一種從煤渣中提取白炭黑的方法
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及提取白炭黑領域，尤其涉及一種從煤渣中提取白炭黑的方法。
【背景技術】
[0002]白炭黑是白色粉末狀X-射線無定形硅酸和硅酸鹽產品的總稱，主要是指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅和超細二氧化硅凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等。白炭黑是多孔性物質，其組成可用S12.ηΗ20表示，其中ηΗ20是以表面羥基的形式存在。能溶于苛性堿和氫氟酸，不溶于水、溶劑和酸(氫氟酸除外)。耐高溫、不燃、無味、無嗅、具有很好的電絕緣性，具有粒徑小、比表面積大、易形成高結構的聚集體等特性，主要用作橡膠的補強填充劑；在非橡膠領域，如合成樹脂、塑料和涂料等行業也有著廣泛的應用，白炭黑按生產方法大體分為沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。氣相法白炭黑常態下為白色無定形絮狀半透明固體膠狀納米粒子(粒徑小于lOOnm)，無毒，有巨大的比表面積。氣相法白炭黑全部是納米二氧化硅，產品純度可達99%，粒徑可達10~20nm，但制備工藝復雜，價格昂貴；沉淀法白炭黑又分為傳統沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑，前者是指以硫酸、鹽酸、0)2與水玻璃為基本原料生產的二氧化硅，后者是指采用超重力技術、溶膠-凝膠法、化學晶體法、二次結晶法或反相膠束微乳液法等特殊方法生產的二氧化硅。沉淀白炭黑主要用作天然橡膠和合成橡膠的補強劑、牙膏摩擦劑等。氣相白炭黑主要用作硅橡膠的補強劑、涂料和不飽和樹脂增稠劑，超細二氧化硅凝膠和氣凝膠主要用作涂料消光劑、增稠劑、塑料薄膜開口劑等。
[0003]白炭黑作為一種環保、性能優異的助劑，主要用于橡膠制品(包括高溫硫化硅橡膠)、紡織、造紙、農藥、食品添加劑領域。從白炭黑2004-2008年這四年產量的增速來看，四年復合增長率13.3%。2009年我國共有白炭黑生產企業超過60家，產能約100萬噸，產量75萬噸，中國產銷量居全球首位。
[0004]得益于輪胎制造業、硅橡膠產業、涂料工業、新能源等領域的需求增長，預計未來我國沉淀法白炭黑(二氧化硅)的年均需求增長速度約為10%。2015年，亞洲將成為高分散白炭黑最大市場，其需求增速將遠高于全球平均9%的增速，達到15%或更高。中國占亞洲市場的40%，將成為全球最大的單一市場。
[0005]白炭黑的應用如此之廣，世界各國都對白炭黑的生產工藝進行了研宄，目前，生產白炭黑的方法很多，但是歸結起來有物理法和化學法，化學法又分為氣相法和沉淀法，沉淀法按酸源的不同又分為H2SOJX淀法、HCl沉淀法、HNO 3沉淀法，CO 2沉淀法。目前，技術成熟的方法有氣相法和沉淀法。但是目前的制備方法依然存在一定的問題，比如能耗較高，提取率低等。
【發明內容】
[0006]本發明目的就是提供一種從煤渣中提取白炭黑的方法。
[0007]本發明是通過以下技術方案實現的:
一種從煤渣中提取白炭黑的方法，包括以下步驟: (1)球磨:將煤渣進行球磨，球磨時間為2-2.5小時，過100-120目篩；
(2)混酸:在上述球磨料中加入其重量1-2%的硼酸，攪拌均勻；
(3)低溫焙燒:將上述混合料與硫酸銨混合，硫酸銨的用量為球磨料重量的3-4倍，焙燒溫度為400-450°C，時間為100-110分鐘；
