CN102502662B - 利用生产钒铁的废渣制备沉淀白炭黑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用生产钒铁的废渣制备沉淀白炭黑的方法。其方法步骤依次为:1)原料选制:将钒铁工业废渣采取风选方法排除废渣中粗、重杂物,提取比重≤3.1、粒径≤40目的SiO2及Ca(OH)2等物质;2)酸解:用工业盐酸酸解,控制PH≤4.0,酸解时间为2小时;3)过滤洗涤:过滤酸解液,将滤饼洗涤至PH=5.0~8.0,滤液返氯化钙制备系统;4)干燥:滤饼洗涤脱水后进入气流干燥系统干燥,气流干燥的进气温度≥180℃,出口温度≤100℃,干燥后得到沉淀白炭黑产品,产品白色粉末,二氧化硅含量≥90%,符合GB10517-89《橡胶配合剂沉淀水合二氧化硅技术条件》所列的各项技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业废渣制备沉淀白炭黑的制备方法。
背景技术
沉淀二氧化硅,俗称白炭黑,又称水合硅酸、轻质二氧化硅,分子式为SiO2·nH2O,外观为白色高度分散无定形粉末,也有加工成颗粒状。沉淀二氧化硅不溶于水及绝大多数酸,耐高温不易分解,化学性能稳定,比重2.319~2.653,是一种极为重要的工业原料,广泛应用于橡胶、塑料的填充补强剂、油墨增稠剂、油漆涂料添加剂、合成润滑脂和硅脂稠化剂、制革业平光剂、农药分散剂、造纸填充剂、合成树脂(聚脂树脂、弹性聚氨脂)的添加剂、电子电气业绝缘隔热填料及日用化工原料等领域。由于制造方法的不同,白炭黑的物化性质,微观结构均有所差异,故其应用领域及应用效果也有所差异。超细白炭黑作为橡胶补强剂可提高硫化橡胶制品的抗张强度、硬度、曲挠、撕裂、磨耗、耐老化性能,是浅色、彩色及透明橡胶制品不可缺少的优质补强填充剂,广泛用作彩色雨鞋、运动鞋、透明胶鞋底、轮胎、胶辊、电缆等的补强;作为塑料硬制品的补强剂可提高其耐蚀性、耐候性和流平性。据报道,中国对白炭黑的需求将以每年8%~10%的速度快速增加。
白炭黑的主要生产工艺有四氯化硅高温水解法和硅酸钠酸解沉淀法两大类。四氯化硅高温水解法投资大,产品成本高,产品质量好,产品档次高,适用不同要求的高端领域和范围。硅酸钠酸解沉淀法——俗称沉淀法。其工艺大体上是先采用燃油或燃气在高温下将石英砂与纯碱反应制得硅酸钠溶液,即工业水玻璃,工业水玻璃用水配制成一定浓度的稀溶液,然后在一定条件下加入某种酸,使二氧化硅沉淀出来,再经洗涤、过滤、干燥、粉碎制得沉淀二氧化硅,即沉淀白炭黑。沉淀法中又分酸法、溶胶法、碳化法等不同具体方法,但其制备原理未变。我国沉淀法主要采用酸法,酸法是将可溶性硅酸盐与酸一起反应,当反应到达某一PH值时停止加酸,进行陈化,然后过滤,洗涤脱除Na+后,送干燥粉碎包装得产品。
钒铁是钒和铁组合成的合金。为提高炼制钢材的强度、韧性、延展性和耐温性,钒铁合金是其必备的炼制添加助剂,是一种重要的钢材冶炼助剂。
钒铁的制备方法(≤60的钒铁):用片状五氧化二钒和75%硅铁与石灰在电弧炉中经1800℃左右流态化还原、精炼2个阶段可制得所要求的合格产品——钒铁。
取出钒铁产品后剩余部分为钒铁废渣,该废渣量是钒铁产量的4.5倍左右,即生产一吨钒铁产生4.5吨左右的废渣,该废渣主要成份为CaO、SiO2及少量的Al2O3、MgO和钒铁等物质。
该废渣成份:
名称 | 二氧化硅 | 氧化钙 | 三氧化二铝 | 氧化镁 | 其它 |
份数% | 34.60 | 53.08 | 1.70 | 9.98 | 0.64 |
2011年我国钒铁总装置生产能力为5万吨左右/年,年实际生产量4万吨/年左右,产生该废渣18万吨/年左右。除极少数用于修路垫路基外,90%以上是挖坑填埋,如长期这样采用填埋处理方式,既浪费资源,又污染环境,也占用土地,是与节能减排、资源有效利用,自然和谐发展格格不入的,与当前科学发展是相违背的。
发明内容
本发明目的旨在提供一种利用生产钒铁的废渣制备沉淀白炭黑的方法。利用物理、化学手段将钒铁废渣充分循环利用,综合开发,将该废渣转化为有效资源,消除污染,消除浪费,节约土地资源,使其达到资源价值最大化。
为实现上述目的,本发明从电弧炉中取出钒铁废渣后,让其自然冷却散化,散化过程中氧化钙与空气接触伴随着
