專利名稱：一種鹽酸沉淀法制備高分散性白炭黑的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化工領域白炭黑制備的技術領域，具體涉及一種鹽酸沉淀法制備高分散性白炭黑的方法。
背景技術：
白炭黑為輕質水合二氧化硅材料，以無定形態(tài)的微孔粉體形式存在，是一種用途非常廣泛的重要化工產(chǎn)品。白炭黑比表面積較大，通常大于130m2/g，粉體粒子具有大量的微孔結構，表面富含羥基，有良好的吸附、阻燃、絕緣、懸浮、振動液化、觸變、光散射、表面接枝改性等特性，其顯著補強作用在橡膠制品加工領域獲得重要應用，另外，白炭黑產(chǎn)品還廣泛應用于食品、醫(yī)藥、電子、涂料、造紙、印刷、催化劑及日用化工等行業(yè)。
白炭黑的制備方法主要有物理法和化學法兩大類。物理法生產(chǎn)產(chǎn)品雜質含量高，產(chǎn)品粒徑大在微米級以上，檔次不高，難以滿足工業(yè)需求，因此，白炭黑主要采用化學法生產(chǎn)?；瘜W法生產(chǎn)又因原料和工藝技術不同而分為多種途徑和方法，如生產(chǎn)白炭黑的原材料有來源于石英砂和純堿制備而來的泡花堿、硅酸鈉、偏硅酸鈉，有來源于其它非金屬礦的橄欖石、硅灰石、硅藻土、凹凸棒石等，也有來源于廢棄資源如稻殼、粉煤灰、黃磷爐渣等；生產(chǎn)方法有沉淀法、溶膠-凝膠法、反相膠束微乳液法、氣相沉積法、鹽酸浸潰法等等。目前，白炭黑生產(chǎn)主要采用沉淀法和氣相法。由于氣相法是以四氯化硅等高純硅化物試劑為原料，在氫、氧混合氣燃燒生成水的高溫(1200 160(TC)氣氛下水解，然后經(jīng)過驟冷、聚集、脫酸等后處理工藝獲得，盡管該法生產(chǎn)的產(chǎn)品粒徑為納米級，純度較高，但該法生產(chǎn)投資巨大、反應工藝復雜、能耗高、產(chǎn)率低、產(chǎn)品價格昂貴，遠不能滿足市場對質優(yōu)價廉產(chǎn)品的需求。相對而言，沉淀法多采用泡花堿、或硅酸鈉或偏硅酸鈉等為基本原料，通過與酸中和沉淀反應的方法來制備，該法具有設備投資較小、生產(chǎn)工藝簡單、原材料價廉易得、產(chǎn)品收率及性價比較高的優(yōu)點，有利于擴大再生產(chǎn)，是滿足市場旺盛需求的大宗產(chǎn)品白炭黑的通用方法。沉淀法根據(jù)所采用酸的種類不同通常分為硫酸法和鹽酸法，其中硫酸法是生產(chǎn)普通白炭黑的主要方式，長期以來，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物硫酸鈉資源回收及廢水排放與所引起的環(huán)境污染難題一直困擾著硫酸沉淀法白炭黑生產(chǎn)行業(yè)。鹽酸沉淀法由于采用的鹽酸濃度低于濃硫酸，早期生產(chǎn)企業(yè)僅從產(chǎn)品儲運成本考慮，在較長時間內一直未能引起足夠重視。當今，隨著人類對環(huán)境問題的日益重視，特別是人們認識到鹽酸法生產(chǎn)白炭黑過程中副產(chǎn)氯化鈉對環(huán)境基本上屬于安全無害性的突出優(yōu)點，因此，鹽酸法生產(chǎn)沉淀白炭黑的工藝技術越來越受到行業(yè)的關注，逐步取代硫酸法是重要的發(fā)展態(tài)勢。當前，沉淀法白炭黑產(chǎn)品主要用于橡膠制品行業(yè)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的炭黑，由于生產(chǎn)過程中的硅酸根水解后的原生粒子間的自聚問題較嚴重，粉體粒子粒度不易控制，產(chǎn)品粒徑較大，在數(shù)微米至數(shù)十微米之間，其分散性能及對橡膠制品的補強性能等受到較大影響。為了顯著提高白炭黑產(chǎn)品品質和性能，并不斷拓展白炭黑產(chǎn)品的應用領域，滿足市場對質優(yōu)價廉白炭黑產(chǎn)品的旺盛需求，立足傳統(tǒng)沉淀法生產(chǎn)工藝注重開發(fā)鹽酸法高分散性白炭黑產(chǎn)品的制備新方法顯得非常重要。

發(fā)明內容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有普通沉淀法工藝生產(chǎn)的白炭黑存在聚合度太高、粒徑大、比表面較小、分散性差等問題，同時避免硫酸法生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的硫酸鈉廢水排放引發(fā)的環(huán)境污染問題，通過深入研究提供了一種切實有效、社會經(jīng)濟效益顯著的鹽酸沉淀法高分散性白炭黑的制備新方法。本發(fā)明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現(xiàn)一種鹽酸沉淀法制備高分散性白炭黑的方法，其特征在于，包括以下步驟a、取1000ml重量份、濃度為5 15%的偏硅酸鈉溶液，在偏硅酸鈉溶液中加入 100 300重量份的分散劑，充分攪拌均勻得到混合液；b、在得到的混合液中加入質量濃度大于10%的鹽酸進行反應，持續(xù)攪拌至反應體系的PH值為4 9時得到沉淀物；C、將得到的沉淀物在60 90°C條件下陳化I 3h，然后進行壓濾，得到濾餅；d、將得到的濾餅進行洗滌，洗滌后在100 150°C條件下干燥2 4h，再經(jīng)研磨即得高分散性白炭黑產(chǎn)品。