專利名稱：一種生產(chǎn)冰晶石聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)冰晶石聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法。
背景技術(shù)：
冰晶石化學(xué)名稱為氟鋁酸鈉，分子式為Na3AlF6，在工業(yè)上主要用于煉鋁助熔劑，在硅酸鹽工業(yè)中用作玻璃和搪瓷的乳白劑，在農(nóng)業(yè)上可用作殺蟲劑，世界上煉鋁工業(yè)中主要使用的原料為冰晶石。冰晶石的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝為純堿—氟鋁酸法，先將氫氟酸與氫氧化鋁反應(yīng)生成氟鋁酸，再與純堿反應(yīng)生成冰晶石，其化學(xué)反應(yīng)式如下
所制得的冰晶石料漿經(jīng)過濾后得冰晶石成品。該工藝的不足之處在于由于反應(yīng)所需的溫度較高，合成氟鋁酸的反應(yīng)劇烈，操作不容易控制，容易發(fā)生冒罐傷人事故；并且由于整個生產(chǎn)是在酸性條件下進行，且溫度較高，對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，并有酸性廢渣產(chǎn)生，污染環(huán)境。
白炭黑，化學(xué)名稱為沉淀二氧化硅，是合成粉狀無定性硅酸產(chǎn)品之一，作為一種補強劑、分散劑、消光劑等廣泛應(yīng)用于輪胎、制鞋、農(nóng)藥、消防、造紙等行業(yè)。通常白炭黑是由硅酸鈉和無機酸發(fā)生中和反應(yīng)而制得，主要原料為硅酸鈉和硫酸或其它無機酸，以硫酸較為普遍，主要反應(yīng)式如下
目前，有一種用氟硅酸鈉生產(chǎn)冰晶石聯(lián)產(chǎn)白炭黑的生產(chǎn)工藝，其制備過程為將氟硅酸鈉與稀氨水反應(yīng)，制成白炭黑晶種，然后在晶種存在的條件下，將氟硅酸鈉與氨水進行氨解反應(yīng)，其中晶種的加入量可以按需要進行調(diào)整，氨解反應(yīng)生成的白炭黑料漿經(jīng)過濾、洗滌得白炭黑軟膏和氟化銨、氟化鈉混合溶液，白炭黑軟膏經(jīng)干燥得白炭黑成品。氨解反應(yīng)生成的氟化銨、氟化鈉混合溶液與鋁酸鈉溶液反應(yīng)合成冰晶石，生成冰晶石料漿經(jīng)過濾、干燥得冰晶石成品。主要反應(yīng)式如下(1)
(2)該工藝不足之處在于(1)采用氟硅酸鈉與稀氨水反應(yīng)制白炭黑晶種，由于氟硅酸鈉為固相，反應(yīng)不完全，所制得的晶種中鈉離子的含量較大，晶種質(zhì)量較差，且還存在有固體顆粒，透明度差，色澤發(fā)白。(2)用氟硅酸鈉制晶種所得的白炭黑料漿，氟化鈉的結(jié)晶較多，不便于洗滌和分離，大大地影響了白炭黑的純度。(3)所制得的冰晶石分子比較高，一般在2.8以上，并且無法向下調(diào)整，只能在電解鋁生產(chǎn)中的起槽階段使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)冰晶石聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案在于采用一種生產(chǎn)冰晶石聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，包括如下順序的步驟(1)向水中加入冰母和氨水制得稀氨水，將氟硅酸溶液與稀氨水反應(yīng)，制成白炭黑晶種，將白炭黑晶種的pH值控制在6-8之間，反應(yīng)溫度為30-40℃；(2)向氨解槽中加入一定量的白炭黑晶種，其中晶種的加入量可以按需要進行調(diào)整，并加入適量冰母，在晶種存在的條件下，將氟硅酸鈉與氨水在60℃左右的溫度下進行氨解反應(yīng)，反應(yīng)終點的pH值大于8.0，氨解反應(yīng)生成的白炭黑料漿經(jīng)過濾、洗滌得到白炭黑軟膏，其中濾液為氟化銨、氟化鈉混合溶液，白炭黑軟膏經(jīng)干燥得白炭黑成品；(3)將氨解反應(yīng)生成的氟化銨、氟化鈉混合溶液與鋁酸鈉溶液在80-100℃的溫度下反應(yīng)生成冰晶石料漿，生成的冰晶石料漿經(jīng)過濾、干燥得冰晶石成品。
所述的稀氨水的濃度為0.8-1.0mol/l。
所述的氟化銨、氟化鈉混合溶液的氟離子含量為35-40g/l。
所述的步驟(3)中鋁酸鈉的αk值為1.2-1.3。
