一種利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法。包括以下步驟：a、將鋁土礦酸解礦渣、氟化銨和硫酸溶液放入的反應(yīng)器中，并將反應(yīng)器上端的氣體導(dǎo)管與盛有碳酸氫銨溶液的氣體接收器相連；b、加熱反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)至沸騰，將產(chǎn)生的氣體通過氣體導(dǎo)管導(dǎo)入氣體接收器內(nèi)的碳酸氫銨溶液中，反應(yīng)50～60min；c、將步驟b中氣體接收器中所得的物質(zhì)過濾，將過濾所得的固體置于容器中加熱，在105～110℃下，保溫25～35min，獲得白炭黑。本發(fā)明的有益效果是：利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑，既可以避免環(huán)境污染，又可以使廢棄物得到有效利用；氟化銨循環(huán)使用，生產(chǎn)成本低；在常壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備要求低；同時(shí)制備硫酸銨。
【專利說明】一種利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備白炭黑的方法。特別涉及一種利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭 黑的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 白炭黑即水和二氧化硅，白色粉體，分子組成SiO2 · ηΗ20，其中ηΗ20是以表面羥基 的形式存在。目前，工業(yè)上生產(chǎn)硫酸鋁是以鋁土礦和硫酸為原料，在一定溫度和壓力下，鋁 土礦中的氧化鋁與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁。反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生鋁土礦酸解廢渣（鋁土礦酸解廢渣 的主要成分是二氧化硅）。鋁土礦酸解廢渣往往不能得到有效地利用，不僅污染環(huán)境還會(huì)造 成資源的浪費(fèi)。
[0003] 因此，一種既可以避免環(huán)境污染，又可以使鋁土礦酸解廢渣得到有效利用的方法 成為解決問題的關(guān)鍵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種既可以避免環(huán)境污染，又可以使鋁土礦酸解廢渣得到 有效利用的利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下的技術(shù)方案：一種利用鋁土礦酸解廢渣制備白 炭黑的方法，包括以下步驟：
[0006] a、將鋁土礦酸解礦渣、氟化銨和硫酸溶液放入的反應(yīng)器中，將反應(yīng)器密封，并將反 應(yīng)器上端的氣體導(dǎo)管與盛有碳酸氫銨溶液的氣體接收器相連；
[0007] b、不斷攪拌反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，將反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)加熱至沸騰，將產(chǎn)生的氣體通過氣 體導(dǎo)管導(dǎo)入氣體接收器內(nèi)的碳酸氫銨溶液中，反應(yīng)50?60min ;
[0008] c、將步驟b中氣體接收器中所得的物質(zhì)過濾，將過濾所得的固體置于容器中加 熱，在105?110°C下，保溫25?35min，獲得白炭黑。
[0009] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述鋁土礦酸解礦渣中的主要成分為二氧化硅。
[0010] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，步驟a中所述鋁土礦酸解礦渣、氟化銨和硫酸溶液的加入量應(yīng) 滿足鋁土礦酸解礦渣中二氧化硅、氟化銨和硫酸的摩爾質(zhì)量比為I :3. 9?4. I :1. 9?2. 1。 [0011] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，步驟a中所述硫酸溶液中硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52%。
[0012] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，步驟a中所述的碳酸氫銨溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%。
