CN101759171A - 一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法，包括以下步骤：先配制5％重量浓度的水玻璃水溶液，加热搅拌升温至75～80℃，将30％～40％重量浓度的水玻璃和75％～85％磷酸按4∶1同时加入，控制反应温度在75～80℃，PH值在10～12，在强力搅拌下反应60分钟，熟化反应10分钟；然后加热升温到85～90℃，将30％～40％重量浓度的水玻璃和75％～85％磷酸按4∶1同时加入，控制反应PH值在8～10，温度在85～90℃，在强力搅拌下反应60～80分钟，熟化反应15分钟；接着升温到90～95℃，进行后酸化处理至PH值降到3～5，熟化反应10～30分钟；过滤洗涤、浓缩蒸发、聚合、粉碎、计量包装工序；白炭黑烘干、计量包装工序。本发明具有产品质量好且稳定、成本低的特点。

Description

一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体来说涉及一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法。

背景技术

三聚磷酸钠又称焦偏磷酸钠、三磷酸五钠，简称五钠或磷酸五钠，外观为白色粉末，表观密度为0.35-0.9g/cm³，熔点622℃，易溶于水，水溶液呈碱性。目前，世界上生产工艺有两种，热法工艺和湿法工艺。生产方法有：干燥聚合一步法和干燥聚合两步法。热法工艺原理：以热法磷酸和纯碱(烧碱)中和脱水缩聚而得，工艺成熟简单，分三个阶段进行。

第一阶段：磷酸与纯碱中和制取磷酸钠盐的混合溶液，其反应式为

6H₃PO₄+5Na₂CO₃＝4Na₂HPO₄+2NaH₂PO₄+5H₂O+5CO₂↑

第二阶段：正磷酸钠溶液中和度的调节控制。

第三阶段：正磷酸钠溶液干燥脱水、缩聚经过冷却、除尘、粉碎、计量包装即得三聚磷酸钠。其反应式：

4Na₂HPO₄+2NaH₂PO₄→2Na₄P2O₇+Na₂H₂P₂O₇+3H₂O

2Na₄P2O₇+Na₂H₂P₂O₇→2Na₅P₃O₁₀+H₂O

湿法工艺原理：以湿法磷酸和纯碱(烧碱)为原料生产而得。其生产系统包括湿法磷酸及其净化系统、磷酸和烧碱中和系统、浓缩系统、干燥聚合系统、尾气回收排放系统。工艺较为复杂，从磷酸脱氟、脱硫脱色、中和、精调、浓缩、干燥脱水、聚合经过冷却、除尘、粉碎、计量包装即得三聚磷酸钠。

现有的三聚磷酸钠的生产主要以热法工艺为主，湿法工艺存在湿法磷酸杂质多，净化工艺不成熟复杂，成本高，工艺路径长。其主要用作洗涤剂的添加剂。其主要不足在于：工艺传统，产品单一，成本高，磷酸和纯碱都只利用一次。

白炭黑即水合二氧化硅，是微细粉末状或超细粒子状的二氧化硅。高纯度者SiO2含量达99.8％，质轻，原始粒径＜0.0003mm，比重2.319～2.653，熔点1750℃。白炭黑现有的制造方法分三类：气相法、沉淀法和离解法。工业上的制备方法都是这三种方法的组合或改良。主要成分为二氧化硅(80％～95％)，系白色无定形粉状物，质轻而松散，不溶于水及酸，溶于氢氧化钠及氢氟酸。性能与炭黑相似，但呈白色。

离解法存在产品纯度不高，产量低，工艺路线长、制造成本高等不足，未被厂家大量选用。沉淀法白炭黑作为橡胶补强原材料，主要用于鞋类、轮胎和其它浅色橡胶制品。此外，在农药、饲料等行业中用做载体或流动剂；在牙膏中用做摩擦剂；在涂料行业中用做分散剂、抗沉降剂或消光剂等等。气相法白炭黑是硅橡胶的补强材料，也被用于涂料、油墨和塑料工业做分散剂、抗沉降剂或消光剂，还可在许多行业中做流动剂、吸附剂或载体等，但由于技术不成熟，产量低，价格昂贵，总的用量仅是沉淀法白炭黑的十分之一。

