CN102616791B - 用硅藻质粘土原位制备白炭黑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用硅藻质粘土原位制备白炭黑的方法，属于化工领域。本发明所要解决的技术问题是提供一种用硅藻质粘土原位制备白炭黑的方法，该方法无需针对矿石进行提纯，该方法包括如下步骤：a、硅酸钠玻璃液的制备：将硅藻质粘土粉碎，加入氢氧化钠和水搅拌并煮沸反应，之后冷却陈化、过滤，制得硅酸钠玻璃液；b、白炭黑混合液的制备：向硅酸钠玻璃液中加入少量硫酸钠混合搅拌，再用硫酸溶液对硅酸钠玻璃液进行沉析制得白炭黑混合液；c、白炭黑的制备：将白炭黑混合液加热进行老化处理，然后洗涤、过滤、烘干制得白炭黑。本发明用硅藻质粘土直接制备白炭黑，利用碱性热反应，二氧化硅和杂质分离，无需针对矿石进行进一步提纯，过程简单。
Description
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种用硅藻质粘土原位制备白炭黑的方法。
背景技术
硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由古代硅藻遗体组成，其化学成份主要是SiO2，含有少量Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有机质。SiO2通常占80％以上，最高可达94％。优质硅藻土的氧化铁含量一般为1～1.5％，氧化铝含量为3～6％。硅藻土的矿物成份主要是蛋白石及其变种，其次是粘土矿物-水云母、高岭石和矿物碎屑。矿物碎屑有石英、长石、黑云母及有机质等。有机物含量从微量到30％以上。
硅藻土主要分布在中国、美国、丹麦、法国、苏联、罗马尼亚等国。我国硅藻土储量3.2亿吨，远景储量达20多亿吨，主要集中在华东及东北地区，其中规模较大，工作做得较多的有吉林、浙江、云南、山东、四川等省，分布虽广，但优质土仅集中于吉林长白地区，其他地区大多矿床由于杂质含量高，不能直接深加工利用。
硅藻质粘土是硅藻土中的一种，四川硅藻质粘土资源主要集中在米易县境内，包括回汉沟、新民村和沙坝等矿床。均为陆相湖泊沉积矿床，形成于新第三纪。含矿地层为昔格达组，主要矿石有硅藻土岩和含硅藻粘土岩两种。米易硅藻质粘土具有以下特点：(1)硅藻种属好，以园筛藻、小园藻为主，其次为直链藻，硅藻体在3～40μm，硅藻孔均匀；(2)矿石SiO2含量低，是国内已发现硅藻土中SiO2含量最低矿石之一，介于55％～60％；(3)Fe2O3和Al2O3等有害杂质含量高，其中Fe2O3含量为6％～10％；Al2O3含量达14％～17％；(4)矿石矿物组成复杂，粘土类及碎屑矿物含量高，局部矿产综合利用研究详细测定，硅藻(42％)、石英、玉髓(20％)、伊利石(18％)、绿泥石(7％)、多水高岭石、角闪石类、针铁矿、磷灰石、有机物等；(5)矿石结构不均匀，硅藻粒度大多为3～45μm之间，伊利石、绿泥石、隐晶质玉髓等粘土矿物呈磷片状，微粒状集合体组成矿石基底，以石英、云母、长石、角闪石等粉砂质矿物分散于硅藻和基底矿物之间。分选异常困难；硅藻质粘土中铁多以二价铁形式赋存于矿物晶格之中，除铁提纯难度很大；(6)硅藻孔结构特征不好，堆密度大，孔体积小。米易硅藻质粘土质量较差，原矿分散粒度60～70目是比较合适选择。
硅藻土可以用于生产白炭黑，但是需要经过复杂的提纯工序。白炭黑是一种超细微具有活性的二氧化硅粒子，为胶体二氧化硅或水合二氧化硅，是一种重要的硅系无机精细化工原料。白炭黑具有与炭黑相似的补强性能，可用于透明和彩色橡胶制品，还可用作塑料制品、高档油漆、合成革、涂料、粘合剂、人造分子筛、合成树脂、白色珠光水泥及农药的掺和料，也是造纸颜料和化妆品、制药、制糖、电子等产品的填充料以及生产印刷油墨的消光剂、塑料薄膜的开口剂，是一种很有前途的精细化工产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用硅藻质粘土原位制备白炭黑的方法，该方法无需针对矿石进行提纯。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用硅藻质粘土原位制备白炭黑的方法，包括如下步骤：