[0013] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，步驟a中所述碳酸氫銨溶液的加入量應(yīng)滿足鋁土礦酸解礦渣中 二氧化硅與碳酸氫銨的摩爾質(zhì)量比為1 :〇. 9?1. 1。
[0014] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，將步驟c中過濾所得的溶液蒸發(fā)結(jié)晶獲得氟化銨晶體。
[0015] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，將步驟b中反應(yīng)后所得的溶液蒸發(fā)結(jié)晶獲得硫酸銨晶體。
[0016] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，步驟a中在所述反應(yīng)器和氣體接收器之間設(shè)有冷凝器。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：1、利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑，既可以避免環(huán)境污染， 又可以使廢棄物得到有效利用；2、氟化銨循環(huán)使用，生產(chǎn)成本低；3、在常壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備 要求低；4、同時(shí)制備硫酸按。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說 明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0019] 實(shí)施例1
[0020] a、首先稱取IOOg鋁土礦酸解廢渣（二氧化硅按95. 8 %計(jì)）、230.5g氟化銨和 580. 8g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52 %硫酸溶液于反應(yīng)器中。再將1947. 5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)25 %碳酸氫銨溶液 置于氣體接收器中，將反應(yīng)器密封，并將反應(yīng)器上端的氣體導(dǎo)管與盛有碳酸氫銨溶液的氣 體接收器相連，在反應(yīng)器和氣體接收器之間設(shè)有冷凝器。
[0021] b、不斷攪拌反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，將反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)加熱至沸騰，將產(chǎn)生的氣體通過氣 體導(dǎo)管導(dǎo)入氣體接收器內(nèi)的碳酸氫銨溶液中，反應(yīng)55min。
[0022] c、停止加熱和攪拌，反應(yīng)器中溶液為硫酸銨溶液。將步驟b中氣體接收器中所得 的物質(zhì)過濾，將過濾所得的固體置于容器中加熱，在108°C下，保溫30min，獲得白炭黑；所 得濾液為氟化銨溶液。
[0023] 化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
[0024] 2NH4F+H2S04= (NH4) 2S04+2HF
[0025] Si02+4HF = SiF4 ? +2Η20
[0026] SiF4+nH20+4NH4HC03= 4NH4F+Si02 · ηΗ20 I (白炭黑）+4C02 t +2Η20
[0027] d、將步驟c中所得的氟化銨溶液置于容器中，加熱蒸發(fā)溶劑，當(dāng)液面出現(xiàn)晶膜時(shí)， 停止加熱。攪拌溶液，使晶膜分散到溶液中作為晶核，將溶液冷卻至室溫，溶液中有氟化銨 晶體析出，過濾容器內(nèi)物質(zhì)，所得固體為氟化銨晶體。濾液為氟化銨飽和溶液，保留與其它 同樣濾液一起再蒸發(fā)結(jié)晶回收。
[0028] e、將步驟c中反應(yīng)器內(nèi)所得溶液置于容器中，加熱蒸發(fā)溶劑，當(dāng)液面出現(xiàn)晶膜時(shí)， 停止加熱，攪拌溶液，使晶膜分散到溶液中作為晶核，停止攪拌溶液，將溶液冷卻至室溫，溶 液中有硫酸銨晶體析出，過濾容器內(nèi)物質(zhì)，所得固體為硫酸銨晶體。濾液為硫酸銨飽和溶 液，保留與其它同樣濾液一起再蒸發(fā)結(jié)晶回收。
[0029] 實(shí)施例2
