸盐水溶液加入到反应釜中、加水调节滤液中二氧化硅的含量，加入粒子活性剂，再缓慢滴加经脱色处理的电解锰废酸溶液，至溶液的pH值为5～8之间，滴加完毕后，再在40～60℃下反应0.5～2h，过滤、水洗、干燥得到白炭黑；其中加入的水与原料锰浸出渣的重量比2.5～3.0∶1，；粒子活性剂的用量为原料锰浸出渣重量的0.05～0.5％。

强碱溶液为氢氧化钠和氢氧化钾水溶液中的一种或两种。

粒子活性剂的制备方法为：1.2mol二硫化碳、1.2mol浓度为20％的氢氧化钠或1.2mol浓度为20％氢氧化钾水溶液与含0.1mol端氨基超支化聚合物300g粉末混合均匀，在40℃条件下搅拌反应6小时，然后冷却结晶、过滤，即可得到二硫代氨基甲酸钠固体粉末336g或二硫代氨基甲酸钾固体粉末342g。