最为常用的沉淀法白炭黑主要的生产方法多半是用水玻璃和硫酸反应制取。其反应式：Na₂O·nSiO₂+H₂SO₄＝Na₂SO₄+nSiO₂↓+H₂O。其存在的不足：1、产品质量不稳定，滤饼中的硫酸根需要消耗大量的水洗涤才能达到指标，单位水耗高，产品易受污染。2、生产产生大量的硫酸钠水溶液，很大部分厂家未经严格处理就排放，环境污染大。3、白炭黑烘干热源主要是煤气或天然气，能源消耗大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产品质量好且稳定、成本低的三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法。

本发明一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法，包括以下步骤：

(1)中和工序

a、一段反应：先在中和槽内配制5％重量浓度的水玻璃水溶液，用蒸气直接加热搅拌升温至75～80℃，将30％～40％重量浓度的水玻璃和75％～85％磷酸按4∶1同时加入中和槽，同时控制反应温度在75～80℃，PH值在10～12，在强力搅拌下反应60分钟，熟化反应10分钟；

b、二段反应：一段熟化反应结束后，加热升温到85～90℃，将30％～40％重量浓度的水玻璃和75％～85％磷酸按4∶1同时加入中和槽，控制反应PH值在8～10，反应温度在85～90℃，在强力搅拌下反应60～80分钟，熟化反应15分钟；

c、三段反应：二段熟化反应结束后，加热升温到90～95℃，用75％～85％重量浓度的磷酸进行后酸化处理，直到把反应溶液的PH值降到3～5，停止加酸，熟化反应10～30分钟，中和反应结束；

(2)过滤洗涤工序

把中和液固液分离进行强制洗涤，滤液、洗液全部回收浓缩蒸发作为生产三聚磷酸钠的中和液，滤饼进入白炭黑烘干工序；

(3)浓缩蒸发工序

将中和滤液、洗液通过三效降膜蒸发设备，把溶液浓度提高到40～52Be°，根据生产需要加磷酸或纯碱(液碱)调节浓缩液的钠磷比，供给三聚磷酸钠生产聚合工序使用；

(4)聚合工序

把调节好中和度的浓缩液，加入催化剂，在加压泵的作用下，机械喷雾到聚合炉内，用黄磷尾气作为聚合热源，控制温度在550～650℃，进行聚合脱水反应；

(5)粉碎、计量包装工序

将聚合反应得到的物料，通过滚筒冷却、旋风除尘、粉碎、筛分、计量包装得到三聚磷酸钠产品；

(6)白炭黑烘干、计量包装工序

将洗涤后的中和滤饼进行喷雾或闪蒸烘干，进行布袋除尘、计量包装即得白炭黑副产品。

上述的一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法，其中：磷酸采用热法磷酸。

上述的一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法，其中：烘干热源为洗涤净化好的黄磷尾气。

本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知，本方法生产三聚磷酸钠的同时联产白炭黑，生产的白炭黑产品质量稳定，不含硫酸根，能提高产品性能，扩大了使用范围。由于联产两种产品故降低了生产成本。同时实现了资源共生耦合、有效减少生产污染。改变传统白炭黑烘干方式，用多数三聚磷酸钠厂都有的黄磷生产线上的黄磷尾气作为产品烘干热源，进一点降低生产成本的同时实现节能减排、达到循环经济的目的；选用热法磷酸是因其质量好，对设备腐蚀小，产品品质稳定，不会被污染。

具体实施方式

实施例1

一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法，包括以下步骤：

(1)中和工序

a、一段反应：先在中和槽内配制5％重量浓度的水玻璃水溶液，用蒸气直接加热搅拌升温至75～80℃，将30％重量浓度的水玻璃和85％重量浓度热法磷酸按4∶1同时加入中和槽，同时控制反应温度在75～80℃，PH值在10，在强力搅拌下反应60分钟，熟化反应10分钟；

b、二段反应：一段熟化反应结束后，加热升温到85～90℃，将30％重量浓度的水玻璃和85％热法磷酸按4∶1同时加入中和槽，控制反应PH值在8，反应温度在85～90℃，在强力搅拌下反应60分钟，熟化反应15分钟；

c、三段反应：二段熟化反应结束后，加热升温到90～95℃，用75％重量浓度的热法磷酸进行后酸化处理，直到把反应溶液的PH值降到3，停止加酸，熟化反应10分钟，中和反应结束；

