CN103771425B - 利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺。该工艺将稻壳灰先进行预处理，在与碱液反应生成水玻璃，水玻璃经熟化后与酸反应生成白炭黑，本发明工艺严谨科学，热能回收利用，节能环保，成品纯度高，白度高，具有良好的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体涉及利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺。
背景技术
稻壳灰主要来源于稻壳的燃烧和热解｡据统计中国目前的大米年产量已经超过了一亿八千万吨,约占全球年总产量的三分之一，居世界首位｡在稻米加工的过程中会有大量的稻壳产生,每吨稻谷能产生约 200kg 的稻壳｡这些稻壳由于其自然堆积密度小(约 120Kg/m3),给运输带来了极大的不便｡而另一方面,大部分的稻米加工企业并没有一个合理有效的工艺对稻壳进行利用,于是很多稻壳被当做农业
废弃物遭到了丢弃。
据统计,我国年产稻壳约4000万吨左右。稻壳具有一个很大的特点就是除了碳、氢、氧等元素外,它还富含硅。因此,如何合理高效地利用稻壳中的碳和硅,引起了国内外众多专家学者的重视。以稻壳灰作为原料制取白炭黑,不但成本低,而且不含有害杂质(如铅、砷),特别适合于食品、医药、化妆品、牙膏等领域市场潜力大。
稻壳燃烧后，稻壳灰中的二氧化硅含量可以完全达到90％以上，并且稻壳灰中的二氧化硅的结构为无定性水合二氧化硅而非晶形二氧化硅，具有很好的活性。
影响稻壳灰制备白炭黑的关键问题在于：一是如何去除稻壳中所含的无机金属杂质；二是如何使稻壳灰中的二氧化硅以最大限度的溶解出来。生成的谷壳灰中含有90％以上的无定型Si02。反应温度对Si02含量和性质有很大影响，若温度低，白炭黑成品白度不高，温度高于600℃，Si02就可能会由无定型结构变为晶态硅，二氧化硅就不容易和碱产生反应。
传统工艺中，因为生产工艺简单粗放，生产过程能耗大，杂质含量高，且产品白度和纯度不高，而影响产品特性的因素众多，且各因素之间互相作用，要想确保良好的产品品质，亟需探寻新的工艺手段，改良传统工艺方法，提升产品质量。
发明内容
本发明旨在解决现有技术存在的上述不足，目的是提供一种利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，该工艺工艺步骤严谨，层层递进，可有效去除稻壳灰和中间产物水玻璃中的金属杂质，有效提升稻壳灰中二氧化硅的溶出率，且成品白炭黑白度和纯度得以提升。
实现上述目的的技术方案是：
利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，具体工艺步骤如下：
A、稻壳灰的预处理：
将稻壳灰除杂后粉碎至100目，往稻壳灰中添加其质量8-13倍的水，并添加稻壳灰质量0.3-0.4%的复合螯合剂a，于35-50℃浸泡2-4h，再离心水洗，于400-550℃烘干得预处理后的稻壳灰备用；
其中复合螯合剂a由氨基三乙酸、N-羧乙基乙二胺三乙酸、氨基三亚甲基膦酸组成，且各组分质量比为，氨基三乙酸：N-羧乙基乙二胺三乙酸：氨基三亚甲基膦酸=2-3：1-1.5：0.5-1；
B、水玻璃的制备：
反应原理： SiO2+NaOH→Na2O.SiO2+H2O
将预处理后的稻壳灰与1-2mol/L的NaOH溶液按质量比1:3-4混匀，并在搅拌下加温至170-220℃，加压至0.6-0.9Mpa，反应2.5-3.5h，过滤即得液体水玻璃备用；
C、水玻璃的熟化：
将液体水玻璃输送至中转槽脱蒸汽，将脱除的热蒸汽通过管道通入水槽，加热水槽中的冷水，以使热量循环利用，并于液体水玻璃中添加其质量0.2-0.3%的复合螯合剂b，于100-120℃熟化40-60min得熟化后的水玻璃；
其中复合螯合剂b由柠檬酸钠、N-酰乙基乙二胺三乙酸组成，且各组分质量比为，柠檬酸钠：N-酰乙基乙二胺三乙酸 =1-2：2.5-3；
D、沉淀分离：
将熟化后的水玻璃降至85-95℃时，送至沉淀池，使水玻璃与炭分离，得水玻璃母液备用；
E、水玻璃的压滤：
将水玻璃母液经板框压滤机压滤得水玻璃滤饼备用，
F、白炭黑的制备：
Na2O.SiO2+H+ →SiO2.H2O+Na++H2O
