專利名稱：一種三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法。
背景技術(shù)：
三聚磷酸鈉又稱焦偏磷酸鈉、三磷酸五鈉，簡稱五鈉或磷酸五鈉，外觀為白色粉末，表觀密度為0. 35-0. 9g/cm 熔點(diǎn)622°C ，易溶于水，水溶液呈堿性。目前，世界上生產(chǎn)工藝有兩種，熱法工藝和濕法工藝。生產(chǎn)方法有干燥聚合一步法和干燥聚合兩步法。熱法工藝原理以熱法磷酸和純堿(燒堿)中和脫水縮聚而得，工藝成熟簡單，分三個(gè)階段進(jìn)行。
第一階段磷酸與純堿中和制取磷酸鈉鹽的混合溶液，其反應(yīng)式為
6H3P04+5Na2C03 = 4Na2HP04+2NaH2P04+5H20+5C02個(gè)
第二階段正磷酸鈉溶液中和度的調(diào)節(jié)控制。 第三階段正磷酸鈉溶液干燥脫水、縮聚經(jīng)過冷卻、除塵、粉碎、計(jì)量包裝即得三聚磷酸鈉。其反應(yīng)式 4Na2HP04+2NaH2P04 — 2Na4P207+Na2H2P207+3H20
2Na4P207+Na2H2P207 — 2Na5P3010+H20 濕法工藝原理以濕法磷酸和純堿(燒堿)為原料生產(chǎn)而得。其生產(chǎn)系統(tǒng)包括濕法磷酸及其凈化系統(tǒng)、磷酸和燒堿中和系統(tǒng)、濃縮系統(tǒng)、干燥聚合系統(tǒng)、尾氣回收排放系統(tǒng)。工藝較為復(fù)雜，從磷酸脫氟、脫硫脫色、中和、精調(diào)、濃縮、干燥脫水、聚合經(jīng)過冷卻、除塵、粉碎、計(jì)量包裝即得三聚磷酸鈉。 現(xiàn)有的三聚磷酸鈉的生產(chǎn)主要以熱法工藝為主，濕法工藝存在濕法磷酸雜質(zhì)多，凈化工藝不成熟復(fù)雜，成本高，工藝路徑長。其主要用作洗滌劑的添加劑。其主要不足在于工藝傳統(tǒng)，產(chǎn)品單一，成本高，磷酸和純堿都只利用一次。 白炭黑即水合二氧化硅，是微細(xì)粉末狀或超細(xì)粒子狀的二氧化硅。高純度者Si02含量達(dá)99. 8%，質(zhì)輕，原始粒徑< 0. 0003mm，比重2. 319 2. 653，熔點(diǎn)1750°C。白炭黑現(xiàn)有的制造方法分三類氣相法、沉淀法和離解法。工業(yè)上的制備方法都是這三種方法的組合或改良。主要成分為二氧化硅(80 % 95 % )，系白色無定形粉狀物，質(zhì)輕而松散，不溶于水及酸，溶于氫氧化鈉及氫氟酸。性能與炭黑相似，但呈白色。 離解法存在產(chǎn)品純度不高，產(chǎn)量低，工藝路線長、制造成本高等不足，未被廠家大量選用。沉淀法白炭黑作為橡膠補(bǔ)強(qiáng)原材料，主要用于鞋類、輪胎和其它淺色橡膠制品。此外，在農(nóng)藥、飼料等行業(yè)中用做載體或流動(dòng)劑；在牙膏中用做摩擦劑；在涂料行業(yè)中用做分散劑、抗沉降劑或消光劑等等。氣相法白炭黑是硅橡膠的補(bǔ)強(qiáng)材料，也被用于涂料、油墨和塑料工業(yè)做分散劑、抗沉降劑或消光劑，還可在許多行業(yè)中做流動(dòng)劑、吸附劑或載體等，但由于技術(shù)不成熟，產(chǎn)量低，價(jià)格昂貴，總的用量僅是沉淀法白炭黑的十分之一。
最為常用的沉淀法白炭黑主要的生產(chǎn)方法多半是用水玻璃和硫酸反應(yīng)制取。其反應(yīng)式Na20 nSi02+H2S04 = Na2S04+nSi02 I +H20。其存在的不足1、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，濾餅
3中的硫酸根需要消耗大量的水洗滌才能達(dá)到指標(biāo)，單位水耗高，產(chǎn)品易受污染。2、生產(chǎn)產(chǎn)生大量的硫酸鈉水溶液，很大部分廠家未經(jīng)嚴(yán)格處理就排放，環(huán)境污染大。3、白炭黑烘干熱源主要是煤氣或天然氣，能源消耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種產(chǎn)品質(zhì)量好且穩(wěn)定、成本低的三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法。 本發(fā)明一種三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法，包括以下步驟
