專利名稱：一種磷酸沉淀法制備白碳黑并直接聯(lián)產(chǎn)磷酸鈉鹽的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(chǎn)品，聯(lián)產(chǎn)具有工 業(yè)價(jià)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(lián)產(chǎn)磷酸鈉鹽的工 藝。
背景技術(shù)：
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(shù)完備，歷史已久。隨 著時(shí)代的發(fā)展，技術(shù)水平的進(jìn)步，環(huán)境保護(hù)要求的提高，充分利用資源，優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指 標(biāo)的觀念斷深入，以硫酸或鹽酸為原料制白炭黑副產(chǎn)的硫酸鈉或氯化鈉，由于受到天然芒 硝和鹽的挑戰(zhàn)，其市場(chǎng)和價(jià)格空間有限，甚至還會(huì)成為負(fù)擔(dān)和堆放時(shí)構(gòu)成環(huán)境壓力，直接 導(dǎo)致技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果明顯不佳。另外，硫酸和鹽酸均為強(qiáng)酸，腐蝕性極強(qiáng)，以其作為原料對(duì) 設(shè)備材料和操作條件控制要求較高。因此，開發(fā)一種新的工藝技術(shù)，新的原料和產(chǎn)品路線， 取代或改善當(dāng)前這種原料和產(chǎn)品路線所存在的不利技術(shù)經(jīng)濟(jì)局面及環(huán)境保護(hù)壓力十分必 要。中國(guó)專利公開號(hào)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(gè)突出的問(wèn)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(qiáng)，當(dāng)采用H3P04作酸化熟化劑時(shí)，其結(jié)晶濾餅進(jìn)行過(guò)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(dá)到使用要求，其后果是最終產(chǎn)品中 殘留的磷含量較高。當(dāng)采用殘磷較高的白炭黑作為有機(jī)聚合物的填料時(shí)，會(huì)導(dǎo)致有機(jī)聚合 物制品發(fā)脆，質(zhì)量大幅下降，甚至失去使用價(jià)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(guò)濾要求，在沉淀過(guò)程中使用了 NaCl電解質(zhì)來(lái)達(dá)此目的，然而 當(dāng)使用NaCl電解質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)后，與副產(chǎn)的磷酸鈉一起混合溶解成液相被過(guò)濾為母液。 該專利稱"生產(chǎn)中所剩含磷酸鹽的母液水和洗滌水全部回收利用，實(shí)現(xiàn)工藝廢水零排放"。 其實(shí)在一開始人為加入電解質(zhì)NaCl在回收利用時(shí)會(huì)帶來(lái)很大問(wèn)題。如果在回收水時(shí)將NaCl 磷酸鹽再?gòu)哪敢褐蟹謩e回收，則工藝技術(shù)難度會(huì)很大，也很麻煩，生產(chǎn)成本會(huì)大幅度增加； 若將二者以混合物回收成為混鹽，則其產(chǎn)品的品質(zhì)大大降低，應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值大打折 扣。因此以NaCl電解質(zhì)加入反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行凝膠沉淀的輔助方法，無(wú)論從技術(shù)難易程度上 考慮，還是從經(jīng)濟(jì)成本方面分析，均會(huì)導(dǎo)致弊多利少，事倍功半的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(lián)產(chǎn)磷酸鈉鹽的工藝，它 以硅酸鈉和工業(yè)磷酸為原料，通過(guò)控制加入方法、控制鈉和磷元素的摩爾比、反應(yīng)溫度、 恒溫進(jìn)行反應(yīng)、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(guò)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(chǎn)品的同時(shí)，加入的助濾劑 不影響副產(chǎn)物的使用價(jià)值，所獲得副產(chǎn)品磷酸一鈉純度較高。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種磷酸沉淀法制備白碳黑并直接聯(lián)產(chǎn)磷酸鈉鹽的工 藝，包括同溫同比并流加料、保溫反應(yīng)，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(shù)1 3.5質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30% 90%的固體或液體工業(yè)硅酸鈉和
60% 80%的工業(yè)磷酸，分別加熱至60 120°C;
B、 加料反應(yīng)將步驟A制備好的工業(yè)級(jí)磷酸和硅酸鈉按Na : P為0. 9-1. 1的摩爾量 比，以穩(wěn)定的流速同時(shí)加入恒溫反應(yīng)器中，強(qiáng)攪拌條件下反應(yīng)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(xù)攪拌三分鐘，反應(yīng)過(guò)程