a、硅酸钠玻璃液的制备：将硅藻质粘土粉碎，加入氢氧化钠和水搅拌并煮沸反应，之后冷却陈化、过滤，制得硅酸钠玻璃液；
b、白炭黑混合液的制备：向硅酸钠玻璃液中加入少量硫酸钠混合搅拌，再用硫酸溶液对硅酸钠玻璃液进行沉析制得白炭黑混合液；
c、白炭黑的制备：将白炭黑混合液加热进行老化处理，然后洗涤、过滤、烘干制得产品白炭黑。
所述冷却陈化是指通过自然冷却、静止使杂质沉淀的过程；冷却陈化能使反应程度增加，便于抽滤。所述老化是指达到反应终点以后，将白炭黑混合液通过恒温加热使体系中的白炭黑粒子均匀化，且能使白炭黑粒子聚集包裹的杂质慢慢浸出，提高白炭黑性能的过程。
其中，上述方法中所述硅藻质粘土按重量计，含SiO255～60％，Fe2O36～10％，Ai2O314～17％。
进一步的，上述方法步骤a中硅酸钠玻璃液制备的具体步骤为：将硅藻质粘土粉碎至60～70目，按重量配比：硅藻质粘土∶氢氧化钠∶水＝10∶6∶100的比例将硅藻质粘土、氢氧化钠和水混合搅拌均匀，煮沸1.3～1.5小时，之后常温冷却陈化1～1.2小时，过滤，制得模数为0.75～0.78的硅酸钠玻璃液。
再进一步的，上述方法步骤b中白炭黑混合液制备的具体步骤为：向每100ml硅酸钠玻璃液中加入1g硫酸钠混合搅拌，再用2mol/L的硫酸溶液对硅酸钠玻璃液进行沉析，沉析时搅拌，温度控制在70～80℃，用硫酸溶液滴定至pH为6～6.5时停止滴酸，制得白炭黑混合液。
更进一步的，上述方法步骤c中白炭黑制备的具体步骤为：将白炭黑混合液加热至80～100℃进行老化处理15～25min，然后洗涤过滤、在105～120℃的温度环境下烘干即得到产品白炭黑。
本发明的有益效果是：本发明所用硅藻质粘土资源主要分布在四川、云南两省，以第三纪和第四纪陆相湖泊沉积矿床为主，其产出条件好，埋藏浅，易于露采，有良好开发利用前景，但矿石质量特优不多。通过对分散性、原位条件试验结果分析，提出了碱性热反应、陈化过滤、水玻璃酸化沉析的方法，可有效提高产出效率。本发明应用原位工艺，即直接用硅藻质粘土制备白炭黑，不经过专门的选矿、提纯工序；用直接开采得到的硅藻质粘土经过碱性热反应，可使二氧化硅和杂质分离，过程简单，制备得到的白炭黑SiO2质量大于90％，体积平均粒度1～5μm，白度大于95％，比表面积大于173m2/g，吸DBP值大于2.87cm3/g。
附图说明
图1为本发明实施例一所得白炭黑XRD衍射图；
图2为本发明实施例一所得白炭黑电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
用硅藻质粘土原位制备白炭黑的方法，包括如下步骤：
a、硅酸钠玻璃液的制备：将硅藻质粘土粉碎，加入氢氧化钠和水搅拌并煮沸反应，之后冷却陈化、过滤，制得硅酸钠玻璃液；
b、白炭黑混合液的制备：向硅酸钠玻璃液中加入少量硫酸钠混合搅拌，再用硫酸溶液对硅酸钠玻璃液进行沉析制得白炭黑混合液；
c、白炭黑的制备：将白炭黑混合液加热进行老化处理，然后洗涤、过滤、烘干制得产品白炭黑。
本发明直接利用硅藻质粘土制备白炭黑的原位工艺，可减少专门针对硅藻质粘土进行提纯的工序，过程简单。生产得到的白炭黑质量好，从图1可以看出，白炭黑所含杂质少；从图2可以看出，白炭黑的分散性好，硬颗粒少，并且尺寸小。
其中，上述方法中所述硅藻质粘土按重量计，含SiO255～60％，Fe2O36～10％，Al2O314～17％。
进一步的，为了使制备得到的白炭黑质量更好，上述方法步骤a中硅酸钠玻璃液制备的具体步骤为：将硅藻质粘土粉碎至60～70目，按重量配比：硅藻质粘土∶氢氧化钠∶水＝10∶6∶100的比例将硅藻质粘土、氢氧化钠和水混合搅拌均匀，煮沸1.3～1.5小时，之后常温冷却陈化1～1.2小时，过滤，制得模数为0.75～0.78的硅酸钠玻璃液。
再进一步的，为了使制备得到的白炭黑质量更好，上述方法步骤b中白炭黑混合液制备的具体步骤为：向每100ml硅酸钠玻璃液中加入1g硫酸钠混合搅拌，再用2mol/L的硫酸溶液对硅酸钠玻璃液进行沉析，沉析时搅拌，温度控制在70～80℃，用硫酸溶液滴定至pH为6～6.5时停止滴酸，制得白炭黑混合液。
