一种沉淀法制备白炭黑的方法技术

本发明专利技术涉及一种沉淀法制备白炭黑的方法，该方法包括如下步骤：①向反应器中加入白炭黑晶种溶液；②在７２～８２℃搅拌条件下，同时将化学计量或接近化学计量的四氯化硅和浓度为１．０ｍｏｌ／ｌ的硅酸钠水溶液逐渐加入晶种溶液中，加入过程中体系的ｐＨ值保持在８～９，加入结束后得到ｂ；③调节ｂ的ｐＨ值至３～４得浆料，将浆料过滤、洗涤、干燥后得白炭黑。本发明专利技术方法工艺简单，反应条件温和、生产成本低，制得的产品性能指标好，可广泛用于橡胶、塑料等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种化工产品的制备方法，特别是一种以四氯化硅、硅酸钠水溶液为 主要原料沉淀法制备白炭黑的方法。
技术介绍
白炭黑又名水合二氧化硅，是一种无毒且性能良好的助剂，广泛用于橡胶、纺织、 造纸、农药、食品添加剂以及卫生消防灭火材料等领域。目前白炭黑的生产方法主要有气相 法和沉淀法两种。气相法主要以有机硅化合物、氯硅烷和氯化硅等为原料，在高温氢氧焰中 共同燃烧得到，产品质优但价格昂贵。沉淀法普遍采用硅酸盐与无机酸反应来制取，产品价 格低廉市场需求较大。随着轮胎制造业、硅橡胶产业、牙膏产业、涂料工业、新能源等领域的 需求增长，预计未来5年我国沉淀法白炭黑的年均需求将以10%的速度增长。伴随着信息技术和太阳能产业的飞速发展，国内对多晶硅的需求迅猛增长。多晶 硅生产过程中副产大量的四氯化硅，每生成1吨多晶硅将副产10-15吨四氯化硅；在三氯氢 硅的合成过程中，每生产1吨三氯氢硅副产0. 15吨四氯化硅。四氯化硅在常态下为液体， 沸点很低，易于汽化和水解，具有很强的腐蚀性和毒性，对人的眼睛、皮肤、呼吸道有强烈的 刺激作用，若直接排放或掩埋，既污染环境，又降低了生产工艺的整体技术水平。目前，四氯 化硅处理方法主要有两种，一种是将其转化为生产多晶硅的基本原料三氯氢硅，但现有的 等离子体氢化法、热氢化法、氯氢化法工艺因转化率低、设备装置复杂、技术不成熟等原因 缺乏有效的市场竞争力；另一种是用四氯化硅制备白炭黑，目前主要采用气相法，该方法制 备的白炭黑性能优异，但条件苛刻，生产成本高，价格昂贵。因此，目前急需开发出一种工艺 简单，设备投资小，生产成本低，又能综合利用四氯化硅的新方法，以满足硅行业持续发展 和降低环境污染的迫切需要。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供，该方法工艺简单、生产成本 较低，制得的白炭黑性能较好。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案 ，该方法包括如下步骤①向反应器中加入白炭黑晶种溶液；②在72 82°C搅拌条件下，同时将化学计量或接近化学计量(即保持四氯化硅和硅酸 钠水溶液的摩尔比在1 1. 1 :2)的四氯化硅和浓度为1. Omol/1的硅酸钠水溶液逐渐加入 晶种溶液中，加入过程中体系的PH值保持在8 9 (可以通过控制四氯化硅和硅酸钠水溶 液的流速比来实现，一般两者的流速比为1 :16 17)，加入结束后得到b ；③调节b的pH值至3 4得浆料，将浆料过滤、洗涤、干燥后得白炭黑。所述步骤①中的晶种溶液由以下方法制得在58 62°C搅拌条件下，将四氯化硅 加入到一定体积的0. lmol/1硅酸钠水溶液中进行反应，至溶液pH值为6 7时停止加入，3静置陈化即得。静置陈化时间优选为10 60min。所述步骤③中通过加入盐酸或四氯化硅调节b的pH值至3 4。所述四氯化硅与硅酸钠水溶液反应生成的氯化钠溶液全部回收。所述步骤③中干燥优选用烘箱于120°C干燥2 6h。本专利技术利用副产物四氯化硅与硅酸钠水溶液进行反应的原理，反应结束后，对料 浆进行过滤分离，得到沉淀白炭黑和氯化钠水溶液(氯化钠水溶液可以回收利用)。反应过 程中，四氯化硅与水生成的盐酸(氯化氢溶于水中)与硅酸钠反应，代替了常规法白炭黑反 应中的酸化剂，节约了生产成本。该新工艺既生产出市场容量大的沉淀法白炭黑，又综合利 用了硅行业的副产物四氯化硅，减轻了环境污染，降低了生产成本。生产的沉淀白炭黑质量 符合行业标准指标要求，副产物氯化钠(氯化钠溶液)完全能满足烧碱生产的要求。本专利技术相对于现有技术，具有以下优点1、工艺简单，反应条件温和，易操作，设备投资小，原料易得，产品质量良好。2、硅行业副产物四氯化硅得到综合利用，变废为宝，降低了对环境的污染；产物氯 化钠全部回收用于烧碱生产，提高了本专利技术的经济效益。