(1)中和工序 a、一段反應(yīng)先在中和槽內(nèi)配制5%重量濃度的水玻璃水溶液，用蒸氣直接加熱攪拌升溫至75 80"，將30% 40%重量濃度的水玻璃和75% 85%磷酸按4 : l同時(shí)加入中和槽，同時(shí)控制反應(yīng)溫度在75 8(TC，ra值在10 12，在強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)60分鐘，熟化反應(yīng)10分鐘； b、二段反應(yīng)一段熟化反應(yīng)結(jié)束后，加熱升溫到85 9(TC，將30% 40%重量濃
度的水玻璃和75% 85%磷酸按4 : i同時(shí)加入中和槽，控制反應(yīng)ra值在8 IO，反應(yīng)溫
度在85 90°C ，在強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)60 80分鐘，熟化反應(yīng)15分鐘； c、三段反應(yīng)二段熟化反應(yīng)結(jié)束后，加熱升溫到90 95t:，用75% 85%重量濃
度的磷酸進(jìn)行后酸化處理，直到把反應(yīng)溶液的ra值降到3 5，停止加酸，熟化反應(yīng)10
30分鐘，中和反應(yīng)結(jié)束；
(2)過濾洗滌工序 把中和液固液分離進(jìn)行強(qiáng)制洗滌，濾液、洗液全部回收濃縮蒸發(fā)作為生產(chǎn)三聚磷酸鈉的中和液，濾餅進(jìn)入白炭黑烘干工序；
(3)濃縮蒸發(fā)工序 將中和濾液、洗液通過三效降膜蒸發(fā)設(shè)備，把溶液濃度提高到40 52Be° ，根據(jù)生產(chǎn)需要加磷酸或純堿(液堿)調(diào)節(jié)濃縮液的鈉磷比，供給三聚磷酸鈉生產(chǎn)聚合工序使用； (4)聚合工序 把調(diào)節(jié)好中和度的濃縮液，加入催化劑，在加壓泵的作用下，機(jī)械噴霧到聚合爐內(nèi)，用黃磷尾氣作為聚合熱源，控制溫度在550 65(TC，進(jìn)行聚合脫水反應(yīng)；
(5)粉碎、計(jì)量包裝工序 將聚合反應(yīng)得到的物料，通過滾筒冷卻、旋風(fēng)除塵、粉碎、篩分、計(jì)量包裝得到三聚磷酸鈉產(chǎn)品； (6)白炭黑烘干、計(jì)量包裝工序 將洗滌后的中和濾餅進(jìn)行噴霧或閃蒸烘干，進(jìn)行布袋除塵、計(jì)量包裝即得白炭黑 上述的一種三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法，其中磷酸采用熱法磷酸。
上述的一種三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法，其中烘干熱源為洗滌凈化好的
黃磷尾氣。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有明顯的有益效果，從以上技術(shù)方案可知，本方法生產(chǎn)三聚磷酸鈉的同時(shí)聯(lián)產(chǎn)白炭黑，生產(chǎn)的白炭黑產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，不含硫酸根，能提高產(chǎn)品性 能，擴(kuò)大了使用范圍。由于聯(lián)產(chǎn)兩種產(chǎn)品故降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了資源共生耦合、有 效減少生產(chǎn)污染。改變傳統(tǒng)白炭黑烘干方式，用多數(shù)三聚磷酸鈉廠都有的黃磷生產(chǎn)線上的 黃磷尾氣作為產(chǎn)品烘干熱源，進(jìn)一點(diǎn)降低生產(chǎn)成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、達(dá)到循環(huán)經(jīng)濟(jì)的 目的；選用熱法磷酸是因其質(zhì)量好，對(duì)設(shè)備腐蝕小，產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)被污染。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 —種三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法，包括以下步驟