本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)式為(1)(2)(3)由于使用了氟硅酸溶液制晶種，氟硅酸溶液與稀氨水反應(yīng)完全，改善了用氟硅酸鈉制晶種反應(yīng)不完全，晶種質(zhì)量較差的問題。使用氟硅酸溶液制得的晶種，幾乎沒有鈉含量，反應(yīng)完全，晶種質(zhì)量好，從而使氨解反應(yīng)制出的白炭黑料漿中(與用氟硅酸鈉制晶種所得的白炭黑料漿相比)氟化鈉的結(jié)晶明顯減少，白炭黑的質(zhì)量明顯提高。與用氟硅酸鈉制晶種所得的冰晶石相比，氨解反應(yīng)產(chǎn)生的氟化銨、氟化鈉混合溶液中鈉含量明顯減少，從而使合成出的冰晶石分子比下降，可以制出分子比較低的冰晶石，另外根據(jù)晶種加入量的不同，可以生產(chǎn)分子比在1.8-3.0之間可以調(diào)整的冰晶石，除了象現(xiàn)有技術(shù)一樣在電解鋁起槽階段使用外，還可以在電解鋁生產(chǎn)其余的正常階段使用；同時冰晶石中氟、鋁含量得到提高，鈉含量下降，滿足了不同生產(chǎn)用途和不同客戶的要求，擴大了冰晶石的市場。本發(fā)明所采用的原料氟硅酸以及氟硅酸鈉都是磷肥生產(chǎn)廠家的一種有污染且禁止排放的毒副產(chǎn)品，本發(fā)明“變廢為寶”，不僅解決了污染物的排放問題，同時也使環(huán)境問題得到了解決，并且利用這些污染物還生產(chǎn)出了在工業(yè)上有很大的利用價值的冰晶石以及白炭黑。本發(fā)明在制備冰晶石時所生成的冰母及氨氣可以加以回收、循環(huán)利用，生成的氨氣可用于制備稀氨水，冰母與制備的稀氨水可供制備白炭黑晶種用，冰母還可用于氨解反應(yīng)，這樣大大地提高了原料的利用率，降低了成本。
本發(fā)明的生產(chǎn)工藝(A)所生產(chǎn)的冰晶石和白炭黑與現(xiàn)有的用氟硅酸鈉生產(chǎn)冰晶石聯(lián)產(chǎn)白炭黑的工藝(B)所得的冰晶石和白炭黑產(chǎn)品分析結(jié)果對比如下表1冰晶石分析結(jié)果

表2 白炭黑分析結(jié)果

由表1、表2可知，本發(fā)明用氟硅酸生產(chǎn)冰晶石聯(lián)產(chǎn)白炭黑的生產(chǎn)工藝(A)所生產(chǎn)的冰晶石中F的含量在53以上、Al的含量在13以上，而現(xiàn)有的工藝(B)所制備的冰晶石中F的含量不易達到53以上、Al的含量常在13以下，其中工藝(A)中Na的含量較工藝(B)中Na的含量低。由此證明，本發(fā)明所生產(chǎn)的冰晶石中氟、鋁的含量得到了提高，鈉含量下降，冰晶石的分子比降低，從而滿足了不同生產(chǎn)用途和不同客戶的要求。本發(fā)明所生產(chǎn)的白炭黑中SiO2的含量明顯提高，生產(chǎn)的白炭黑純度較高，從而提高了白炭黑的質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1如圖1所示，本發(fā)明制備冰晶石聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法為向水中加入冰母和氨水制備稀氨水，過濾得濃度為0.8mol/l的稀氨水，將氟硅酸溶液與所制備的稀氨水反應(yīng)，制成白炭黑晶種，白炭黑晶種的pH值控制為6.2，反應(yīng)溫度為32℃；向氨解槽中加入25％的白炭黑晶種，并加入適量冰母，然后在晶種存在的條件下，將氟硅酸鈉與氨水在58℃左右的溫度下進行氨解反應(yīng)，反應(yīng)終點的pH值大于8.0，氨解反應(yīng)生成的白炭黑料漿經(jīng)過濾、洗滌得白炭黑軟膏，濾液為氟化銨、氟化鈉混合溶液，氟化銨、氟化鈉混合溶液的氟離子含量為35g/l，白炭黑軟膏經(jīng)干燥得白炭黑成品；將氨解反應(yīng)生成的氟化銨、氟化鈉混合溶液與鋁酸鈉溶液(鋁酸鈉溶液的αk值為1.20)在80℃的溫度下反應(yīng)合成冰晶石料漿，同時釋放出氨氣，所釋放出的氨氣可進行回收用于制備氨水，所生成的冰晶石料漿經(jīng)過濾、干燥得冰晶石成品，所得到的冰母可用于氨解反應(yīng)，還可以與氨水一起用于制備稀氨水。
實施例2如圖1所示，本發(fā)明制備冰晶石聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法為向水中加入冰母和氨水制備稀氨水，過濾得濃度為0.9mol/l的稀氨水，將氟硅酸溶液與所制備的稀氨水反應(yīng)，制成白炭黑晶種，白炭黑晶種的pH值控制為7.0，反應(yīng)溫度為35℃；向氨解槽中加入33％的白炭黑晶種，并加入適量冰母，然后在晶種存在的條件下，將氟硅酸鈉與氨水在60℃左右的溫度下進行氨解反應(yīng)，反應(yīng)終點的pH值大于8.0，氨解反應(yīng)生成的白炭黑料漿經(jīng)過濾、洗滌得白炭黑軟膏，濾液為氟化銨、氟化鈉混合溶液，氟化銨、氟化鈉混合溶液的氟離子含量為37g/l，白炭黑軟膏經(jīng)干燥得白炭黑成品；將氨解反應(yīng)生成的氟化銨、氟化鈉混合溶液與鋁酸鈉溶液(鋁酸鈉溶液的αk值為1.25)在88℃的溫度下反應(yīng)合成冰晶石料漿，同時釋放出氨氣，所釋放出的氨氣可進行回收用于制備氨水，所生成的冰晶石料漿經(jīng)過濾、干燥得冰晶石成品，所得到的冰母可用于氨解反應(yīng)，還可以與氨水一起用于制備稀氨水。