3、生产成本低，市场容量大，可以克服四氯化硅气相法生产的白炭黑市场容量的 限制，竞争力强。具体实施例方式以下通过实施例对本专利技术做进一步的说明，但本专利技术的保护范围不限于此。实施例1，该方法包括如下步骤①在反应釜中加入40L配制好的0.lmol/1的硅酸钠溶液，于58°C搅拌条件下，将四氯化硅滴加入反应釜中进行反应，至溶液PH值为6时停止加入，静置陈化30min得晶种溶液；②取0.86L四氯化硅和14L、1. Omol/1的硅酸钠水溶液；③在72°C搅拌条件下，同时将上述的四氯化硅和硅酸钠水溶液逐渐加入晶种溶液中， 加入结束后得到b，控制四氯化硅流速0. 48ml/s、硅酸钠流速7. 7ml/s，使加入过程中体系 的PH值始终为8 ；④通过滴加四氯化硅调节b的pH值为3得浆料，将浆料过滤、洗涤后，用烘箱于120°C 干燥3h后得到沉淀白炭黑3. 82kg，产率为91%。所得产品的性能指标详见表1。其中，四氯化硅与硅酸钠水溶液反应生成的氯化钠溶液全部回收。表1各实施例制得产品的性能指标项 目行业标准产品性能指标实施例1实施例2实施例3二氧化硅含簠，卯92.693.192.8颜色优于、等于标样合格合格合格蹄余物(45μιη) % <0.50.30.350.4加热减重，%4.0-S.06.15.47.0灼麵重，% <7.04.75.05.8PH值5.0-8 J7.06.56.0DBP吸收值，Cm3Zg2.0-3.52.82.52.3拉伸强度，Mja >17.018 617.918,1扯断伸长率，% >6757207607405 00%定伸应力，M^a >6.38.47.28.1总铜含重，mgikg <30192123总S*重，mg/kg <50202325总铁含簠，mg/kg <1000278300320表1是各实施例获得沉淀白炭黑产品性能指标与行业标准HG/T 3061-1999的比 较结果，由表1可知，所制得的白炭黑产品完全符合行业标准。实施例2，该方法包括如下步骤①在反应釜中加入45L配制好的0.lmol/1的硅酸钠溶液，在62°C搅拌条件下，将四氯 化硅滴加入反应釜中进行反应，至溶液PH值为7时停止加入，静置陈化IOmin得晶种溶液；②取0.98L四氯化硅和16L、1. Omol的硅酸钠水溶液；③在82°C搅拌条件下，同时将上述的四氯化硅和硅酸钠水溶液逐渐加入晶种溶液中， 加入结束后得到b，控制四氯化硅流速0. 53ml/s、硅酸钠流速8. 9ml/s,使加入过程中体系 的PH值始终为9;④通过滴加四氯化硅调节b的pH值为4得浆料，将浆料过滤、洗涤后，用烘箱于120°C 干燥2h后得到沉淀白炭黑4. 48kg，产率为94%。所得产品的性能指标详见表1。四氯化硅与硅酸钠水溶液反应生成的氯化钠溶液全部回收。实施例3，该方法包括如下步骤①在反应釜中加入35L配制好的0. lmol/1的硅酸钠溶液，在60°C搅拌条件下，将四氯 化硅滴加入反应釜中进行反应，至溶液PH值为6. 5时停止加入，静置陈化60min得晶种溶 液；②取0.80L四氯化硅和13L、1. Omol的硅酸钠水溶液；③在76°C搅拌条件下，同时将上述的四氯化硅和硅酸钠水溶液逐渐加入晶种溶液中， 加入结束后得到b，控制四氯化硅流速0. 44ml/s、硅酸钠流速7. 2ml/s，使加入过程中体系 的PH值始终为8. 5 ；④通过滴加四氯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
一种沉淀法制备白炭黑的方法，其特征在于，包括如下步骤①向反应器中加入白炭黑晶种溶液；②在72～82℃搅拌条件下，同时将化学计量或接近化学计量的四氯化硅和浓度为1.0mol/l的硅酸钠水溶液逐渐加入晶种溶液中，加入过程中体系的pH值保持在8～9，加入结束后得到b；③调节b的pH值至3～4得浆料，将浆料过滤、洗涤、干燥后得白炭黑。2.如权利要求1所述制备白炭黑的方法，其特征在于，所述步骤①中的晶种溶液由以 下方法制得在58 62°C搅拌条件下，将四氯化硅加入到一定体积的0. lmol/1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂香，王志勇，王松波，屈凌波，吴肖磊，焦高成，肖咏梅，刘娟，楚晖娟，刘晓华，
申请(专利权)人：昊华宇航化工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：41