[发明专利]用粘土矿物制备白炭黑的煅烧转化反应工艺

说明书

本发明涉及白炭黑的制造方法，特别是经由煅烧转化反应用粘土矿物制备白炭黑的工艺。

已有的从高岭土制备白炭黑的方法包括两大类：第一类是对高岭土进行酸溶，浸提出铝质组分，将留下的硅质固相物与碱反应，转化为硅酸钠溶液(水玻璃)，然后按常规湿法白炭黑制备方法，从硅酸钠溶液中沉淀出白炭黑；第二类是将高岭土的绝大部分铝质组分经重复酸溶浸提出去，再将悬浮液内的固相硅质物从铝盐溶液中分离出来，直接以之作为白炭黑。上述两类方法均属于液-固相反应。

H.C.Park et.al.在Preparation of Alumina and Amorphous Silica fromClay Minerals.J.of the Korean Ceramic Society，26(1)：81，1989中所记述的H.C.Pack et.al的方法可作为上述第一类方法的代表。他们以煅烧高岭土为原料，用硫酸溶液从煅烧高岭土中加热酸浸出铝质组分，经固-液分离，由滤液中回收铝，所获硅质滤饼经过湿法加压转化(NaOH溶液，经200℃、3小时反应)或干法(反应剂为固体Na₂CO₃，经1400℃煅烧反应，煅烧产物在150℃压力釜内水化3小时)，转化为硅酸钠溶液。用5％H₂SO₄与所获硅酸钠溶液作用，从中沉淀出非晶质SiO₂，即白炭黑。

按所用高岭土原料是否经过预先煅烧，上述第二类制备方法又可分为两个亚类。第一亚类所用的高岭土原料经过预煅烧，如张兴法在“高岭土制碱式氯化铝和白炭黑”《化学工程师》(5)：22，1994和“用高岭土生产白炭黑的试验研究”《安徽化工》(4)：30，1994二文献中，黄小敏在“利用高岭岩(或高岭土)生产聚合氯化铝和白炭黑的研究”《非金属矿》(2)：30，1991中所记述，采用600℃或750℃预煅烧，以转化高岭土晶体结构内的铝氧八面体片层为γ-Al₂O₃(所生成的γ-Al₂O₃易溶于酸，其酸溶反应活性较未煅烧高岭土内的铝氧八面体片层大为提高)，然后经过二段加热酸浸或三段加热酸浸，煅烧高岭土中的γ-Al₂O₃及Fe₂O₃等物质溶于酸中，而煅烧高岭土内的硅质组分不溶于酸，以硅微粉形式悬浮在酸液中，经固-液分离、洗涤、烘干后，为白炭黑产物。第二亚类所用的高岭土不经预煅烧，如李宜志等在“高岭土制备白炭黑方法研究”《化学世界》(5)：198，1988中所记述，直接经过先硫酸、后盐酸的两段加热酸浸从高岭土晶格中将晶格铝强行溶出，经固-液分离后，原高岭石中的SiO₂存留在滤饼中，经干燥后为白炭黑产物，中国专利CN1046507A“高岭土制取聚氯化铝及白碳黑的方法”与上述“高岭土制备白炭黑方法研究”中所记述的方法相类似。

上述第二类制备方法不能去除高岭土中的致色杂质TiO₂(主要以锐钛矿形式存在，其次为金红石)，酸溶后TiO₂将进入白炭黑产物中，当TiO₂的原始含量较高时，会显著降低所获白炭黑产物的白度及其非晶质特性。此外，第二类中的第二亚类所用高岭土原料未经预先煅烧，酸溶反应对高岭土中的有机质无脱除能力。如张其春等在“劣质高岭土的致色因素研究”《成都理工学院学报》22(3)：52，1995中所记述，这两种因素均会影响白炭黑产物的白度。尽管上述“高岭土制备白炭黑方法研究”文献中用下列反应式表达了TiO₂在酸溶过程中发生了酸溶反应：