[0030] a、首先稱取IOOg鋁土礦酸解廢渣（二氧化硅按95. 8 %計(jì)）、224.7g氟化銨和 609. 8g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52%硫酸溶液于反應(yīng)器中。再將1752. 8g質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%碳酸氫銨溶液 置于氣體接收器中，將反應(yīng)器密封，并將反應(yīng)器上端的氣體導(dǎo)管與盛有碳酸氫銨溶液的氣 體接收器相連，在反應(yīng)器和氣體接收器之間設(shè)有冷凝器。
[0031] b、不斷攪拌反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，將反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)加熱至沸騰，將產(chǎn)生的氣體通過氣 體導(dǎo)管導(dǎo)入氣體接收器內(nèi)的碳酸氫銨溶液中，反應(yīng)50min。
[0032] c、停止加熱和攪拌，反應(yīng)器中溶液為硫酸銨溶液。將步驟b中氣體接收器中所得 的物質(zhì)過濾，將過濾所得的固體置于容器中加熱，在IKTC下，保溫25min，獲得白炭黑，所 得濾液為氟化銨溶液。
[0033] 化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
[0034] 2NH4F+H2S04= (NH4) 2S04+2HF
[0035] Si02+4HF = SiF4 ? +2H20
[0036] SiF4+nH20+4NH4HC03= 4NH4F+Si02 · nH20 I (白炭黑）+4C02 t +2H20
[0037] d、將步驟c中所得的氟化銨溶液置于容器中，加熱蒸發(fā)溶劑，當(dāng)液面出現(xiàn)晶膜時(shí)， 停止加熱。攪拌溶液，使晶膜分散到溶液中作為晶核，將溶液冷卻至室溫，溶液中有氟化銨 晶體析出，過濾容器內(nèi)物質(zhì)，所得固體為氟化銨晶體。濾液為氟化銨飽和溶液，保留與其它 同樣濾液一起再蒸發(fā)結(jié)晶回收。
[0038] e、將步驟c中反應(yīng)器內(nèi)所得溶液置于容器中，加熱蒸發(fā)溶劑，當(dāng)液面出現(xiàn)晶膜時(shí)， 停止加熱，攪拌溶液，使晶膜分散到溶液中作為晶核，停止攪拌溶液，將溶液冷卻至室溫，溶 液中有硫酸銨晶體析出，過濾容器內(nèi)物質(zhì)，所得固體為硫酸銨晶體。濾液為硫酸銨飽和溶 液，保留與其它同樣濾液一起再蒸發(fā)結(jié)晶回收。
[0039] 實(shí)施例3
[0040] a、首先稱取IOOg鋁土礦酸解廢渣（二氧化硅按95. 8 %計(jì)）、236.3g氟化銨和 551. 5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52%硫酸溶液于反應(yīng)器中。再將2142. 3g質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%碳酸氫銨溶液 置于氣體接收器中，將反應(yīng)器密封，并將反應(yīng)器上端的氣體導(dǎo)管與盛有碳酸氫銨溶液的氣 體接收器相連，在反應(yīng)器和氣體接收器之間設(shè)有冷凝器。
[0041] b、不斷攪拌反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，將反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)加熱至沸騰，將產(chǎn)生的氣體通過氣 體導(dǎo)管導(dǎo)入氣體接收器內(nèi)的碳酸氫銨溶液中，反應(yīng)60min。
[0042] c、停止加熱和攪拌，反應(yīng)器中溶液為硫酸銨溶液。將步驟b中氣體接收器中所得 的物質(zhì)過濾，將過濾所得的固體置于容器中加熱，在105°C下，保溫35min，獲得白炭黑，所 得濾液為氟化銨溶液。
[0043] 化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
[0044] 2NH4F+H2S04= (NH4) 2S04+2HF
[0045] Si02+4HF = SiF4 丨 +2H20
[0046] SiF4+nH20+4NH4HC03= 4NH4F+Si02 · nH20 I (白炭黑）+4C02 t +2H20
[0047] d、將步驟c中所得的氟化銨溶液置于容器中，加熱蒸發(fā)溶劑，當(dāng)液面出現(xiàn)晶膜時(shí)， 停止加熱。攪拌溶液，使晶膜分散到溶液中作為晶核，將溶液冷卻至室溫，溶液中有氟化銨 晶體析出，過濾容器內(nèi)物質(zhì)，所得固體為氟化銨晶體。濾液為氟化銨飽和溶液，保留與其它 同樣濾液一起再蒸發(fā)結(jié)晶回收。
[0048] e、將步驟c中反應(yīng)器內(nèi)所得溶液置于容器中，加熱蒸發(fā)溶劑，當(dāng)液面出現(xiàn)晶膜時(shí)， 停止加熱，攪拌溶液，使晶膜分散到溶液中作為晶核，停止攪拌溶液，將溶液冷卻至室溫，溶 液中有硫酸銨晶體析出，過濾容器內(nèi)物質(zhì)，所得固體為硫酸銨晶體。濾液為硫酸銨飽和溶 液，保留與其它同樣濾液一起再蒸發(fā)結(jié)晶回收。