實施例3如圖1所示，本發(fā)明制備冰晶石聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法為向水中加入冰母和氨水制備稀氨水，過濾得濃度為1.0mol/l的稀氨水，將氟硅酸溶液與所制備的稀氨水反應(yīng)，制成白炭黑晶種，白炭黑晶種的pH值控制為7.6，反應(yīng)溫度為40℃；向氨解槽中加入40％的白炭黑晶種，并加入適量冰母，然后在晶種存在的條件下，將氟硅酸鈉與氨水在62℃左右的溫度下進行氨解反應(yīng)，反應(yīng)終點的pH值大于8.0，氨解反應(yīng)生成的白炭黑料漿經(jīng)過濾、洗滌得白炭黑軟膏，濾液為氟化銨、氟化鈉混合溶液，氟化銨、氟化鈉混合溶液的氟離子含量為40g/l，白炭黑軟膏經(jīng)干燥得白炭黑成品；將氨解反應(yīng)生成的氟化銨、氟化鈉混合溶液與鋁酸鈉溶液(鋁酸鈉溶液的αk值為1.30)在95℃的溫度下反應(yīng)合成冰晶石料漿，同時釋放出氨氣，所釋放出的氨氣可進行回收用于制備氨水，所生成的冰晶石料漿經(jīng)過濾、干燥得冰晶石成品，所得到的冰母可用于氨解反應(yīng)，還可以與氨水一起用于制備稀氨水。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)冰晶石聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，包括如下順序的步驟(1)向水中加入冰母和氨水制得稀氨水，將氟硅酸溶液與稀氨水反應(yīng)，制成白炭黑晶種，將白炭黑晶種的pH值控制在6-8之間，反應(yīng)溫度為30-40℃；(2)向氨解槽中加入一定量的白炭黑晶種，其中晶種的加入量可以按需要進行調(diào)整，并加入適量冰母，在晶種存在的條件下，將氟硅酸鈉與氨水在60℃左右的溫度下進行氨解反應(yīng)，反應(yīng)終點的pH值大于8.0，氨解反應(yīng)生成的白炭黑料漿經(jīng)過濾、洗滌得到白炭黑軟膏，其中濾液為氟化銨、氟化鈉混合溶液，白炭黑軟膏經(jīng)干燥得白炭黑成品；(3)將氨解反應(yīng)生成的氟化銨、氟化鈉混合溶液與鋁酸鈉溶液在80-100℃的溫度下反應(yīng)生成冰晶石料漿，生成的冰晶石料漿經(jīng)過濾、干燥得冰晶石成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的稀氨水的濃度為0.8-1.0mol/l。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的氟化銨、氟化鈉混合溶液的氟離子含量為35-40g/l。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于；所述的步驟(3)中鋁酸鈉的αk值為1.2-1.3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)冰晶石聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，包括如下順序的步驟(1)向水中加入冰母和氨水制得稀氨水，將氟硅酸溶液與稀氨水反應(yīng)，制成白炭黑晶種，將白炭黑晶種的pH值控制在6－8之間，反應(yīng)溫度為30－40℃；(2)向氨解槽中加入一定量的白炭黑晶種，其中晶種的加入量可以按需要進行調(diào)整，并加入適量冰母，在晶種存在的條件下，將氟硅酸鈉與氨水在60℃左右的溫度下進行氨解反應(yīng)，反應(yīng)終點的pH值大于8.0，氨解反應(yīng)生成的白炭黑料漿經(jīng)過濾、洗滌得到白炭黑軟膏，其中濾液為氟化銨、氟化鈉混合溶液，白炭黑軟膏經(jīng)干燥得白炭黑成品；(3)將氨解反應(yīng)生成的氟化銨、氟化鈉混合溶液與鋁酸鈉溶液在80－100℃的溫度下反應(yīng)生成冰晶石料漿，生成的冰晶石料漿經(jīng)過濾、干燥得冰晶石成品。
文檔編號C01B33/00GK1515493SQ0311844
公開日2004年7月28日 申請日期2003年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月7日
發(fā)明者李世江, 侯紅軍, 楊華春, 李海生, 張富山, 皇甫根利, 利 申請人:焦作市多氟多化工有限公司