CN101139094A - 氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法 - Google Patents

氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法 Download PDF

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氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法涉及一种化工产品的制备方法，特别是涉及到无机粉体材料的制备方法，本发明以氟硅酸和氨水为原料进行分步氨化反应，过滤、洗涤、干燥制得白炭黑，其特征在于：氨水分步加入，过滤分步进行，其步骤为：a.向氟硅酸中加入氨水总量的30～70％进行氨化反应，反应液陈化，过滤得滤饼和滤液；b.向a步骤所得的滤液中加入氟硅酸铵，再加入氨水，氨化反应，反应液陈化，过滤得滤饼和滤液；c.向b步骤所得的滤液中加入余量的氨水氨化，反应液陈化，陈化液过滤，得滤饼和高浓度氟化铵母液；d.过滤所得滤饼分别进行洗涤、干燥制得白炭黑。

Description

氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法
技术领域
本发明涉及一种化工产品的制备方法，特别是涉及到无机粉体材料的制备方法，更具体地说是利用磷肥行业副产氟硅酸制备高补强性白炭黑联产高浓度氟化铵的方法。
背景技术
白炭黑即水合二氧化硅，分子通式为：SiO2·nH2O，是一种应用非常广泛的化工产品，可用于橡胶、塑料、油漆、油墨、农药、医药、食品、饲料、造纸等行业。其最大用途是作橡胶的补强填料，用量占其总产量的75％以上。氟硅酸通常是生产湿法磷酸和普钙的副产品，2005年我国磷肥产量以100％P2O5计为1125万吨，可副产氟硅酸以100％H2SiF6计超过50万吨，我国氟硅酸大部分是以氟硅酸钠的形式回收，但氟硅酸钠用途窄，经济效益差，常常滞销，严重影响了生产厂家回收氟硅酸的积极性同时也制约了磷肥行业的发展，这不但造成了氟、硅资源的严重浪费，而且很大程度上污染了环境。目前已有通过磷肥副产氟硅酸钠制备白炭黑的方法，但氟硅酸钠毕竟是磷肥行业的间接副产品，其生产成本必高于通过氟硅酸直接制备白炭黑，还有通过氟硅酸和纯碱或者碳酸氢铵反应制备白炭黑的报道，但这两种工艺的缺点是在反应中都产生了大量二氧化碳气体，若不回收必然会污染环境，回收则会延长工艺路线，增大设备投资，同时由于对滤饼都进行了酸化操作必然会在洗涤过程中产生大量的酸性废水，污染环境，且生成的白炭黑产品质量不高，比表面积偏低，对橡胶的补强效果有限，很难作为高补强性白炭黑使用。本发明是中国专利申请号200710065876.4的继续，是为了解决氟硅酸氨化后母液中氟化铵浓度偏低的问题而提出的。该方法的特征在于：氨水分步加入，过滤分步进行，其关键是向第一步过滤所得的滤液中补加氟硅酸铵。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术的缺陷，提供一种氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法。
本发明所述的氟硅酸氨化制高补强白炭黑及高浓度氟化铵的方法，以氟硅酸和氨水为原料进行分步氨化反应，过滤、洗涤、干燥制得白炭黑，其特征在于：氨水分步加入，过滤分步进行，其关键是向第一步过滤所得的滤液中补加氟硅酸铵。其步骤为；
a.向氟硅酸中加入氨化剂总量的30～70％的氨水，在20～65℃下进行氨化反应，氨化后所得反应液进行陈化，陈化液过滤得滤饼和滤液；
b.向a步骤所得的滤液中加入氟硅酸铵，然后向该溶液中加入氨水，在20～55℃下进行氨化反应，反应液进行陈化，过滤得滤饼和滤液；
c.向b步骤所得的滤液中加入余量的氨水，在20～55℃下进行氨化，反应液进行陈化，陈化液过滤，得滤饼和氟化铵母液，所得高浓度氟化铵母液送后续工艺；
d.a、b、c步骤中过滤所得滤饼分别进行洗涤、干燥制得白炭黑。
上述步骤a、b、c中氨水的浓度为15～30％。
所述的氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法，在氨化过程中，氨水至少分三步加入。所述的过滤至少分三步进行。向第一步过滤所得的滤液中补加氟硅酸铵。
所述的氟硅酸的浓度为10％～25％。上述的b步骤中氟硅酸铵的浓度为10％～25％。上述步骤d所制得的白炭黑产品比表面积为130～300m2/g。上述步骤c所制得的母液中氟化铵的浓度为13～22％。该氟化铵母液可加工成多种含氟化合物，如氟化铵、氟化氢铵、氟化钠、氟化钾、氟化铝、冰晶石、氢氟酸、无水氟化氢。
本发明的主要化学反应原理为：
H2SiF6+6NH3+2H2O→6NH4F+SiO2↓
H2SiF6+2NH3→(NH4)2SiF6
(NH4)2SiF6+4NH3+2H2O→6NH4F+SiO2↓
本发明具有的优点是在利用磷肥副产氟硅酸制备高补强性白炭黑的过程中，产生了高浓度的氟化铵母液，这对于氟化铵母液的后续加工是非常有利的，可有效降低氟化铵母液后续加工所需能耗。
附图说明
图1为本发明制备方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但并不局限于实施例。
实施例1
向带有搅拌的反应器中，加入293.7g，12％的氟硅酸溶液，温度为27～32℃，首先向氟硅酸溶液中加入109.4g，浓度为16％的氨水，滴加完毕后，温度为45～50℃，PH为6.5～7.2，并陈化30分钟，然后进行第一步过滤，滤饼经洗涤、烘干得白炭黑产品，其比表面积为265m2/g；向第一步过滤所得滤液中加入氟硅酸铵，使滤液中的氟硅酸铵含量为16％，温度为30～35℃，向该滤液中加入35.4g，浓度为28％的氨水，滴加完毕后，温度为42～47℃，并陈化30分钟，进行第二步过滤，滤饼经洗涤、烘干得白炭黑产品，其比表面积为240m2/g，将第二步过滤所得滤液进行第三步氨化，温度为30～35℃，向其中加入43.3g，浓度为28％的氨水，滴加完毕后，温度为40～45℃，PH＞8.0，并陈化30分钟，进行第三步过滤，滤饼经洗涤、烘干得白炭黑产品，其比表面积为200m2/g，最终所得氟化铵母液中氟化铵的浓度为17.5％。
实施例2
操作同实施例1。第一步氨化与过滤与例1相同。向第一步过滤所得的滤液中加入氟硅酸铵，使滤液中的氟硅酸铵含量为12％，温度为20～25℃，向其中加入41.1g，浓度为18％的氨水溶液，滴加完毕后，溶液温度为30～35℃，并陈化20～40分钟，进行第二步过滤，滤饼经洗涤、烘干得白炭黑产品，其比表面积为260m2/g，将第二步过滤所得滤液进行第三步氨化，温度为20～25℃，向其中加入41.4g，浓度为18％的氨水，滴加完毕后，温度为28～32℃，PH＞8.0，并陈化20～40分钟，进行第三步过滤，滤饼经洗涤、烘干得白炭黑产品，其比表面积为240m2/g，最终所得氟化铵母液中氟化铵的浓度为13.6％。
实施例3
操作同实施例1。第一步氨化与过滤与例1相同。向第一步过滤所得的滤液中加入氟硅酸铵，使滤液中的氟硅酸铵含量为18％，温度为30～35℃，向其中加入35.1g，浓度为28％的氨水溶液，滴加完毕后，溶液温度为40～45℃，并陈化20～40分钟，进行第二步过滤，滤饼经洗涤、烘干得白炭黑产品，其比表面积为190m2/g，将第二步过滤所得滤液进行第三步氨化，温度为30～35℃，向其中加入52.6g，浓度为28％的氨水，滴加完毕后，温度为38～42℃，PH＞8.0，并陈化20～40分钟，进行第三步过滤，滤饼经洗涤、烘干得白炭黑产品，其比表面积为177m2/g，最终所得氟化铵母液中氟化铵的浓度为18.2％。
实施例4
操作同实施例1。第一步氨化与过滤与例1相同。向第一步过滤所得的滤液中加入氟硅酸铵，使滤液中的氟硅酸铵含量为20％，温度为30～35℃，向其中加入51.5g，浓度为28％的氨水溶液，滴加完毕后，溶液温度为40～45℃，并陈化20～40分钟，进行第二步过滤，滤饼经洗涤、烘干得白炭黑产品，其比表面积为145m2/g，将第二步过滤所得滤液进行第三步氨化，温度为30～35℃，向其中加入51.5g，浓度为28％的氨水，滴加完毕后，温度为38～42℃，PH＞8.0，并陈化20～40分钟，进行第三步过滤，滤饼经洗涤、烘干得白炭黑产品，其比表面积为135m2/g，最终所得氟化铵母液中氟化铵的浓度为20.5％。