(1)中和工序 a、一段反應(yīng)先在中和槽內(nèi)配制5%重量濃度的水玻璃水溶液，用蒸氣直接加熱 攪拌升溫至75 801:，將30%重量濃度的水玻璃和85%重量濃度熱法磷酸按4 : 1同時(shí) 加入中和槽，同時(shí)控制反應(yīng)溫度在75 8(TC，ra值在IO，在強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)60分鐘，熟化 反應(yīng)10分鐘； b、二段反應(yīng)一段熟化反應(yīng)結(jié)束后，加熱升溫到85 9(TC，將30%重量濃度的水 玻璃和85%熱法磷酸按4 : 1同時(shí)加入中和槽，控制反應(yīng)ra值在8，反應(yīng)溫度在85 9(TC， 在強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)60分鐘，熟化反應(yīng)15分鐘； c、三段反應(yīng)二段熟化反應(yīng)結(jié)束后，加熱升溫到90 95t:，用75%重量濃度的熱
法磷酸進(jìn)行后酸化處理，直到把反應(yīng)溶液的ra值降到3，停止加酸，熟化反應(yīng)10分鐘，中和
反應(yīng)結(jié)束； (2)過濾洗滌工序 把中和液固液分離進(jìn)行強(qiáng)制洗滌，濾液、洗液全部回收濃縮蒸發(fā)作為生產(chǎn)三聚熱 法磷酸鈉的中和液，濾餅進(jìn)入白炭黑烘干工序；
(3)濃縮蒸發(fā)工序 將中和濾液、洗液通過三效降膜蒸發(fā)設(shè)備，把溶液濃度提高到40 52Be° ，根據(jù) 生產(chǎn)需要加熱法磷酸或純堿(液堿)調(diào)節(jié)濃縮液的鈉磷比，供給三聚磷酸鈉生產(chǎn)聚合工序 使用； (4)聚合工序 把調(diào)節(jié)好中和度的濃縮液，加入催化劑，在加壓泵的作用下，機(jī)械噴霧到聚合爐 內(nèi)，用黃磷尾氣作為聚合熱源，控制溫度在550 65(TC，進(jìn)行聚合脫水反應(yīng)；
(5)粉碎、計(jì)量包裝工序 將聚合反應(yīng)得到的物料，通過滾筒冷卻、旋風(fēng)除塵、粉碎、篩分、計(jì)量包裝得到三聚 磷酸鈉產(chǎn)品； (6)白炭黑烘干、計(jì)量包裝工序 將洗滌后的中和濾餅進(jìn)行噴霧或閃蒸干燥(烘干)，進(jìn)行布袋除塵、計(jì)量包裝即得
白炭黑副產(chǎn)品。
實(shí)施例2 —種三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法，包括以下步驟
(1)中和工序
a、一段反應(yīng)先在中和槽內(nèi)配制5%重量濃度的水玻璃水溶液，用蒸氣直接加熱 攪拌升溫至75 8(TC，將40%重量濃度的水玻璃和75%重量濃度磷酸按4 : 1同時(shí)加入 中和槽，同時(shí)控制反應(yīng)溫度在75 8(TC，ra值在12，在強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)60分鐘，熟化反應(yīng) 10分鐘； b、二段反應(yīng)一段熟化反應(yīng)結(jié)束后，加熱升溫到85 9(TC，將40%重量濃度的水 玻璃和75%重量濃度磷酸按4 : l同時(shí)加入中和槽，控制反應(yīng)ra值在10，反應(yīng)溫度在85 90°C ，在強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)80分鐘，熟化反應(yīng)15分鐘； c、三段反應(yīng)二段熟化反應(yīng)結(jié)束后，加熱升溫到90 95t:，用85%重量濃度的磷
酸進(jìn)行后酸化處理，直到把反應(yīng)溶液的ra值降到5，停止加酸，熟化反應(yīng)30分鐘，中和反應(yīng)
結(jié)束； (2)過濾洗滌工序 把中和液固液分離進(jìn)行強(qiáng)制洗滌，濾液、洗液全部回收濃縮蒸發(fā)作為生產(chǎn)三聚磷 酸鈉的中和液，濾餅進(jìn)入白炭黑烘干工序；