[0049] 實(shí)施例4
[0050] a、首先稱取IOOg鋁土礦酸解廢渣（二氧化硅按95. 8 %計(jì)）、228.6g氟化銨和 590. 7g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52 %硫酸溶液于反應(yīng)器中。再將2060. 8g質(zhì)量分?jǐn)?shù)25 %碳酸氫銨溶液 置于氣體接收器中，將反應(yīng)器密封，并將反應(yīng)器上端的氣體導(dǎo)管與盛有碳酸氫銨溶液的氣 體接收器相連，在反應(yīng)器和氣體接收器之間設(shè)有冷凝器。
[0051] b、不斷攪拌反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，將反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)加熱至沸騰，將產(chǎn)生的氣體通過氣 體導(dǎo)管導(dǎo)入氣體接收器內(nèi)的碳酸氫銨溶液中，反應(yīng)58min。
[0052] c、停止加熱和攪拌，反應(yīng)器中溶液為硫酸銨溶液。將步驟b中氣體接收器中所得 的物質(zhì)過濾，將過濾所得的固體置于容器中加熱，在106°C下，保溫28min，獲得白炭黑，所 得濾液為氟化銨溶液。
[0053] 化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
[0054] 2NH4F+H2S04= (NH4) 2S04+2HF
[0055] Si02+4HF = SiF4 ? +2Η20
[0056] SiF4+nH20+4NH4HC03= 4NH4F+Si02 · ηΗ20 I (白炭黑）+4C02 t +2Η20
[0057] d、將步驟c中所得的氟化銨溶液置于容器中，加熱蒸發(fā)溶劑，當(dāng)液面出現(xiàn)晶膜時(shí)， 停止加熱。攪拌溶液，使晶膜分散到溶液中作為晶核，將溶液冷卻至室溫，溶液中有氟化銨 晶體析出，過濾容器內(nèi)物質(zhì)，所得固體為氟化銨晶體。濾液為氟化銨飽和溶液，保留與其它 同樣濾液一起再蒸發(fā)結(jié)晶回收。
[0058] e、將步驟c中反應(yīng)器內(nèi)所得溶液置于容器中，加熱蒸發(fā)溶劑，當(dāng)液面出現(xiàn)晶膜時(shí)， 停止加熱，攪拌溶液，使晶膜分散到溶液中作為晶核，停止攪拌溶液，將溶液冷卻至室溫，溶 液中有硫酸銨晶體析出，過濾容器內(nèi)物質(zhì)，所得固體為硫酸銨晶體。濾液為硫酸銨飽和溶 液，保留與其它同樣濾液一起再蒸發(fā)結(jié)晶回收。
[0059] 實(shí)施例5
[0060] a、首先稱取IOOg鋁土礦酸解廢渣（二氧化硅按95. 8 %計(jì)）、232.9g氟化銨和 575. 9g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52 %硫酸溶液于反應(yīng)器中。再將1968. 9g質(zhì)量分?jǐn)?shù)25 %碳酸氫銨溶液 置于氣體接收器中，將反應(yīng)器密封，并將反應(yīng)器上端的氣體導(dǎo)管與盛有碳酸氫銨溶液的氣 體接收器相連，在反應(yīng)器和氣體接收器之間設(shè)有冷凝器。
[0061] b、不斷攪拌反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，將反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)加熱至沸騰，將產(chǎn)生的氣體通過氣 體導(dǎo)管導(dǎo)入氣體接收器內(nèi)的碳酸氫銨溶液中，反應(yīng)52min。
[0062] c、停止加熱和攪拌，反應(yīng)器中溶液為硫酸銨溶液。將步驟b中氣體接收器中所得 的物質(zhì)過濾，將過濾所得的固體置于容器中加熱，在109°C下，保溫26min，獲得白炭黑，所 得濾液為氟化銨溶液。
[0063] 化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
[0064] 2NH4F+H2S04= (NH4) 2S04+2HF
[0065] Si02+4HF = SiF4 丨 +2H20
[0066] SiF4+nH20+4NH4HC03= 4NH4F+Si02 · nH20 I (白炭黑）+4C02 t +2H20
[0067] d、將步驟c中所得的氟化銨溶液置于容器中，加熱蒸發(fā)溶劑，當(dāng)液面出現(xiàn)晶膜時(shí)， 停止加熱。攪拌溶液，使晶膜分散到溶液中作為晶核，將溶液冷卻至室溫，溶液中有氟化銨 晶體析出，過濾容器內(nèi)物質(zhì)，所得固體為氟化銨晶體。濾液為氟化銨飽和溶液，保留與其它 同樣濾液一起再蒸發(fā)結(jié)晶回收。