所述分散劑為水溶性良好的無機鈉鹽，所述無機鈉鹽為硝酸鈉或鉀鹽為硝酸鉀。所述偏硅酸鈉溶液與分散劑的攪拌速度為120 360轉/分鐘。所述濾餅的洗滌為去離子水洗滌，洗滌的次數(shù)為3 7次。本發(fā)明是以偏硅酸鈉為原料，以去離子水為反應介質，利用鹽酸為沉淀劑，通過添加分散劑和優(yōu)化反應工藝技術調控硅酸根的水解速率與硅酸分子的聚合度制備高分散性白炭黑。本發(fā)明生產(chǎn)白炭黑產(chǎn)品的基本原理以化學反應式表述如下Na2Si03+2HCl+2H20 — 2Na.+2Cr+H4Si04 IH4SiO4 — SiO2 I +2H20n (SiO2) — (SiO2)n I從上述化學反應可知，偏硅酸鈉首先在鹽酸作用下其中的偏硅酸根離子發(fā)生水解得到硅酸分子，硅酸分子再繼續(xù)脫水得到二氧化硅分子，二氧化硅分子緊接著迅速聚合得到聚合態(tài)的二氧化硅粒子。在白炭黑的制備過程中，硅酸分子的自聚過程和聚合度的大小決定了白炭黑產(chǎn)品的粒子大小，產(chǎn)品粒徑越小越易于分散，因此，制備高分散性白炭黑的關鍵技術在于控制硅酸分子的自聚行為，使二氧化硅分子的聚合度盡可能控制在合理的范圍。從當前沉淀法白炭黑制備的研究現(xiàn)狀分析，影響白炭黑產(chǎn)品的聚合行為的因素很多也很復雜，常見的影響因素有反應介質類別、反應體系的溫度、加料方式與方法、機械攪拌的剪切作用、表面活性劑及分散劑的使用、體系的陳化時間與溫度等等。本發(fā)明是在普通鹽酸沉淀法的工藝基礎上通過引入適當?shù)姆稚?，同時，通過調控反應體系的溫度、時間、加料方式方法等工藝條件，一方面有效控制反應體系中偏硅酸根離子水解速率及體系中生成硅酸分子的相對速率；另一方面，利用機械攪拌的剪切和分散劑的作用，極大地減少硅酸分子彼此之間的自聚幾率，降低硅酸分子的聚合度，實現(xiàn)調控沉淀白炭黑粒子尺度的目的，從而制備出粒徑細小均勻的高分散性白炭黑產(chǎn)品。
本發(fā)明制備的產(chǎn)品與普通鹽酸沉淀法制備的產(chǎn)品指標對照表參見表I。由表I可以看出，本發(fā)明制得的白炭黑產(chǎn)品較普通鹽酸法的產(chǎn)品粒徑明顯均細，更有利于實現(xiàn)產(chǎn)品的高分散性能，由于本發(fā)明基本沿用了鹽酸沉淀法生產(chǎn)設備，是一種無需增加固定生產(chǎn)設施投入即可實現(xiàn)白炭黑產(chǎn)品升級換代的理想方法。表I本發(fā)明制備的白炭黑與普通鹽酸沉淀法白炭黑產(chǎn)品主要指標

權利要求
1.一種鹽酸沉淀法制備高分散性白炭黑的方法，其特征在于，包括以下步驟 a、取1000ml重量份、濃度為5 15%的偏硅酸鈉溶液，在偏硅酸鈉溶液中加入100 300重量份的分散劑，充分攪拌均勻得到混合液； b、在得到的混合液中加入質量濃度大于10%的鹽酸進行反應，持續(xù)攪拌至反應體系的pH值為4 9時得到沉淀物； C、將得到的沉淀物在60 90°C條件下陳化I 3h，然后進行壓濾，得到濾餅； d、將得到的濾餅進行洗滌，洗滌后在100 150°C條件下干燥2 4h，再經(jīng)研磨即得高分散性的白炭黑產(chǎn)品。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種鹽酸沉淀法制備高分散性白炭黑的方法，其特征在于所述分散劑為水溶性良好的無機鈉鹽，所述無機鈉鹽為硝酸鈉或鉀鹽為硝酸鉀。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種鹽酸沉淀法制備高分散性白炭黑的方法，其特征在于所述偏硅酸鈉溶液與分散劑的攪拌速度為120 360轉/分鐘。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種鹽酸沉淀法制備高分散性白炭黑的方法，其特征在于所述濾餅的洗滌為去離子水洗滌，洗滌的次數(shù)為3 7次。
全文摘要
一種鹽酸沉淀法制備高分散性白炭黑的方法，涉及化工領域白炭黑制備的技術領域，本發(fā)明是以偏硅酸鈉為原料，以去離子水為反應介質，利用鹽酸為沉淀劑，通過添加分散劑和優(yōu)化反應工藝技術調控硅酸根的水解速率與硅酸分子的聚合度制備高分散性白炭黑。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明中所需的原料均為市售常見的大宗化學品，原料易得，生產(chǎn)成本低廉，工藝技術簡單，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，便于擴大再生產(chǎn)，社會及經(jīng)濟效益顯著。
文檔編號C01B33/12GK102976339SQ201210435960
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權日2012年11月5日
發(fā)明者陳君華, 劉寧, 宋常春, 郭雨, 郭騰, 周揚, 周川成 申請人:安徽科技學院