專利名稱：一種磷酸沉淀法制備白碳黑并直接聯產磷酸鈉鹽的工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及以磷酸與硅酸鈉為原料，用沉淀法制取低殘磷的白炭黑產品，聯產具有工 業價值的磷酸鈉鹽的工藝，特別是一種磷酸沉淀法制備白碳黑并直接聯產磷酸鈉鹽的工 藝。
背景技術：
首先，以硫酸或鹽酸和硅酸鈉為原料，用沉淀法制白炭黑的技術完備，歷史已久。隨 著時代的發展，技術水平的進步，環境保護要求的提高，充分利用資源，優化技術經濟指 標的觀念斷深入，以硫酸或鹽酸為原料制白炭黑副產的硫酸鈉或氯化鈉，由于受到天然芒 硝和鹽的挑戰，其市場和價格空間有限，甚至還會成為負擔和堆放時構成環境壓力，直接 導致技術經濟效果明顯不佳。另外，硫酸和鹽酸均為強酸，腐蝕性極強，以其作為原料對 設備材料和操作條件控制要求較高。因此，開發一種新的工藝技術，新的原料和產品路線， 取代或改善當前這種原料和產品路線所存在的不利技術經濟局面及環境保護壓力十分必 要。中國專利公開號CN1686792A公開了一種"磷酸法沉淀二氧化硅的制備方法"，這種方 法存在兩個突出的問題， 一是由于磷或磷酸鹽化合物在Si02.nH20或Si02中的物理包裹吸 咐能力非常強，當采用H3P04作酸化熟化劑時，其結晶濾餅進行過濾后很難將其包裹吸咐在 Si02. nH20或Si02固體中的磷或磷酸鹽化合物洗滌除去達到使用要求，其后果是最終產品中 殘留的磷含量較高。當采用殘磷較高的白炭黑作為有機聚合物的填料時，會導致有機聚合 物制品發脆，質量大幅下降，甚至失去使用價值。二是，該專利中為了使膠體顆粒凝膠沉 淀，水合程度降低，滿足過濾要求，在沉淀過程中使用了 NaCl電解質來達此目的，然而 當使用NaCl電解質進入反應系統后，與副產的磷酸鈉一起混合溶解成液相被過濾為母液。 該專利稱"生產中所剩含磷酸鹽的母液水和洗滌水全部回收利用，實現工藝廢水零排放"。 其實在一開始人為加入電解質NaCl在回收利用時會帶來很大問題。如果在回收水時將NaCl 磷酸鹽再從母液中分別回收，則工藝技術難度會很大，也很麻煩，生產成本會大幅度增加； 若將二者以混合物回收成為混鹽，則其產品的品質大大降低，應用價值和經濟價值大打折 扣。因此以NaCl電解質加入反應系統進行凝膠沉淀的輔助方法，無論從技術難易程度上 考慮，還是從經濟成本方面分析，均會導致弊多利少，事倍功半的效果。
發明內容
本發明的目的就是要提供一種磷酸沉淀法制備白碳黑并直接聯產磷酸鈉鹽的工藝，它 以硅酸鈉和工業磷酸為原料，通過控制加入方法、控制鈉和磷元素的摩爾比、反應溫度、 恒溫進行反應、激烈攪拌控制凝膠顆粒的操作方法，并加入特定的助濾劑改善過濾條件，加入萃取劑洗去白炭黑中殘留磷，以獲得完全符合使用要求的產品的同時，加入的助濾劑 不影響副產物的使用價值，所獲得副產品磷酸一鈉純度較高。
本發明的目的是這樣實現的 一種磷酸沉淀法制備白碳黑并直接聯產磷酸鈉鹽的工 藝，包括同溫同比并流加料、保溫反應，激烈攪拌控制凝膠的操作方法和液固萃取凈化洗 滌、去殘留磷的工藝方法，包括下列步驟
A、 原料的配制將模數1 3.5質量百分數為30% 90%的固體或液體工業硅酸鈉和
60% 80%的工業磷酸，分別加熱至60 120°C;
B、 加料反應將步驟A制備好的工業級磷酸和硅酸鈉按Na : P為0. 9-1. 1的摩爾量 比，以穩定的流速同時加入恒溫反應器中，強攪拌條件下反應15分鐘，加入用體積比為l
:l的硝酸作為助濾劑，硝酸加入摩爾量為磷酸摩爾量的5%，繼續攪拌三分鐘，反應過程
中始終保持工業級磷酸和硅酸鈉按Na : P為0. 9-1. 1的摩爾量比，反應溫度控制在6CTC 120°C，保持反應產生的白碳黑凝膠顆粒均勻的產生沉淀；
C、 過濾、洗滌、干燥將步驟B反應產生的白炭黑凝膠顆粒沉淀趁熱進行過濾，用
蒸餾水洗滌，蒸餾水的溫度控制在6(TC 12(TC，洗至PH為3-5.5，將洗凈的濾餅急速干 燥后磨碎，碎后產品即為白炭黑粗產品；