(3)濃縮蒸發(fā)工序 將中和濾液、洗液通過三效降膜蒸發(fā)設(shè)備，把溶液濃度提高到40 52Be° ，根據(jù) 生產(chǎn)需要加磷酸或純堿(液堿)調(diào)節(jié)濃縮液的鈉磷比，供給三聚磷酸鈉生產(chǎn)聚合工序使用。
(4)聚合工序把調(diào)節(jié)好中和度的濃縮液，加入催化劑，在加壓泵的作用下，機(jī)械噴 霧到聚合爐內(nèi)，用黃磷尾氣作為聚合熱源，控制溫度在550 65(TC，進(jìn)行聚合脫水反應(yīng)。
(5)粉碎、計(jì)量包裝工序 將聚合反應(yīng)得到的物料，通過滾筒冷卻、旋風(fēng)除塵、粉碎、篩分、計(jì)量包裝得到三聚 磷酸鈉產(chǎn)品； (6)白炭黑烘干、計(jì)量包裝工序 用洗滌凈化好的黃磷尾氣作為烘干熱源，將洗滌后的中和濾餅進(jìn)行噴霧或閃蒸干
燥，進(jìn)行布袋除塵、計(jì)量包裝即得白炭黑副產(chǎn)品。
實(shí)施例3 —種三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法，包括以下步驟
(1)中和工序 a、一段反應(yīng)先在中和槽內(nèi)配制5%重量濃度的水玻璃水溶液，用蒸氣直接加熱 攪拌升溫至75 801:，將35%重量濃度的水玻璃和80%磷酸按4 : l同時(shí)加入中和槽，同 時(shí)控制反應(yīng)溫度在75 80°C， ra值在ll，在強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)60分鐘，熟化反應(yīng)10分鐘；
b、二段反應(yīng)一段熟化反應(yīng)結(jié)束后，加熱升溫到85 9(TC，將35%重量濃度的水 玻璃和80%磷酸按4 : 1同時(shí)加入中和槽，控制反應(yīng)ra值在9，反應(yīng)溫度在85 9(TC，在 強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)70分鐘，熟化反應(yīng)15分鐘； c、三段反應(yīng)二段熟化反應(yīng)結(jié)束后，加熱升溫到90 95t:，用80%重量濃度的磷 酸進(jìn)行后酸化處理，直到把反應(yīng)溶液的ra值降到4，停止加酸，熟化反應(yīng)20分鐘，中和反應(yīng) 結(jié)束； (2)過濾洗滌工序 把中和液固液分離進(jìn)行強(qiáng)制洗滌，濾液、洗液全部回收濃縮蒸發(fā)作為生產(chǎn)三聚磷 酸鈉的中和液，濾餅進(jìn)入白炭黑烘干工序；[OO72] (3)濃縮蒸發(fā)工序 將中和濾液、洗液通過三效降膜蒸發(fā)設(shè)備，把溶液濃度提高到40 52Be° ，根據(jù) 生產(chǎn)需要加磷酸或純堿(液堿)調(diào)節(jié)濃縮液的鈉磷比，供給三聚磷酸鈉生產(chǎn)聚合工序使用。
(4)聚合工序把調(diào)節(jié)好中和度的濃縮液，加入催化劑，在加壓泵的作用下，機(jī)械噴 霧到聚合爐內(nèi)，用黃磷尾氣作為聚合熱源，控制溫度在550 65(TC，進(jìn)行聚合脫水反應(yīng)。
(5)粉碎、計(jì)量包裝工序 將聚合反應(yīng)得到的物料，通過滾筒冷卻、旋風(fēng)除塵、粉碎、篩分、計(jì)量包裝得到三聚 磷酸鈉產(chǎn)品； (6)白炭黑烘干、計(jì)量包裝工序 用洗滌凈化好的黃磷尾氣(三聚磷酸鈉生產(chǎn)廠家一般都配得有黃磷生產(chǎn)線)作為 烘干熱源，將洗滌后的中和濾餅進(jìn)行噴霧或閃蒸干燥，進(jìn)行布袋除塵、計(jì)量包裝即得白炭黑 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任 何未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修 