[发明专利]一种氟化法制备气相白炭黑的方法

说明书

本发明公开了一种氟化法制备气相白炭黑的方法。所述方法主要包括冷却吸收‑溶解、吸附沉淀工序、洗涤净化、干燥、流态化分解和火焰合成工序，具体为：以优质硅石粉体为原料，利用四氟化硅火焰合成产生烟气冷却吸收得到溶液中的氢氟酸进行溶解反应得到氟硅酸溶液；接着，将流态化分解粉体产物加入氟硅酸溶液中，使氟硅酸与碱金属氟盐形成氟硅酸盐沉淀和氢氟酸，氢氟酸溶液循环返回用于冷却吸收‑溶解工序；氟硅酸盐经过洗涤净化、过滤干燥后，进行流态化分解得到四氟化硅气体和粉体产物；四氟化硅气体经净化后采用氢焰法合成气相白炭黑产品，所产生的烟气经冷却吸收形成氢氟酸和氟硅酸混合溶液循环用于硅石的溶解。

技术领域

本发明涉及化工、材料领域，特别涉及一种氟化法制备气相白炭黑的方法。

背景技术

气相白炭黑(纳米二氧化硅)是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，因其粒径很小、表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域中具有不可或缺的突出重要性。工业上主要以四氯化硅为原料，采用氢焰法高温火焰合成进行生产。例如，中国专利CN1282603C以四氯化硅为原料，通过高温火焰法合成气相白炭黑，然而，存在四氯化硅原料成本高、副产盐酸难处理等问题。因此，尚待开发更为高效清洁的气相白炭黑新技术。

在众多研发路线中，四氟化硅氢焰合成法被认为是最具发展前景的路线之一。四氟化硅气体可从磷肥工业副产氟硅酸或氟硅酸钠分解得到，易于提纯至白炭黑生产所需的较高纯度，合成白炭黑产生的氟化氢副产品市场需求较好。例如，中国专利CN102351150B以磷肥副产的粗四氟化硅为硅源，经过除尘和除湿后，与水蒸气作用，制备气相白炭黑。但是，该路线存在以下三个方面突出问题：(1)若以氟硅酸钠分解获得四氟化硅气体，存在低温分解不完全而高温分解物料粘结难题，尚需进一步研发采用复杂的分解方法，具体见中国专利申请CN110683548A的相关描述；(2)四氟化硅氢焰法制备白炭黑反应体系的热力学平衡转化率偏低(1500℃下仅～70％)，经分离回收粉体后烟气进行吸收处理会产生难以处理的氟硅酸溶液；(3)四氟化硅分解产生的烟气及氟硅酸处理产生的氟化氢产品须精制/脱水等处理后进行产品销售，增加了白炭黑生产商运行成本和市场不确定性风险要素。

综上所述，现有气相白炭黑制备技术存在转化率偏低、排放的烟气需精制导致成本高等问题。因此，通过工艺技术创新，开发出绿色环保，经济的生产技术具有重要的意义。

发明内容

针对现有气相白体黑制备技术存在的问题，本发明提供了一种氟化法制备气相白炭黑的方法。整个流程以优质硅石为原料，通过氟介质循环有效避免三废和副产品产生，从而实现气相白炭黑的低成本高效清洁生产。因此，本方法具有环境友好，能耗低，产品附加值高等特点。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种氟化法制备气相白炭黑的方法，所述方法包括以下几个工序：冷却吸收-溶解工序1、吸附沉淀工序2、洗涤净化工序3、干燥工序4、流态化分解工序5和火焰合成工序6，具体按以下步骤进行：

1)将火焰合成工序6产生的烟气送入冷却吸收-溶解工序1，使烟气中的氟化氢气体和残留的四氟化硅气体被溶解吸收形成氢氟酸和氟硅酸溶液，氢氟酸与优质硅石反应形成氟硅酸；

2)将冷却吸收-溶解工序1得到的氟硅酸溶液送入吸附沉淀工序2，并加入流态化分解工序5产生的分解粉体产物，使氟硅酸中的四氟化硅与碱金属氟盐形成碱金属氟硅酸盐沉淀，氢氟酸溶液循环返回冷却吸收-溶解工序1；

3)将吸附沉淀工序2得到的碱金属氟硅酸盐沉淀送入洗涤净化工序3，进行洗涤净化处理，继而过滤得到纯净的碱金属氟硅酸盐粉体；

4)将洗涤净化工序3得到氟硅酸盐粉体送入干燥工序4，进行干燥脱水处理，得到干燥的碱金属氟硅酸盐粉体；