CN101734667B - 四氯化硅生产沉淀白炭黑的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于白炭黑的制备工艺，特别涉及一种四氯化硅生产沉淀白炭黑的工艺。将四氯化硅加入到含有分散剂的质量浓度为29-33％的盐酸水溶液中，控制温度在28-45℃进行反应生成硅溶胶和氯化氢气体，硅溶胶经过静置陈化形成胶状的白色絮状沉淀，将沉淀进行过滤分离、洗涤，然后再进行造粒、干燥，得到沉淀白炭黑。本发明工艺流程较短，生产设备和工艺控制相对简单，原料易得；四氯化硅得到有效利用，产物氯化氢全部回收，降低了处理费用，减少了废酸量，减少了对环境的污染；生产成本低、用途广泛、市场容量大。

Description

四氯化硅生产沉淀白炭黑的工艺
(一)技术领域
本发明属于白炭黑的制备工艺，特别涉及一种四氯化硅生产沉淀白炭黑的工艺。
(二)背景技术
目前制造白炭黑一般是利用硅酸钠、四氯化硅、正硅酸乙酯等作为硅源生产的，生产工艺有沉淀法和气相法两种：沉淀法生产白炭黑普遍采用硅酸盐(通常为硅酸钠)与无机酸(通常使用硫酸)中和沉淀反应的方法来制取；气相法生产白炭黑是利用硅的氯化物(四氯化硅或甲基三氯硅烷)在空气和氢气混合气流中经高温水解生成，生产中副产大量低纯度氯化氢。气相法生产白炭黑所用的四氯化硅多来源于三氯氢硅和多晶硅行业副产的四氯化硅，但存在以下问题：1)三氯氢硅和多晶硅行业副产的四氯化硅量大，而气相法生产白炭黑的能力有限，不能够全部有效处理；2)气相法生产白炭黑工艺复杂、成本较高，同时副产的大量低纯度氯化氢只能做成废盐酸，造成较大的浪费和环境污染；3)气相法白炭黑价格昂贵、使用范围较窄，市场容量较小，目前国内建成的生产装置产能已经出现过饱和，产品大量积压，而沉淀法白炭黑价格较低、用途广泛，市场容量是气相法白炭黑的数十倍。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种四氯化硅生产沉淀白炭黑的工艺，可以克服四氯化硅气相法生产白炭黑的缺陷。
本发明采用的技术方案如下：
四氯化硅生产沉淀白炭黑的工艺，将四氯化硅加入到含有分散剂的质量浓度为29-33％的盐酸水溶液中，分散剂的浓度为0.03～0.12g/l，四氯化硅通入量控制在0.8-1.2m3/h，控制温度在28-45℃进行反应生成硅溶胶和氯化氢气体，氯化氢气体进行回收，硅溶胶经过静置陈化形成胶状的白色絮状沉淀，将沉淀进行过滤分离、洗涤，然后再进行造粒、干燥，得到沉淀白炭黑；所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或OP系列分散剂。
本发明利用副产四氯化硅与水反应生成二氧化硅和氯化氢的原理，将四氯化硅与水进行水解反应，同时加入适量分散剂控制白炭黑结块和提高白炭黑疏松程度，反应结束陈化一定时间后对料液进行分离，分离的母液循环利用，分离后的固体湿物料进行洗涤、造粒、干燥处理后得到沉淀白炭黑；反应过程中产生的氯化氢进行气相回收后可用于生产PVC或三氯氢硅。该新工艺既生产了沉淀白炭黑产品，又回收了氯化氢气体，解决了三氯氢硅和多晶硅行业副产物四氯化硅污染环境、处理费用高等问题。
生产的沉淀白炭黑质量符合行业标准要求，回收的氯化氢纯度可达到95％以上，完全能满足PVC或三氯氢硅生产的要求。
本发明相对于现有技术，有以下优点：
1、工艺流程较短，生产设备和工艺控制相对简单，原料易得，投资规模不大。
2、四氯化硅得到有效利用，产物氯化氢全部回收，降低了处理费用，减少了废酸量，减少了对环境的污染。
3、本工艺生产成本约3000元/吨(气相法白炭黑生产成本一般在8000元/吨以上)，生产成本低、用途广泛、市场容量大。
(四)附图说明
图1为本发明四氯化硅生产沉淀白炭黑的工艺流程简图。
(五)具体实施方式：
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