(2)过滤洗涤工序

把中和液固液分离进行强制洗涤，滤液、洗液全部回收浓缩蒸发作为生产三聚热法磷酸钠的中和液，滤饼进入白炭黑烘干工序；

(3)浓缩蒸发工序

将中和滤液、洗液通过三效降膜蒸发设备，把溶液浓度提高到40～52Be°，根据生产需要加热法磷酸或纯碱(液碱)调节浓缩液的钠磷比，供给三聚磷酸钠生产聚合工序使用；

(4)聚合工序

把调节好中和度的浓缩液，加入催化剂，在加压泵的作用下，机械喷雾到聚合炉内，用黄磷尾气作为聚合热源，控制温度在550～650℃，进行聚合脱水反应；

(5)粉碎、计量包装工序

将聚合反应得到的物料，通过滚筒冷却、旋风除尘、粉碎、筛分、计量包装得到三聚磷酸钠产品；

(6)白炭黑烘干、计量包装工序

将洗涤后的中和滤饼进行喷雾或闪蒸干燥(烘干)，进行布袋除尘、计量包装即得白炭黑副产品。

实施例2

一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法，包括以下步骤：

(1)中和工序

a、一段反应：先在中和槽内配制5％重量浓度的水玻璃水溶液，用蒸气直接加热搅拌升温至75～80℃，将40％重量浓度的水玻璃和75％重量浓度磷酸按4∶1同时加入中和槽，同时控制反应温度在75～80℃，PH值在12，在强力搅拌下反应60分钟，熟化反应10分钟；

b、二段反应：一段熟化反应结束后，加热升温到85～90℃，将40％重量浓度的水玻璃和75％重量浓度磷酸按4∶1同时加入中和槽，控制反应PH值在10，反应温度在85～90℃，在强力搅拌下反应80分钟，熟化反应15分钟；

c、三段反应：二段熟化反应结束后，加热升温到90～95℃，用85％重量浓度的磷酸进行后酸化处理，直到把反应溶液的PH值降到5，停止加酸，熟化反应30分钟，中和反应结束；

(2)过滤洗涤工序

把中和液固液分离进行强制洗涤，滤液、洗液全部回收浓缩蒸发作为生产三聚磷酸钠的中和液，滤饼进入白炭黑烘干工序；

(3)浓缩蒸发工序

将中和滤液、洗液通过三效降膜蒸发设备，把溶液浓度提高到40～52Be°，根据生产需要加磷酸或纯碱(液碱)调节浓缩液的钠磷比，供给三聚磷酸钠生产聚合工序使用。

(4)聚合工序把调节好中和度的浓缩液，加入催化剂，在加压泵的作用下，机械喷雾到聚合炉内，用黄磷尾气作为聚合热源，控制温度在550～650℃，进行聚合脱水反应。

(5)粉碎、计量包装工序

将聚合反应得到的物料，通过滚筒冷却、旋风除尘、粉碎、筛分、计量包装得到三聚磷酸钠产品；

(6)白炭黑烘干、计量包装工序

用洗涤净化好的黄磷尾气作为烘干热源，将洗涤后的中和滤饼进行喷雾或闪蒸干燥，进行布袋除尘、计量包装即得白炭黑副产品。

实施例3

一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法，包括以下步骤：

(1)中和工序

a、一段反应：先在中和槽内配制5％重量浓度的水玻璃水溶液，用蒸气直接加热搅拌升温至75～80℃，将35％重量浓度的水玻璃和80％磷酸按4∶1同时加入中和槽，同时控制反应温度在75～80℃，PH值在11，在强力搅拌下反应60分钟，熟化反应10分钟；

b、二段反应：一段熟化反应结束后，加热升温到85～90℃，将35％重量浓度的水玻璃和80％磷酸按4∶1同时加入中和槽，控制反应PH值在9，反应温度在85～90℃，在强力搅拌下反应70分钟，熟化反应15分钟；

c、三段反应：二段熟化反应结束后，加热升温到90～95℃，用80％重量浓度的磷酸进行后酸化处理，直到把反应溶液的PH值降到4，停止加酸，熟化反应20分钟，中和反应结束；

