CN101293656A - 一种用微硅粉制备复合白炭黑的方法 - Google Patents

一种用微硅粉制备复合白炭黑的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于固体废弃物再利用领域的一种用微硅粉制备复合白炭黑的方法。该方法是将微硅粉活化、除杂质、分散、调整表面电荷后在其表面包覆二氧化硅制备成具有核－壳结构的复合白炭黑材料。该复合粒子中包覆的SiO2质量比为2％－25％，遮盖率70－95％，表面包覆层的SiO2晶粒粒径为5－35nm，可用于代替白炭黑做橡胶补强填料。具有工艺简单、成本低等特点。与沉淀白炭黑生产相比，水玻璃用量大大减少，节省了水玻璃的使用与微硅粉直接应用于混凝土和水泥相比，可大大提高其高附加值，降低废弃物的排放。

Description

一种用微硅粉制备复合白炭黑的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物再利用领域，具体是一种将微硅粉活化、除杂质、分散、调整表面电荷后在其表面包覆二氧化硅的一种用微硅粉制备复合白炭黑的方法。
背景技术
微硅粉又名硅灰、硅粉(silica fume、micro-silica)，是金属硅或硅铁等合金冶炼从烟气中回收的粉尘。微硅粉平均粒径为0.15-0.20μm，比表面积为15000-20000m2/kg。其主要成分为二氧化硅，含量一般80-92％，杂质成分有氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化铝和活性炭等。矿石成分、冶炼工艺、收尘系统运行情况等都会造成成分波动。微硅粉中二氧化硅属无定型物质，活性高，颗粒细小，比表面积大，具有优良的理化性能，是一种无需经过粉碎加工、廉价的超微粉体。
国外对微硅粉研究和开发利用较早，技术成熟。主要应用于混凝土工业的高强掺和剂、耐火材料的添加剂、冶金球团助剂、水泥掺和材料、化工产品的分散隔离剂、硅酸盐砖原料。俄罗斯利用微硅粉填充树脂及其他高分子聚合物产品，替代白炭黑、滑石、石棉、气溶胶等填充材料，可提高延伸缩、抗撕裂和抗老化度性能。我国对微硅粉的应用研究和回收利用起步较晚，大部分硅铁生产企业对微硅粉的回收不够重视。近几年，由于国家对环保的重视，逐步加强了对污染企业的管理，许多铁合金生产企业配备了收尘设备，这些回收来的微硅粉二氧化硅含量大多数都不达标，尚属粗放型的工业副产品，售价一般每吨为1800～3800元，主要用于混凝土和耐火材料领域。
白炭黑常用于橡胶补强填料，市场上根据白炭黑性能售价一般每吨6700-20000元。
本发明使用微硅粉和水玻璃制备复合白炭黑。将原料活化、除杂、调整表面电荷后，用工业常用水玻璃水解沉淀的方法在其表面包裹二氧化硅，制备具有核壳复合结构颗粒，用于代替白炭黑做橡胶填料，对提高微硅粉附加值，提高微硅粉回收积极性，及减少工业生产白炭黑用水玻璃用量具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用微硅粉制备复合白炭黑的方法。为达到上述目的，本发明采取了如下技术方案：
(1)微硅粉在5-50％(v/v)酸溶液中常温浸泡1-10小时，除去杂质；
(2)按照1∶10-35(重量比)的固液比将微硅粉加入模数为n＝2.6-3.0，SiO2含量为4-10wt％的水玻璃溶液中打浆；
(3)加入1-5wt％微硅粉质量的外加剂调整微硅粉分散状态及调整表面电荷；
(4)调整浆体温度为40-80℃、pH值6-9.5和时间1-6小时，使二氧化硅沉积包覆于微硅粉颗粒表面，制备白炭黑复合颗粒；
(5)将复合白炭黑100-150℃烘干；
(6)复合白炭黑打散，制备白炭黑复合颗粒。
所述酸溶液为硫酸、盐酸或氢氟酸的溶液。
所述表面电荷调整作用的外加剂为尿素、柠檬酸、十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。
本发明采用微硅粉复合改性方法后具有如下有益效果：该方法针对微硅粉目前主要用于混凝土和水泥等领域，附加值低，企业回收微硅粉积极性低等现状，利用微硅粉粒度细，性能优的特点，提出用水玻璃水解沉淀在其表面包覆二氧化硅制备复合白炭黑，其中包覆的SiO2质量比为2％-25％；该复合粒子遮盖率70-95％；该复合粒子中表面包覆层的SiO2晶粒粒径为5-35nm；具有工艺简单、成本低等特点。与沉淀白炭黑生产相比，水玻璃用量大大减少，节省了水玻璃的使用。与微硅粉直接应用于混凝土和水泥相比，可大大提高其高附加值，降低废弃物的排放。