D、 萃取殘磷將步驟C中的粗產品再用5% 30%的硫酸或鹽酸或硝酸萃取，去除雜質， 降低殘磷量。萃取所得洗水回收利用；
E、 二次洗滌干燥將步驟D萃取后所得的固體白炭黑進行再次洗滌，洗至ra至6 8 后，再干燥、粉碎所得產物即為最終白炭黑產品；
F、 磷酸鈉鹽回收將步驟C中的濾液和第一次洗滌濾液回收進行濃縮結晶，制成磷
酸鈉鹽。
步驟C中所述洗滌，是用蒸餾水洗滌多次，蒸餾水的溫度在60"C 12(TC，洗至PH值 至6 8，洗滌采用梯級淋洗方式，即回收本批料的洗滌的第n次洗滌濾液，用于下一批物 料的第n+l次洗滌。
本發明具有以下優點
一、 采用硝酸做為助濾劑解決了其白炭黑過濾難的問題。
二、 采用少量硝酸或硫酸或鹽酸作為萃取劑后，增強了磷酸鹽的溶解性，可使產品中 夾雜物減少，純度提高，同時殘磷量大幅降低至國標(GB/T-1871. 1-1995)方法無法檢出。 解決其產品中殘留五氧化二磷高而不能用于作為有機聚合物填料使用的突出問題。
三、 本發明用磷酸法制備白炭黑聯產磷酸鈉鹽，采用加入硝酸作為助濾劑，不影響副 產物憐酸鈉鹽的質量，并可作為三聚磷酸鈉原料使用，少量的硝酸根可以作為聚合反應的 催化劑，在三聚磷酸鈉產品中并無殘留。從而提高了副產物磷酸鈉鹽的品質及應用的可適 應性，且解決兩產品聯合生產同時，并提高技術經濟效益。與傳統硫酸、鹽酸法比較，解 決了副產物的利用價值低的問題。四、通過加入助濾劑，開發出副產品新的利用途徑，取代或改善當前聚磷酸鹽生產工 藝，解決了傳統生產技術路線經濟性差以及環保壓力大等不利因素。
下面通過附圖和實施例對本發明進行詳細說明。 圖1是本發明的工藝流程方框圖。 圖l兼作摘要附圖。
具體實施例方式
如圖1所示， 一種磷酸沉淀法制備白碳黑并直接聯產磷酸鈉鹽的工藝，包括同溫同比 并流加料、保溫反應，激烈攪拌控制凝膠的操作方法和液固萃取凈化洗滌、去殘留磷的工 藝方法，包括下列步驟
A、 原料的配制將模數1 3.5質量百分數為30% 90%的固體或液體工業硅酸鈉和 60% 80%的工業磷酸，分別加熱至60°C 120°C;
B、 加料反應將步驟A制備好的工業級磷酸和硅酸鈉按Na : P為0. 9-1. 1的摩爾量 比，以穩定的流速同時加入恒溫反應器中，強攪拌條件下反應15分鐘，加入用體積比為l :l的硝酸作為助濾劑，硝酸加入摩爾量為磷酸摩爾量的5%，繼續攪拌三分鐘，反應過程 中始終保持工業級磷酸和硅酸鈉按Na : P為0. 9-1. 1的摩爾量比，反應溫度控制在60°C 120'C，保持反應產生的白碳黑凝膠顆粒均勻的產生沉淀；
C、 過濾、洗滌、干燥將歩驟B反應產生的白炭黑凝膠顆粒沉淀趁熱進行過濾，用 蒸餾水洗滌，蒸餾水的溫度控制在6(TC 12(TC，洗至ra為3-5.5，將洗凈的濾餅急速干 燥后磨碎，碎后產品即為白炭黑粗產品；
D、 萃取殘磷將步驟C中的粗產品再用5% 30%的硫酸或鹽酸或硝酸萃取，去除雜質， 降低殘磷量。萃取所得洗水回收利用；
E、 二次洗漆干燥將步驟D萃取后所得的固體白炭黑進行再次洗滌，洗至ra至6 8 后，再干燥、粉碎所得產物即為最終白炭黑產品；
F、 磷酸鈉鹽回收將步驟C中的濾液和第一次洗滌濾液回收進行濃縮結晶，制成磷
酸鈉鹽。
實施例1:
分別在兩個1000ml容器中加入重量為1000g、模數為3. 1、含量為34. 56%的硅酸鈉與 含量為60%的磷酸溶液，保證鈉磷摩爾量比為1.0，分別在水浴鍋中恒溫至8(TC，同時恒 速加入，有快速攪拌的8(TC恒溫反應容器中，反應15分鐘。加入體積比為l: l的硝酸 25ml，繼續攪拌3分鐘。趁熱真空抽濾，加水洗滌1次，回收反應濾液和1次洗滌濾液， 再用水洗至PH為3.5-5.5，回收濾液用于下一批料的洗滌。105'C干燥2小時，磨碎，加 稀硝酸充分攪拌，抽濾，用水洗，抽濾至中性，回收濾液。所得濾餅經105。C干燥，經粉 碎后即為白炭黑產品。硅酸鈉模數硅酸鈉分子式為Na20 n Si02，式中n即模數，意義為硅酸鈉中Si02與 Na20的摩爾比。 實施例2:
分別在兩個1000ml容器中加入重量為1000g、模數為3. 1、含量為34. 56%的硅酸鈉與 含量為60%的磷酸溶液，保證鈉磷摩爾量比為0.9，分別在水浴鍋中恒溫至9(TC，同時恒 速加入，有快速攪拌的9(TC恒溫反應容器中，反應15分鐘。加入體積比為l: l的硝酸 25ml，繼續攪拌3分鐘。趁熱真空抽濾，加水洗滌1次，回收反應濾液和1次洗滌濾液， 再用水洗至ra為3.5-5.5，回收濾液用于下一批料的洗滌。105'C干燥2小時，磨碎，加 稀硝酸充分攪拌，抽濾，用水洗，抽濾至中性，回收濾液。所得濾餅經105。C干燥，經粉 碎后即為白炭黑產品。
實施例3:
分別在兩個1000ml容器中加入重量為1500g、模數為3. 1、含量為34. 56%的硅酸鈉與 含量為60%的磷酸溶液，保證鈉磷摩爾量比為0.95，分別在水浴鍋中恒溫至9(TC，同時恒 速加入，有快速攪拌的9(TC恒溫反應容器中，反應15分鐘。加入體積比為1: 1的硝酸 25ml，繼續攪拌3分鐘。趁熱真空抽濾，加水洗滌1次，回收反應濾液和1次洗滌濾液， 再用水洗至ra為3. 5-5. 5，回收濾液用于下一批料的洗滌。105'C干燥2小時，磨碎，加 稀硝酸充分攪拌，抽濾，用水洗，抽濾至中性，回收濾液。所得濾餅經105"C干燥，經粉 碎后即為白炭黑產品。
權利要求
1、一種磷酸沉淀法制備白碳黑并直接聯產磷酸鈉鹽的工藝，包括同溫同比并流加料、保溫反應，激烈攪拌控制凝膠的操作方法和液固萃取凈化洗滌、去殘留磷的工藝方法，其特征在于它包括下列步驟A、原料的配制將模數1～3.5質量百分數為30％～90％的固體或液體工業硅酸鈉和60％～80％的工業磷酸，分別加熱至60℃～120℃；B、加料反應將步驟A制備好的工業級磷酸和硅酸鈉按NaP為0.9-1.1的摩爾量比，以穩定的流速同時加入恒溫反應器中，強攪拌條件下反應15分鐘，加入用體積比為11的硝酸作為助濾劑，硝酸加入摩爾量為磷酸摩爾量的5％，繼續攪拌三分鐘，反應過程中始終保持工業級磷酸和硅酸鈉按Na:P為0.9-1.1的摩爾量比，反應溫度控制在60℃～120℃，保持反應產生的白碳黑凝膠顆粒均勻的產生沉淀；C、過濾、洗滌、干燥將步驟B反應產生的白炭黑凝膠顆粒沉淀趁熱進行過濾，用蒸餾水洗滌，蒸餾水的溫度控制在60℃～120℃，洗至PH為3-5.5，將洗凈的濾餅急速干燥后磨碎，碎后產品即為白炭黑粗產品；D、萃取殘磷將步驟C中的粗產品再用5％～30％的硫酸或鹽酸或硝酸萃取，去除雜質，降低殘磷量。萃取所得洗水回收利用；E、二次洗滌干燥將步驟D萃取后所得的固體白炭黑進行再次洗滌，洗至PH至6～8后，再干燥、粉碎所得產物即為最終白炭黑產品；F、磷酸鈉鹽回收將步驟C中的濾液和第一次洗滌濾液回收進行濃縮結晶，制成磷酸鈉鹽。
2、 根據權利要求1所述的一種磷酸沉淀法制備白炭黑并直接聯產磷酸鈉鹽的工藝， 其特征是步驟C中所述洗滌，是用蒸餾水洗滌多次，蒸餾水的溫度在6(TC 12(TC，洗 至ra值至6 8，洗滌采用梯級淋洗方式，即回收本批料的洗滌的第n次洗滌濾液，用于 下一批物料的第n+l次洗滌。
全文摘要
一種磷酸沉淀法制備白碳黑并直接聯產磷酸鈉鹽的工藝，包括同溫同比并流加料、保溫反應，激烈攪拌控制凝膠的操作方法和液固萃取凈化洗滌、去殘留磷的工藝方法。本發明以硅酸鈉和工業磷酸為原料，通過控制加入方法、控制鈉和磷元素的摩爾比、反應溫度、恒溫進行反應、激烈攪拌控制凝膠顆粒的操作方法，并加入特定的助濾劑改善過濾條件，加入萃取劑洗去白炭黑中殘留磷，以獲得完全符合使用要求的產品的同時，加入的助濾劑不影響副產物的使用價值，所獲得副產品磷酸一鈉純度較高。
文檔編號C01B25/00GK101412514SQ20081019767
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月18日 優先權日2008年11月18日
發明者余有平, 李少平, 楊丞杰, 熊祥祖, 威 王, 羅光典 申請人:湖北興發化工集團股份有限公司;武漢工程大學