中始終保持工業(yè)級(jí)磷酸和硅酸鈉按Na : P為0. 9-1. 1的摩爾量比，反應(yīng)溫度控制在6CTC 120°C，保持反應(yīng)產(chǎn)生的白碳黑凝膠顆粒均勻的產(chǎn)生沉淀；
C、 過(guò)濾、洗滌、干燥將步驟B反應(yīng)產(chǎn)生的白炭黑凝膠顆粒沉淀趁熱進(jìn)行過(guò)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(chǎn)品即為白炭黑粗產(chǎn)品；
D、 萃取殘磷將步驟C中的粗產(chǎn)品再用5% 30%的硫酸或鹽酸或硝酸萃取，去除雜質(zhì)， 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(jìn)行再次洗滌，洗至ra至6 8 后，再干燥、粉碎所得產(chǎn)物即為最終白炭黑產(chǎn)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(jìn)行濃縮結(jié)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(jí)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(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
一、 采用硝酸做為助濾劑解決了其白炭黑過(guò)濾難的問(wèn)題。
二、 采用少量硝酸或硫酸或鹽酸作為萃取劑后，增強(qiáng)了磷酸鹽的溶解性，可使產(chǎn)品中 夾雜物減少，純度提高，同時(shí)殘磷量大幅降低至國(guó)標(biāo)(GB/T-1871. 1-1995)方法無(wú)法檢出。 解決其產(chǎn)品中殘留五氧化二磷高而不能用于作為有機(jī)聚合物填料使用的突出問(wèn)題。
三、 本發(fā)明用磷酸法制備白炭黑聯(lián)產(chǎn)磷酸鈉鹽，采用加入硝酸作為助濾劑，不影響副 產(chǎn)物憐酸鈉鹽的質(zhì)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(yīng)的 催化劑，在三聚磷酸鈉產(chǎn)品中并無(wú)殘留。從而提高了副產(chǎn)物磷酸鈉鹽的品質(zhì)及應(yīng)用的可適 應(yīng)性，且解決兩產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)同時(shí)，并提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。與傳統(tǒng)硫酸、鹽酸法比較，解 決了副產(chǎn)物的利用價(jià)值低的問(wèn)題。四、通過(guò)加入助濾劑，開發(fā)出副產(chǎn)品新的利用途徑，取代或改善當(dāng)前聚磷酸鹽生產(chǎn)工 藝，解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)路線經(jīng)濟(jì)性差以及環(huán)保壓力大等不利因素。


下面通過(guò)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 圖1是本發(fā)明的工藝流程方框圖。 圖l兼作摘要附圖。
具體實(shí)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(lián)產(chǎn)磷酸鈉鹽的工藝，包括同溫同比 并流加料、保溫反應(yīng)，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(shù)1 3.5質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30% 90%的固體或液體工業(yè)硅酸鈉和 60% 80%的工業(yè)磷酸，分別加熱至60°C 120°C;
B、 加料反應(yīng)將步驟A制備好的工業(yè)級(jí)磷酸和硅酸鈉按Na : P為0. 9-1. 1的摩爾量 比，以穩(wěn)定的流速同時(shí)加入恒溫反應(yīng)器中，強(qiáng)攪拌條件下反應(yīng)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(xù)攪拌三分鐘，反應(yīng)過(guò)程 中始終保持工業(yè)級(jí)磷酸和硅酸鈉按Na : P為0. 9-1. 1的摩爾量比，反應(yīng)溫度控制在60°C 120'C，保持反應(yīng)產(chǎn)生的白碳黑凝膠顆粒均勻的產(chǎn)生沉淀；
C、 過(guò)濾、洗滌、干燥將歩驟B反應(yīng)產(chǎn)生的白炭黑凝膠顆粒沉淀趁熱進(jìn)行過(guò)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(chǎn)品即為白炭黑粗產(chǎn)品；
D、 萃取殘磷將步驟C中的粗產(chǎn)品再用5% 30%的硫酸或鹽酸或硝酸萃取，去除雜質(zhì)， 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(jìn)行再次洗滌，洗至ra至6 8 后，再干燥、粉碎所得產(chǎn)物即為最終白炭黑產(chǎn)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(jìn)行濃縮結(jié)晶，制成磷
酸鈉鹽。
實(shí)施例1:
分別在兩個(gè)1000ml容器中加入重量為1000g、模數(shù)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(shí)恒 速加入，有快速攪拌的8(TC恒溫反應(yīng)容器中，反應(yīng)15分鐘。加入體積比為l: l的硝酸 25ml，繼續(xù)攪拌3分鐘。趁熱真空抽濾，加水洗滌1次，回收反應(yīng)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(shí)，磨碎，加 稀硝酸充分?jǐn)嚢?，抽濾，用水洗，抽濾至中性，回收濾液。所得濾餅經(jīng)105。C干燥，經(jīng)粉 碎后即為白炭黑產(chǎn)品。硅酸鈉模數(shù)硅酸鈉分子式為Na20 n Si02，式中n即模數(shù)，意義為硅酸鈉中Si02與 Na20的摩爾比。 實(shí)施例2:
分別在兩個(gè)1000ml容器中加入重量為1000g、模數(shù)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(shí)恒 速加入，有快速攪拌的9(TC恒溫反應(yīng)容器中，反應(yīng)15分鐘。加入體積比為l: l的硝酸 25ml，繼續(xù)攪拌3分鐘。趁熱真空抽濾，加水洗滌1次，回收反應(yīng)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(shí)，磨碎，加 稀硝酸充分?jǐn)嚢?，抽濾，用水洗，抽濾至中性，回收濾液。所得濾餅經(jīng)105。C干燥，經(jīng)粉 碎后即為白炭黑產(chǎn)品。
實(shí)施例3:
分別在兩個(gè)1000ml容器中加入重量為1500g、模數(shù)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(shí)恒 速加入，有快速攪拌的9(TC恒溫反應(yīng)容器中，反應(yīng)15分鐘。加入體積比為1: 1的硝酸 25ml，繼續(xù)攪拌3分鐘。趁熱真空抽濾，加水洗滌1次，回收反應(yīng)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(shí)，磨碎，加 稀硝酸充分?jǐn)嚢?，抽濾，用水洗，抽濾至中性，回收濾液。所得濾餅經(jīng)105"C干燥，經(jīng)粉 碎后即為白炭黑產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1、一種磷酸沉淀法制備白碳黑并直接聯(lián)產(chǎn)磷酸鈉鹽的工藝，包括同溫同比并流加料、保溫反應(yīng)，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(shù)1～3.5質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30％～90％的固體或液體工業(yè)硅酸鈉和60％～80％的工業(yè)磷酸，分別加熱至60℃～120℃；B、加料反應(yīng)將步驟A制備好的工業(yè)級(jí)磷酸和硅酸鈉按NaP為0.9-1.1的摩爾量比，以穩(wěn)定的流速同時(shí)加入恒溫反應(yīng)器中，強(qiáng)攪拌條件下反應(yīng)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(xù)攪拌三分鐘，反應(yīng)過(guò)程中始終保持工業(yè)級(jí)磷酸和硅酸鈉按Na:P為0.9-1.1的摩爾量比，反應(yīng)溫度控制在60℃～120℃，保持反應(yīng)產(chǎn)生的白碳黑凝膠顆粒均勻的產(chǎn)生沉淀；C、過(guò)濾、洗滌、干燥將步驟B反應(yīng)產(chǎn)生的白炭黑凝膠顆粒沉淀趁熱進(jìn)行過(guò)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(chǎn)品即為白炭黑粗產(chǎn)品；D、萃取殘磷將步驟C中的粗產(chǎn)品再用5％～30％的硫酸或鹽酸或硝酸萃取，去除雜質(zhì)，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(jìn)行再次洗滌，洗至PH至6～8后，再干燥、粉碎所得產(chǎn)物即為最終白炭黑產(chǎn)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(jìn)行濃縮結(jié)晶，制成磷酸鈉鹽。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磷酸沉淀法制備白炭黑并直接聯(lián)產(chǎn)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(jí)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(lián)產(chǎn)磷酸鈉鹽的工藝，包括同溫同比并流加料、保溫反應(yīng)，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(fā)明以硅酸鈉和工業(yè)磷酸為原料，通過(guò)控制加入方法、控制鈉和磷元素的摩爾比、反應(yīng)溫度、恒溫進(jìn)行反應(yīng)、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(guò)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(chǎn)品的同時(shí)，加入的助濾劑不影響副產(chǎn)物的使用價(jià)值，所獲得副產(chǎn)品磷酸一鈉純度較高。
文檔編號(hào)C01B25/00GK101412514SQ20081019767
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者余有平, 李少平, 楊丞杰, 熊祥祖, 威 王, 羅光典 申請(qǐng)人:湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司;武漢工程大學(xué)