具体实施方式
实施例1
为采用微硅粉制备具有核-壳结构的复合白炭黑，本发明采取了如下技术方案：
(1)微硅粉用10％(v/v)硫酸溶液中常温浸泡7小时，过滤，水洗，除去杂质；
(2)按照1∶20(重量比)的固液比将微硅粉加入模数为n＝2.6、SiO2含量为10wt％的水玻璃溶液中打浆；
(3)将1wt％的十六烷基三甲基溴化铵为外加剂加入浆液中，调整微硅粉分散状态及调整表面电荷；
(4)调整浆体温度70℃，加入20％(v/v)稀硫酸调整pH为7.5，陈化3小时，使二氧化硅沉积包覆于微硅粉颗粒表面，制备白炭黑复合颗粒；
(5)过滤，洗涤。将复合白炭黑100℃烘干；
(6)复合白炭黑打散，即得到具有核-壳结构的复合白炭黑材料。经测定包覆率70-95％。
实施例2
为采用微硅粉制备具有核-壳结构的复合白炭黑，本发明采取了如下技术方案：
(1)微硅粉用5％(v/v)盐酸溶液中常温浸泡5小时，过滤，水洗，除去杂质；
(2)按照1∶10的固液比将微硅粉加入n＝3.5、SiO2含量为6wt％的水玻璃溶液中打浆；
(3)3wt％微硅粉的柠檬酸为外加剂加入浆液中，调整微硅粉分散状态及调整表面电荷；
(4)调整浆体温度80℃，加入20％(v/v)稀硫酸调整pH值为9，陈化4小时，使二氧化硅沉积包覆于微硅粉颗粒表面，制备白炭黑复合颗粒；
(5)过滤，洗涤。将复合白炭黑110℃烘干；
(6)复合白炭黑打散，即得到具有核-壳结构的复合白炭黑材料。经测定包覆率70-95％。
实施例3
为采用微硅粉制备具有核-壳结构的复合白炭黑，本发明采取了如下技术方案：
(1)微硅粉用30％(v/v)硫酸溶液中常温浸泡2小时，过滤，水洗，除去杂质；
(2)按照1∶25的固液比将微硅粉加入n＝3.0、SiO2含量为8wt％的水玻璃溶液中打浆；
(3)2wt％微硅粉的十二烷基苯磺酸钠为外加剂加入浆液中，调整微硅粉分散状态及调整表面电荷；
(4)调整浆体温度60℃，加入20％(v/v)稀硫酸调整pH值为8.0，陈化4小时，使二氧化硅沉积包覆于微硅粉颗粒表面，制备白炭黑复合颗粒；
(5)过滤，洗涤。将复合白炭黑120℃烘干；
(6)复合白炭黑打散，即得到具有核-壳结构的复合白炭黑材料。经测定包覆率70-95％。
实施例4
为采用微硅粉制备具有核-壳结构的复合白炭黑，本发明采取了如下技术方案：
(1)微硅粉用5％(v/v)硫酸溶液中常温浸泡7小时，过滤，水洗，除去杂质；
(2)按照1∶20的固液比将微硅粉加入n＝2.5、SiO2含量为10wt％的水玻璃溶液中打浆；
(3)1wt％微硅粉的十六烷基三甲基溴化铵为外加剂加入浆液中，调整微硅粉分散状态及调整表面电荷；
(4)调整浆体温度70℃，加入20％(v/v)稀硫酸调整pH值为7.5，陈化3小时，使二氧化硅沉积包覆于微硅粉颗粒表面，制备白炭黑复合颗粒；
(5)过滤，洗涤。将复合白炭黑130℃烘干；
(6)复合白炭黑打散，即得到具有核-壳结构的复合白炭黑材料。经测定包覆率70-95％。

Claims (3)

1.一种用微硅粉制备复合白炭黑的方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
(1)微硅粉在5-50％(v/v)酸溶液中常温浸泡1-10小时，除去杂质；
(2)按照1∶10-35(重量比)的固液比将微硅粉加入模数为n＝2.6-3.0，SiO2含量为4-10wt％的水玻璃溶液中打浆；
(3)加入1-5wt％微硅粉质量的外加剂调整微硅粉分散状态及调整表面电荷；
(4)调整浆体温度为40-80℃、pH值6-9.5和时间1-6小时，使二氧化硅沉积包覆于微硅粉颗粒表面，制备白炭黑复合颗粒；
(5)将复合白炭黑在100-150℃温度下烘干；
(6)复合白炭黑打散，制备白炭黑复合颗粒。
2.根据权利要求1所述用微硅粉制备复合白炭黑的方法，其特征在于，所述酸溶液为硫酸、盐酸或氢氟酸的溶液。
3.根据权利要求1所述用微硅粉制备复合白炭黑的方法，其特征在于，所述表面电荷调整作用的外加剂为尿素、柠檬酸、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。
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