更进一步的，为了使制备得到的白炭黑质量更好，上述方法步骤c中白炭黑制备的具体步骤为：将白炭黑混合液加热至80～100℃进行老化处理15～25min，然后洗涤过滤、在105～120℃的温度环境下烘干即得到产品白炭黑。
下面通过实施例对本发明具体实施方式作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在实施例所述范围当中。
实施例一
将硅藻质粘土(按重量计含SiO259.07％，Fe3O36.32％，Al2O315.01％)10g粉碎至65目左右，以硅藻质粘土∶NaOH∶水＝10g∶6g∶100g，搅拌均匀，煮沸1.5h；常温冷却陈化1h，形成模数为0.76的硅酸钠玻璃液；用真空泵抽滤分离未碱溶的固体和硅酸钠玻璃液，其条件为转速：1400rad/min，120W，极限压力：6Pa，抽速1～1.1L/s，约：5～6min；在每100ml的硅酸钠玻璃液中加入1g硫酸钠，混合搅拌，用2mol/L的硫酸溶液对硅酸钠玻璃液进行沉析，温度75℃，转速600rad/min，时间约2h，滴定至PH为6.5时停止滴酸，将制备的白炭黑混合液在温度为85℃进行老化处理20min；放入1000ml烧杯中加入1000ml水对老化后的白炭黑洗涤两遍，抽滤，其条件为转速：1400rad/min，120W，极限压力：6Pa，抽速1～1.1L/s；洗涤后在105℃烘干，即得到白炭黑产品3.3208g，按干重量计含SiO292.39％，体积平均粒度2.36μm，白度为96％，比表面积189m2/g，吸DBP值为2.89cm3/g。实施例一制备得到的白炭黑的衍射图和电镜图如图1和图2所示，从图1可以看出，白炭黑所含杂质少；从图2可以看出，白炭黑的分散性好，硬颗粒少，并且尺寸小。
实施例二
将硅藻质粘土(按重量计含SiO259.07％，Fe2O36.32％，Al2O314.86％)10g粉碎至70目左右，以硅藻质粘土∶NaOH∶水＝10g∶6g∶100g，搅拌均匀，煮沸1.5h；常温冷却陈化1h，形成模数为0.75的硅酸钠玻璃液；用真空泵抽滤分离未碱溶的固体和硅酸钠玻璃液，其条件为转速：1400rad/min，120W，极限压力：6Pa，抽速1～1.1L/s，约：5～6min；在每100ml的硅酸钠玻璃液中加入1g硫酸钠，混合搅拌，用2mol/L的硫酸溶液对硅酸钠玻璃液进行沉析，温度70℃，转速600rad/min，时间约2h，滴定至PH为6.5时停止滴酸，将制备的白炭黑混合液在温度为90℃进行老化处理15min；放入1000ml烧杯中加入1000ml水对老化后的白炭黑洗涤两遍，抽滤，其条件为转速：1400rad/min，120W，极限压力：6Pa，抽速1～1.1L/s；洗涤后在105℃烘干，即得到白炭黑产品3.1667g，按干重量计含SiO291.67％，体积平均粒度3.84μm，白度为95％，比表面积181m2/g，吸DBP值为2.87cm3/g。
Claims (1)
1.用硅藻质粘土原位制备白炭黑的方法，其特征在于包括如下步骤：
a、硅酸钠玻璃液的制备：将硅藻质粘土粉碎至60～70目，按重量配比：硅藻质粘土︰氢氧化钠︰水＝10︰6︰100的比例将硅藻质粘土、氢氧化钠和水混合搅拌均匀，煮沸1.3～1.5小时，之后常温冷却陈化1～1.2小时，过滤，制得模数为0.75～0.78的硅酸钠玻璃液；所述硅藻质粘土按重量计，含SiO255～60％，Fe2O36～10％，Al2O314～17％；
b、白炭黑混合液的制备：向每100ml硅酸钠玻璃液中加入1g硫酸钠混合搅拌，再用2mol／L的硫酸溶液对硅酸钠玻璃液进行沉析，沉析时搅拌，温度控制在70～80℃，用硫酸溶液滴定至pH为6～6.5时停止滴酸，制得白炭黑混合液；
c、白炭黑的制备：将白炭黑混合液加热至80～100℃进行老化处理15～25min，然后洗涤过滤、在105～120℃的温度环境下烘干即得到产品白炭黑。
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