(4)浸酸:將上述焙燒料冷卻，滴加濃度為30-35%的硫酸，滴加速度為4ml/s，所述硫酸與球磨料的體積質量比為3.8-4ml: lg，滴加完畢后調整體系溫度為70-80°C，浸泡30-40分鐘，過濾，得濾渣和酸浸液；
(5)碳化反應:取上述酸浸液重量1.5-2倍的水玻璃，所述的水玻璃模數為1-1.5，攪拌均勻，控制反應溫度為60-90°C，通入CO2含量為40-70%的混合氣體進行碳化反應，直至體系PH為8-9，停止通入氣體，得碳化液；
(6)成品制備；將得到的碳化液與上述步驟(4)得到的濾渣混合，攪拌均勻，經陳化、過濾、洗滌、干燥、煅燒，即得白炭黑。
[0008]本發明的優點是:
本發明在球磨后采用加入硼酸混合的方式，可以提高焙燒效率，降低焙燒溫度，節約了時間與能耗，經過酸浸后的濾渣經檢測S12的含量就已經達到了 85%以上，再通過將酸浸液碳化處理，共混陳化的方法，極大的轉化了原煤渣中的Si，且本發明整個過程中不產生無用廢液，降低了回收的成本，極大的提高了白炭黑的轉化率。
【具體實施方式】
[0009]實施例1:
本發明采用的煤渣成分為:
S12 47.4% ；
Al2O3 31.5% ；
Fe2O3 13.6% ；
CaO 2.6% ；
MgO 0.91% ；
余量3.99%ο
[0010]一種從煤渣中提取白炭黑的方法，包括以下步驟:
(1)球磨:將煤渣進行球磨，球磨時間為2.5小時，過120目篩；
(2)混酸:在上述球磨料中加入其重量1%的硼酸，攪拌均勻；
(3)低溫焙燒:將上述混合料與硫酸銨混合，硫酸銨的用量為球磨料重量的3倍，焙燒溫度為450°C，時間為110分鐘；
(4)浸酸:將上述焙燒料冷卻，滴加濃度為35%的硫酸，滴加速度為4ml/s，所述硫酸與球磨料的體積質量比為3.8ml:lg，滴加完畢后調整體系溫度為75°C，浸泡34分鐘，過濾，得濾渣和酸浸液；
(5)碳化反應:取上述酸浸液重量1.8倍的水玻璃，所述的水玻璃模數為1，攪拌均勻，控制反應溫度為80°C，通入CO2含量為50%的混合氣體進行碳化反應，直至體系PH為8.1，停止通入氣體，得碳化液；
(6)成品制備；將得到的碳化液與上述步驟(4)得到的濾渣混合，攪拌均勻，經陳化、過濾、洗滌、干燥、煅燒，即得白炭黑。
[0011]將得到的白炭黑產品按照照HG/T3061-2009中相關的檢測方法測得的白炭黑質量指標如下:
DBP 吸收值/(cm3/g):2.13 ；
總銅含量/ (mg/kg):20 ；
總鐵含量/(mg/kg):4.2 ；
加熱減量/%:0.2 ；
500% 定伸應力 /Mpa:6.8 ；
扯斷伸長率/%:689 ；
二氧化硅含量/%:97。
[0012]實施例2:
與實施例1所用的煤渣成分相同；
一種從煤渣中提取白炭黑的方法，包括以下步驟:
(1)球磨:將煤渣進行球磨，球磨時間為2.7小時，過110目篩；
(2)混酸:在上述球磨料中加入其重量1%的硼酸，攪拌均勻；
(3)低溫焙燒:將上述混合料與硫酸銨混合，硫酸銨的用量為球磨料重量的3倍，焙燒溫度為430°C，時間為114分鐘；
(4)浸酸:將上述焙燒料冷卻，滴加濃度為32%的硫酸，滴加速度為3.9ml/s，所述硫酸與球磨料的體積質量比為3.8ml:lg，滴加完畢后調整體系溫度為73°C，浸泡37分鐘，過濾，得濾渣和酸浸液；
(5)碳化反應:取上述酸浸液重量1.8倍的水玻璃，所述的水玻璃模數為1.5，攪拌均勻，控制反應溫度為78°C，通入CO2含量為50%的混合氣體進行碳化反應，直至體系PH為8.3，停止通入氣體，得碳化液；
(6)成品制備；將得到的碳化液與上述步驟(4)得到的濾渣混合，攪拌均勻，經陳化、過濾、洗滌、干燥、煅燒，即得白炭黑。
[0013]將得到的白炭黑產品按照照HG/T3061-2009中相關的檢測方法測得的白炭黑質量指標如下:
DBP 吸收值/(cm3/g):2.24 ；
總鐵含量 / (mg/kg):4.1 ；
加熱減量/%:0.3 ；
500% 定伸應力 /Mpa:6.9 ；
扯斷伸長率/%:691 ；
二氧化硅含量/%:98o
[0014]實施例3:
與實施例1所用的煤渣成分相同；
一種從煤渣中提取白炭黑的方法，包括以下步驟:
(1)球磨:將煤渣進行球磨，球磨時間為2.8小時，過110目篩；
(2)混酸:在上述球磨料中加入其重量1.4%的硼酸，攪拌均勻；
(3)低溫焙燒:將上述混合料與硫酸銨混合，硫酸銨的用量為球磨料重量的3倍，焙燒溫度為440°C，時間為116分鐘；
(4)浸酸:將上述焙燒料冷卻，滴加濃度為32%的硫酸，滴加速度為3.7ml/s，所述硫酸與球磨料的體積質量比為3.8ml:lg，滴加完畢后調整體系溫度為74°C，浸泡39分鐘，過濾，得濾渣和酸浸液；
(5)碳化反應:取上述酸浸液重量1.8倍的水玻璃，所述的水玻璃模數為1.5，攪拌均勻，控制反應溫度為78°C，通入CO2含量為50%的混合氣體進行碳化反應，直至體系PH為8.2，停止通入氣體，得碳化液；
(6)成品制備；將得到的碳化液與上述步驟(4)得到的濾渣混合，攪拌均勻，經陳化、過濾、洗滌、干燥、煅燒，即得白炭黑。
[0015]將得到的白炭黑產品按照照HG/T3061-2009中相關的檢測方法測得的白炭黑質量指標如下:
DBP 吸收值/(cm3/g):2.26 ；
總鐵含量 / (mg/kg):4.3 ；
加熱減量/%:0.3 ；
500% 定伸應力 /Mpa:7.0 ；
扯斷伸長率/%:692 ；
二氧化硅含量/%:98o
【主權項】
1.一種從煤渣中提取白炭黑的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)球磨:將煤渣進行球磨，球磨時間為2-2.5小時，過100-120目篩； (2)混酸:在上述球磨料中加入其重量1-2%的硼酸，攪拌均勻； (3)低溫焙燒:將上述混合料與硫酸銨混合，硫酸銨的用量為球磨料重量的3-4倍，焙燒溫度為400-450°C，時間為100-110分鐘； (4)浸酸:將上述焙燒料冷卻，滴加濃度為30-35%的硫酸，滴加速度為4ml/s，所述硫酸與球磨料的體積質量比為3.8-4ml: lg，滴加完畢后調整體系溫度為70-80°C，浸泡30-40分鐘，過濾，得濾渣和酸浸液； (5)碳化反應:取上述酸浸液重量1.5-2倍的水玻璃，所述的水玻璃模數為1-1.5，攪拌均勻，控制反應溫度為60-90°C，通入CO2含量為40-70%的混合氣體進行碳化反應，直至體系PH為8-9，停止通入氣體，得碳化液； (6)成品制備；將得到的碳化液與上述步驟(4)得到的濾渣混合，攪拌均勻，經陳化、過濾、洗滌、干燥、煅燒，即得白炭黑。
【專利摘要】本發明公開了一種從煤渣中提取白炭黑的方法，包括球磨、混酸、低溫焙燒、浸酸、碳化反應、成品制備，本發明在球磨后采用加入硼酸混合的方式，可以提高焙燒效率，降低焙燒溫度，節約了時間與能耗，經過酸浸后的濾渣經檢測Si02的含量就已經達到了85%以上，再通過將酸浸液碳化處理，共混陳化的方法，極大的轉化了原煤渣中的Si，且本發明整個過程中不產生無用廢液，降低了回收的成本，極大的提高了白炭黑的轉化率。
【IPC分類】C01B33/12
【公開號】CN104891504
【申請號】CN201510253494
【發明人】孫玉壯, 張海島, 王金喜, 高康, 林明月, 孟志強
【申請人】河北工程大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月19日