改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法，包括以下步驟(1)中和工序a、一段反應(yīng)先在中和槽內(nèi)配制5％重量濃度的水玻璃水溶液，用蒸氣直接加熱攪拌升溫至75～80℃，將30％～40％重量濃度的水玻璃和75％～85％磷酸按4∶1同時(shí)加入中和槽，同時(shí)控制反應(yīng)溫度在75～80℃，PH值在10～12，在強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)60分鐘，熟化反應(yīng)10分鐘；b、二段反應(yīng)一段熟化反應(yīng)結(jié)束后，加熱升溫到85～90℃，將30％～40％重量濃度的水玻璃和75％～85％磷酸按4∶1同時(shí)加入中和槽，控制反應(yīng)PH值在8～10，反應(yīng)溫度在85～90℃，在強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)60～80分鐘，熟化反應(yīng)15分鐘；c、三段反應(yīng)二段熟化反應(yīng)結(jié)束后，加熱升溫到90～95℃，用75％～85％重量濃度的磷酸進(jìn)行后酸化處理，直到把反應(yīng)溶液的PH值降到3～5，停止加酸，熟化反應(yīng)10～30分鐘，中和反應(yīng)結(jié)束；(2)過濾洗滌工序把中和液固液分離進(jìn)行強(qiáng)制洗滌，濾液、洗液全部回收濃縮蒸發(fā)作為生產(chǎn)三聚磷酸鈉的中和液，濾餅進(jìn)入白炭黑烘干工序；(3)濃縮蒸發(fā)工序?qū)⒅泻蜑V液、洗液通過三效降膜蒸發(fā)設(shè)備，把溶液濃度提高到40～52Be°，根據(jù)生產(chǎn)需要加磷酸或純堿調(diào)節(jié)濃縮液的鈉磷比，供給三聚磷酸鈉生產(chǎn)聚合工序使用；(4)聚合工序把調(diào)節(jié)好中和度的濃縮液，加入催化劑，在加壓泵的作用下，機(jī)械噴霧到聚合爐內(nèi)，用黃磷尾氣作為聚合熱源，控制溫度在550～650℃，進(jìn)行聚合脫水反應(yīng)；(5)粉碎、計(jì)量包裝工序?qū)⒕酆戏磻?yīng)得到的物料，通過滾筒冷卻、旋風(fēng)除塵、粉碎、篩分、計(jì)量包裝得到三聚磷酸鈉產(chǎn)品；(6)白炭黑烘干、計(jì)量包裝工序?qū)⑾礈旌蟮闹泻蜑V餅進(jìn)行噴霧或閃蒸烘干，進(jìn)行布袋除塵、計(jì)量包裝即得白炭黑副產(chǎn)品。
2. 如權(quán)利要求l所述的一種三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法，其中磷酸采用熱法磷酸。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法，其中烘干熱源為洗滌凈化好的黃磷尾氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三聚磷酸鈉聯(lián)產(chǎn)白炭黑的制備方法，包括以下步驟先配制5％重量濃度的水玻璃水溶液，加熱攪拌升溫至75～80℃，將30％～40％重量濃度的水玻璃和75％～85％磷酸按4∶1同時(shí)加入，控制反應(yīng)溫度在75～80℃，PH值在10～12，在強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)60分鐘，熟化反應(yīng)10分鐘；然后加熱升溫到85～90℃，將30％～40％重量濃度的水玻璃和75％～85％磷酸按4∶1同時(shí)加入，控制反應(yīng)PH值在8～10，溫度在85～90℃，在強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)60～80分鐘，熟化反應(yīng)15分鐘；接著升溫到90～95℃，進(jìn)行后酸化處理至PH值降到3～5，熟化反應(yīng)10～30分鐘；過濾洗滌、濃縮蒸發(fā)、聚合、粉碎、計(jì)量包裝工序；白炭黑烘干、計(jì)量包裝工序。本發(fā)明具有產(chǎn)品質(zhì)量好且穩(wěn)定、成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B33/00GK101759171SQ200910102980
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者劉建波 申請(qǐng)人:貴州省開陽安達(dá)磷化工有限公司