Claims (9)

1.氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法，以氟硅酸和氨水为原料进行分步氨化反应，过滤、洗涤、干燥制得白炭黑，其特征在于：氨水分步加入，过滤分步进行，其步骤为；
a.向氟硅酸中加入氨水总量的30～70％的氨水，在20～65℃下进行氨化反应，氨化后所得反应液进行陈化，陈化液过滤得滤饼和滤液；
b.向a步骤所得的滤液中加入氟硅酸铵，然后向该溶液中加入氨水，在20～55℃下进行氨化反应，反应液进行陈化，过滤得滤饼和滤液；
c.向b步骤所得的滤液中加入余量的氨水，在20～55℃下进行氨化，反应液进行陈化，陈化液过滤，得滤饼和氟化铵母液，所得高浓度氟化铵母液送后续工艺；
d.a、b、c步骤中过滤所得滤饼分别进行洗涤、干燥制得白炭黑。
2.根据权利要求1所述的氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法，其特征在于步骤a、b、c中氨水的浓度为15～30％。
3.根据权利要求1所述的氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法，其特征在于氨化过程中，氨水至少分三步加入。
4.根据权利要求1所述的氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法，其特征在于所述的过滤至少分三步进行。
5.根据权利要求1所述的氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法，其特征在于氟硅酸的浓度为10％～20％。
6.根据权利要求1所述的氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法，其特征在于b步骤中氟硅酸铵的浓度为10％～25％。
7.根据权利要求1所述的氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法，其特征在于所制得的白炭黑产品比表面积为130～300m2/g。
8.根据权利要求1所述的氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法，其特征在于所制得的氟化铵母液中氟化铵的浓度为13～22％。
9.根据权利要求1所述的氟硅酸氨化制高补强性白炭黑及高浓度氟化铵的方法，其特征在于所得高浓度氟化铵母液可加工成多种含氟化合物，如氟化铵、氟化氢铵、氟化钠、氟化钾、氟化铝、冰晶石、氢氟酸、无水氟化氢。
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