在反应釜中加入60L质量浓度为29％的盐酸溶液，加入3.6g十二烷基苯磺酸钠分散剂，充分搅拌均匀，在夹套中通入蒸汽进行加热，温度控制在40℃。将四氯化硅缓慢加入反应釜中，控制四氯化硅流量在0.8m3/h，加入过程中随时调整冷却水量，控制釜内温度在41-45℃。反应中产生的氯化氢气体通过过滤、吸附、分离等装置处理后，合格的氯化氢送PVC或三氯氢硅生产装置使用，不合格的氯化氢用水吸收后补充到母液储罐；在反应过程中连续取样分析氯化氢的纯度，当氯化氢纯度≥95％时可全部回收，当氯化氢纯度≤94％时说明四氯化硅与水的反应缓慢或基本结束。在四氯化硅反应结束后，将料液排至过滤设备内进行过滤分离和洗涤，母液水送入母液储罐，洗涤水送至洗水储罐作为母液补充水，过滤洗涤后的浆料通过造粒、干燥得到沉淀白炭黑。
实施例2
在反应釜中加入60L质量浓度为31％的盐酸溶液，加入4.8g十六烷基三甲基溴化铵分散剂，充分搅拌均匀，在夹套中通入蒸汽进行加热，温度控制在38℃。将四氯化硅缓慢加入反应釜中，控制四氯化硅流量在1.0m3/h，加入过程中随时调整冷却水量，控制釜内温度在36-40℃。反应中产生的氯化氢气体通过过滤、吸附、分离等装置处理后，合格的氯化氢送PVC或三氯氢硅生产装置使用，不合格的氯化氢用水吸收后补充到母液储罐；在反应过程中连续取样分析氯化氢的纯度，当氯化氢纯度≥95％时可全部回收，当氯化氢纯度≤94％时说明四氯化硅与水的反应缓慢或基本结束。在四氯化硅反应结束后，将料液排至过滤设备内进行过滤分离和洗涤，母液水送入母液储罐，洗涤水送至洗水储罐作为母液补充水，过滤洗涤后的浆料通过造粒、干燥得到沉淀白炭黑。
实施例3
在反应釜中加入60L质量浓度为33％的盐酸溶液，加入7.2g十六烷基三甲基溴化铵分散剂，充分搅拌均匀，在夹套中通入蒸汽进行加热，温度控制在32℃。将四氯化硅缓慢加入反应釜中，控制四氯化硅流量在1.2m3/h，加入过程中随时调整冷却水量，控制釜内温度在28-34℃。反应中产生的氯化氢气体通过过滤、吸附、分离等装置处理后，合格的氯化氢送PVC或三氯氢硅生产装置使用，不合格的氯化氢用水吸收后补充到母液储罐；在反应过程中连续取样分析氯化氢的纯度，当氯化氢纯度≥95％时可全部回收，当氯化氢纯度≤94％时说明四氯化硅与水的反应缓慢或基本结束。在四氯化硅反应结束后，将料液排至过滤设备内进行过滤分离和洗涤，母液水送入母液储罐，洗涤水送至洗水储罐作为母液补充水，过滤洗涤后的浆料通过造粒、干燥得到沉淀白炭黑。
以下是实施例1获得沉淀白炭黑产品与行业标准HG/T 3061-1999的比较，可见完全符合行业标准。
表1
  项目   行标指标   实施例1数据
  二氧化硅含量，％ ≥颜色筛余物(45μm)％  ≤加热减量，％灼烧减量，％     ≤PH值DBP吸收值，cm3/g拉伸强度，Mpa    ≥扯断伸长率，％   ≥500％定伸应力，Mpa ≥总铜含量，mg/kg    ≤总锰含量，mg/kg    ≤总铁含量，mg/kg    ≤   90优于、等于标样0.54.0～8.07.05.0～8.02.0～3.517.06756.330501000   92.3合格0.46.84.66.52.518.57156.61822266

Claims (2)

1.四氯化硅生产沉淀白炭黑的工艺，其特征在于，所述的四氯化硅为三氯氢硅行业副产的四氯化硅，将四氯化硅加入到含有分散剂的质量浓度为29-33％的盐酸水溶液中，分散剂的浓度为0.03～0.12g/L，四氯化硅通入量控制在0.8-1.2m3/h，控制温度在28-45℃进行反应生成硅溶胶和氯化氢气体，氯化氢气体进行回收，硅溶胶经过静置陈化形成胶状的白色絮状沉淀，将沉淀进行过滤分离、洗涤，然后再进行造粒、干燥，得到沉淀白炭黑；所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钠或OP系列分散剂。
2.如权利要求1所述的四氯化硅生产沉淀白炭黑的工艺，其特征在于，生成的氯化氢气体回收用于生产PVC或三氯氢硅。 
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