[发明专利]一种利用氟硅酸钾生产氟化钾时通过碱解过程中自产硅凝胶晶种联产优质白炭黑的工艺

说明书

本发明公开了一种利用氟硅酸钾生产氟化钾时通过碱解过程中自产硅凝胶晶种联产优质白炭黑的工艺，本发明将氟硅酸钾与氢氧化钾分步进行碱解反应，首先将部分氟硅酸钾与氢氧化钾原料在一定的反应条件下制得硅凝胶晶种，然后再控制反应条件同时加入余下的原料，在自产硅凝胶晶种的作用下控制二氧化硅粒子的形成与沉淀，得到符合国家标准的白炭黑产品。解决了工业上以氟硅酸钾与氢氧化钾为基本原料制备氟化钾时难以得到合格白炭黑的技术难题，具有良好的推广前景。

技术领域

本发明涉及一种利用氟硅酸钾生产氟化钾时通过碱解过程中自产硅凝胶晶种联产优质白炭黑的工艺。

背景技术

氟化钾作为含氟医药及农药的氟化剂，近几年市场需求在不断膨胀中。通常氟化钾的制备采用氢氟酸与氢氧化钾为原料的中和方法。但基于降低生产成本的需求，国内已有多家企业开始以工业副产氟硅酸钾为原料制备氟化钾产品。

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、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO₂·nH₂O表示，其中nH₂O是以表面羟基的形式存在。能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外)。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。

白炭黑按生产方法大体分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。气相法白炭黑常态下为白色无定形絮状半透明固体胶状纳米粒子(粒径小于100nm)，无毒，有巨大的比表面积。气相法白炭黑全部是纳米二氧化硅，产品纯度可达99％，粒径可达10～20nm，但制备工艺复杂，价格昂贵；沉淀法白炭黑又分为传统沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑，前者是指以硫酸、盐酸、CO₂与水玻璃为基本原料生产的二氧化硅，后者是指采用超重力技术、溶胶-凝胶法、化学晶体法、二次结晶法或反相胶束微乳液法等特殊方法生产的二氧化硅。沉淀白炭黑主要用作天然橡胶和合成橡胶的补强剂、牙膏摩擦剂等。气相白炭黑主要用作硅橡胶的补强剂、涂料和不饱和树脂增稠剂，超细二氧化硅凝胶和气凝胶主要用作涂料消光剂、增稠剂、塑料薄膜开口剂等。

使用氟硅酸钾为原料与氢氧化钾溶液反应制备氟化钾，对氟化钾成本的降低非常明显；而且氟化钾产品质量通过工艺控制完全可以达到使用氢氟酸的中和法水平。但是不足之处,就是原料氟硅酸钾带入的硅元素难以沉淀法二氧化硅产品回收，只能以硅渣形式洗涤回收夹带的氟化钾后用作初始硅源使用，价值大幅度降低。而且作为废物弃之还会污染环境。实际上这是目前使用氟硅酸钾为原料制备氟化钾企业面对的共性技术难题，也是业内研究人员研究的热点。特别是在环境管理日益强化的今天，如何使该工艺副产二氧化硅变成合格的沉淀白炭黑尤为重要。

目前工艺难以得到合格的沉淀法二氧化硅，其主要原因在于氢氧化钾溶液属于强碱，在碱解初期很难产生二氧化硅凝胶晶种，因而无法有效的控制碱解过程二氧化硅粒子形成于聚集沉淀的过程制得合格的沉淀法白炭黑。

实际上，采用氟硅酸盐生产氟盐是近几年的发展趋势。传统上一般用工业氨水分解氟硅酸或氟硅酸盐，并且通过分步反应引入自产硅凝胶晶种能够将氨解过程副产的二氧化硅直接作为沉淀法白炭黑回收，已形成一批专利成果。如CN101428806A(申请号CN200810239646)公开了一种以氟硅酸为原料制备高补强白炭黑的规模化生产方法，其特征在于：采用氟硅酸为原料时须预先用液氨、气氨或氨水将氟硅酸中和成氟硅酸铵溶液，采用两步加氨氨解氟硅酸铵溶液。其中第一步快速加氨得到晶种，然后通过控制第二步工艺参数得到高补强白炭黑。该专利成为国内近几年氟硅酸或氟硅酸盐采用氨解法制备氟盐研究或生产普遍使用的方法。