[0068] e、將步驟c中反應(yīng)器內(nèi)所得溶液置于容器中，加熱蒸發(fā)溶劑，當(dāng)液面出現(xiàn)晶膜時(shí)， 停止加熱，攪拌溶液，使晶膜分散到溶液中作為晶核，停止攪拌溶液，將溶液冷卻至室溫，溶 液中有硫酸銨晶體析出，過濾容器內(nèi)物質(zhì)，所得固體為硫酸銨晶體。濾液為硫酸銨飽和溶 液，保留與其它同樣濾液一起再蒸發(fā)結(jié)晶回收。
[0069] 經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得，實(shí)施例1中所述的白炭黑純度可達(dá)95. 2%。
[0070] (1)氟化銨加入量對(duì)白炭黑產(chǎn)率的影響
[0071] 稱取鋁土礦酸解后的廢渣100. OOg (二氧化硅含量按95. 8 %計(jì)），精確至0· 0002g。 置于密閉反應(yīng)器中，加入315. 5g硫酸（過量1% )和200mL水，再加入不同質(zhì)量的氟化銨， 開啟攪拌器攪拌溶液，開啟加熱器加熱溶液至沸騰，保溫55min。停止加熱和攪拌溶液。反 應(yīng)后，將生成的白炭黑過濾、洗滌、烘干，稱量白炭黑的質(zhì)量，計(jì)算白炭黑的產(chǎn)率，所得數(shù)據(jù) 見表1。
[0072] 表1氟化銨加入量對(duì)白炭黑產(chǎn)率的影響

【權(quán)利要求】
1. 一種利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法，其特征在于，包括以下步驟： a、 將鋁土礦酸解礦渣、氟化銨和硫酸溶液放入的反應(yīng)器中，將反應(yīng)器密封，并將反應(yīng)器 上端的氣體導(dǎo)管與盛有碳酸氫銨溶液的氣體接收器相連； b、 不斷攪拌反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)，將反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)加熱至沸騰，將產(chǎn)生的氣體通過氣體導(dǎo) 管導(dǎo)入氣體接收器內(nèi)的碳酸氫銨溶液中，反應(yīng)50?60min ; c、 將步驟b中氣體接收器中所得的物質(zhì)過濾，將過濾所得的固體置于容器中加熱，在 105?110°C下，保溫25?35min，獲得白炭黑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法，其特征在于：所述 鋁土礦酸解礦渣中的主要成分為二氧化硅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法，其特征在于： 步驟a中所述鋁土礦酸解礦渣、氟化銨和硫酸溶液的加入量應(yīng)滿足鋁土礦酸解礦渣中二氧 化硅與氟化銨和硫酸的摩爾質(zhì)量比為1 :3. 9?4. 1 :1. 9?2. 1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法，其特征在于：步驟a 中所述硫酸溶液中硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法，其特征在于：步驟a 中所述的碳酸氫銨溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法，其特征在于： 步驟a中所述碳酸氫銨溶液的加入量應(yīng)滿足鋁土礦酸解礦渣中二氧化硅與碳酸氫銨的摩 爾質(zhì)量比為1 :0.9?1. 1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法，其特征在于： 將步驟c中過濾所得的溶液蒸發(fā)結(jié)晶獲得氟化銨晶體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法，其特征在于： 將步驟b中反應(yīng)后所得的溶液蒸發(fā)結(jié)晶獲得硫酸銨晶體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用鋁土礦酸解廢渣制備白炭黑的方法，其特征在于： 步驟a中在所述反應(yīng)器和氣體接收器之間設(shè)有冷凝器。
【文檔編號(hào)】C01B33/12GK104495856SQ201510017634
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月14日
【發(fā)明者】邸萬山 申請(qǐng)人:遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院