CaO+H2O→Ca(OH)2、CaO+CO2→CaCO3的反应进行,该反应对制备沉淀白炭黑无甚影响。
利用散化后的钒铁废渣制备沉淀白炭黑,其工艺过程如下:
1)原料选制:将钒铁工业废渣采取重力学方法选制,完全排除废渣中的粗、重杂物(钒铁等),以免进入下工序影响沉淀白炭黑的生产和产品质量,提取比重≤3.1、粒径≤40目的SiO2及Ca(OH)2等物质;
2)酸解:用盐酸酸解,控制PH≤4.0,酸解时间≥2小时,酸解温度≤80℃;
3)过滤洗涤:过滤酸解液,将滤饼洗涤至PH=5.0~8.0,滤液反氯化钙制备系统;
4)干燥:滤饼洗涤脱水后进入气流干燥系统干燥,气流干燥的进气温度≥180℃,出口温度≤100℃,干燥后得到沉淀白炭黑产品,产品白色粉末,二氧化硅含量≥90%。
本发明步骤1)中,所述的重力学方法选制,是通过风选方法选制。
本发明步骤2)中,所述的盐酸酸解是用工业盐酸酸解。
本发明与硅酸钠酸解沉淀法比较,具有三大明显优点:①投资少。无需电弧炉及其电气系统和硅酸钠溶液制配系统;②成本低。除使用盐酸外,基本无需其它资源的投入,是硅酸钠酸解沉淀法生产成本的1/3、气相法成本的1/5左右;③治理三废,节约资源,利于环境。是将生产钒铁废弃的废渣通过选制后加入盐酸转化为沉淀白炭黑和氯化钙(本发明未注释氯化钙的生产)。
附图说明
图1是本发明的利用生产钒铁的废渣制备沉淀白炭黑的工艺过程图
其过程是,电弧炉中出来的钒铁废渣,让其自然冷却散化后,选排重粗物质并回收钒铁,提取比重≤3.1的物质,用工业盐酸酸解,过滤酸解液,滤液返氯化钙制备系统,滤饼洗涤后干燥、粉碎得沉淀白炭黑产品。
具体实施方式
实施例1
按图1所述工艺过程,电弧炉中出来的钒铁废渣,让其自然冷却散化后,风选排去重、粗杂物,提取比重≤3.1,粒径≤40目的SiO2及Ca(OH)2等精制废渣粉,用工业盐酸在酸解釜控制PH≤3,温度75±5℃,进行2小时酸解,然后过滤,滤液返氯化钙制备系统,滤饼用水洗涤至PH=7.0,而后进入气流干燥系统干燥得产品,气流干燥的进气温度≥180℃,出口温度≤100℃。
其产品物化性能为:
二氧化硅含量95.2wt%,筛余物(45um)0,
加热减量1.3wt%,灼烧减量3.03wt%,
PH值6-8,总含铜量0.12mg/kg,
总含锰量3mg/kg,总含铁量200mg/kg,
邻笨二甲酸二丁酯吸收值2.00cm3/g。
实施例2
按图1所述工艺过程,电弧炉中出来的钒铁废渣,让其自然冷却散化后,风选排去重、粗杂物,提取比重≤3.1,粒径≤40目的SiO2及Ca(OH)2等精制废渣粉,用工业盐酸在酸解釜控制PH≤4,温度65±5℃,进行2小时酸解,然后过滤,滤液返氯化钙制备系统,滤饼用水洗涤至PH=6.0,而后进入气流干燥系统干燥得产品,气流干燥的进气温度≥180℃,出口温度≤100℃。
其产品物化性能为:
二氧化硅含量93.6wt%,筛余物(45um)0,
加热减量2.3wt%,灼烧减量3.80wt%,
PH值6-8,总含铜量0.12mg/kg,
总含锰量3mg/kg,总含铁量200mg/kg,
邻笨二甲酸二丁酯吸收值2.00cm3/g。
以上两个实施例均符合GB10517-89《橡胶配合剂沉淀二氧化硅技术条件》所列的全部要求。
Claims (2)
1.一种利用钒铁工业废渣制备沉淀白炭黑的方法,其特征是,制备步骤依次如下:
1)原料选制:将钒铁工业废渣采取风选方法选制,完全排除废渣中粗、重杂物,提取比重≤3.1、粒径≤40目的SiO2及Ca(OH)2物质;
2)酸解:用盐酸酸解,控制 pH≤4.0,酸解时间≥2小时,酸解温度≤80℃;
3)过滤洗涤:过滤酸解液,将滤饼洗涤至PH=5.0~8.0,滤液返氯化钙制备系统;
4)干燥:滤饼洗涤脱水后进入气流干燥系统干燥,气流干燥的进气温度≥180℃,出口温度≤100℃,干燥后得到沉淀白炭黑产品,产品白色粉末,二氧化硅含量≥90%。
2.如权利要求1所述的利用钒铁工业废渣制备沉淀白炭黑的方法,其特征是,步骤2)所述的盐酸酸解是用工业盐酸酸解。
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