(2)过滤洗涤工序

把中和液固液分离进行强制洗涤，滤液、洗液全部回收浓缩蒸发作为生产三聚磷酸钠的中和液，滤饼进入白炭黑烘干工序；

(3)浓缩蒸发工序

将中和滤液、洗液通过三效降膜蒸发设备，把溶液浓度提高到40～52Be°，根据生产需要加磷酸或纯碱(液碱)调节浓缩液的钠磷比，供给三聚磷酸钠生产聚合工序使用。

(4)聚合工序把调节好中和度的浓缩液，加入催化剂，在加压泵的作用下，机械喷雾到聚合炉内，用黄磷尾气作为聚合热源，控制温度在550～650℃，进行聚合脱水反应。

(5)粉碎、计量包装工序

将聚合反应得到的物料，通过滚筒冷却、旋风除尘、粉碎、筛分、计量包装得到三聚磷酸钠产品；

(6)白炭黑烘干、计量包装工序

用洗涤净化好的黄磷尾气(三聚磷酸钠生产厂家一般都配得有黄磷生产线)作为烘干热源，将洗涤后的中和滤饼进行喷雾或闪蒸干燥，进行布袋除尘、计量包装即得白炭黑副产品。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法，包括以下步骤：

(1)中和工序

a、一段反应：先在中和槽内配制5％重量浓度的水玻璃水溶液，用蒸气直接加热搅拌升温至75～80℃，将30％～40％重量浓度的水玻璃和75％～85％磷酸按4∶1同时加入中和槽，同时控制反应温度在75～80℃，PH值在10～12，在强力搅拌下反应60分钟，熟化反应10分钟；

b、二段反应：一段熟化反应结束后，加热升温到85～90℃，将30％～40％重量浓度的水玻璃和75％～85％磷酸按4∶1同时加入中和槽，控制反应PH值在8～10，反应温度在85～90℃，在强力搅拌下反应60～80分钟，熟化反应15分钟；

c、三段反应：二段熟化反应结束后，加热升温到90～95℃，用75％～85％重量浓度的磷酸进行后酸化处理，直到把反应溶液的PH值降到3～5，停止加酸，熟化反应10～30分钟，中和反应结束；

(2)过滤洗涤工序

把中和液固液分离进行强制洗涤，滤液、洗液全部回收浓缩蒸发作为生产三聚磷酸钠的中和液，滤饼进入白炭黑烘干工序；

(3)浓缩蒸发工序

将中和滤液、洗液通过三效降膜蒸发设备，把溶液浓度提高到40～52Be°，根据生产需要加磷酸或纯碱调节浓缩液的钠磷比，供给三聚磷酸钠生产聚合工序使用；

(4)聚合工序

把调节好中和度的浓缩液，加入催化剂，在加压泵的作用下，机械喷雾到聚合炉内，用黄磷尾气作为聚合热源，控制温度在550～650℃，进行聚合脱水反应；

(5)粉碎、计量包装工序

将聚合反应得到的物料，通过滚筒冷却、旋风除尘、粉碎、筛分、计量包装得到三聚磷酸钠产品；

(6)白炭黑烘干、计量包装工序

将洗涤后的中和滤饼进行喷雾或闪蒸烘干，进行布袋除尘、计量包装即得白炭黑副产品。

2.如权利要求1所述的一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法，其中：磷酸采用热法磷酸。

3.如权利要求1或2所述的一种三聚磷酸钠联产白炭黑的制备方法，其中：烘干热源为洗涤净化好的黄磷尾气。