在反应釜中加入稻壳灰质量0.6-1.2倍的水，搅拌下直接通蒸汽升温至60-80℃，同时加入质量比1.2-1.6:1的硫酸和水玻璃滤饼，控制硫酸的流量260-330m3/h，水玻璃的流量220-260m3/h，待计量好的水玻璃加完之后，调节pH值到3.5-4.5，通蒸汽升温至81-96℃熟化1-3h，放料入冷却槽，经压滤机过滤、洗涤得白炭黑滤饼；
G、白炭黑的干燥：
将白炭黑滤饼浆化后，经旋转闪蒸干燥机干燥，控制干燥时间120-150min，热风进口温度370-450℃，尾气出口温度150-200℃，最后将干燥产物计量包装即得白炭黑成品。
所述的氨基三乙酸、N-羧乙基乙二胺三乙酸、氨基三亚甲基膦酸、柠檬酸钠、N-酰乙基乙二胺三乙酸购于成都贝斯特试剂有限公司。
本发明的优点：
1、
工艺严谨科学，层层递进，可高效制备产物；
2、
能源循环利用，环保安全；
3、
反应确定了复合螯合剂组方和配比；
4、
产物白炭黑纯度高，白度高，品质优良。
工艺试验过程中，二氧化硅的溶出率随着碱浓度的增大而增高,但当碱液浓度超过2mol/L后,其变化并不太显著，且模数随着加碱量的增大反而降低。随着碱浓度的增加,能够与稻壳灰中二氧化硅接触的碱量增加,二氧化硅溶出率增加,但溶液中碱的总量增加,导致水玻璃模数的下降。因此,要确保二氧化硅的溶出率与合适模数的水玻璃的平衡，碱液浓度的选择至关重要。
本发明对稻壳灰进行了预处理，对水玻璃也进行了熟化，并在两工艺中添加了不同配方的复合螯合剂，在稻壳灰预处理工艺中，我们选取复合螯合剂a，其可以与稻壳灰中的部分杂质金属离子发生反应,生成可溶性的大分子络合物,经水洗除去；而复合螯合剂b在水玻璃熟化过程中，可与水玻璃中的杂质金属离子发生络合反应，生产的产物不易被白炭黑粒子所包裹,从而减少对白炭黑沉淀纯度的影响,另一方面复合螯合剂b可以补充到溶液中与原溶液中的钠离子一起给溶液提供一定的离子强度,而对溶液中粒子周围形成双电层有利,从而减小粒子的粒径,增大产品纯度。白炭黑纯度随螯合剂加入量的增加先增加后减少;当加入的螯合剂的量较少时,可能因为螯合剂的量不足以螯合溶液中所有的金属离子,而使得部分杂质金属离子仍以小粒子形式存在,被留在粒子聚集体中;当加入的螯合剂的量较多时,由于加入的螯合剂的量已经超过了螯合杂质金属离子的量,且加入其中的阳离子也大大的增加,反而成为需要被从溶液中去除的部分,且不利于沉淀的洗涤,故螯合剂的加入量应该适宜。
本发明在传统工艺的基础上，增设稻壳灰预处理步骤，和水玻璃熟化步骤，并在两工艺过程中根据产品和螯合剂特性，辅以复合螯合剂，可有效除去稻壳灰和中间产物水玻璃中混有的杂质金属离子，从而有效提升产品纯度和白度，并降低金属杂质的含量。另外本发明有效回收反应过程中的热能，环保节能。
具体实施例
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，以助于理解本发明的内容。
实施例1：
利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，具体工艺步骤如下：
A、稻壳灰的预处理：
将稻壳灰除杂后粉碎至100目，往稻壳灰中添加其质量11倍的水，并添加稻壳灰质量0.34%的复合螯合剂a，于40℃浸泡3h，再离心水洗，于500℃烘干得预处理后的稻壳灰备用；
其中复合螯合剂a由氨基三乙酸、N-羧乙基乙二胺三乙酸、氨基三亚甲基膦酸组成，且各组分质量比为，氨基三乙酸：N-羧乙基乙二胺三乙酸：氨基三亚甲基膦酸=2.6：1.2：0.7；
B、水玻璃的制备：
反应原理： SiO2+NaOH→Na2O.SiO2+H2O
将预处理后的稻壳灰与1.4mol/L的NaOH溶液按质量比1:3.6混匀，并在搅拌下加温至190℃，加压至0.7Mpa，反应3.2h，过滤即得液体水玻璃备用；
C、水玻璃的熟化：
将液体水玻璃输送至中转槽脱蒸汽，将脱除的热蒸汽通过管道通入水槽，加热水槽中的冷水，以使热量循环利用，并于液体水玻璃中添加其质量0.27%的复合螯合剂b，于110℃熟化50min得熟化后的水玻璃；
其中复合螯合剂b由柠檬酸钠、N-酰乙基乙二胺三乙酸组成，且各组分质量比为，柠檬酸钠：N-酰乙基乙二胺三乙酸 =1.3：2.8；
D、沉淀分离：
将熟化后的水玻璃降至90℃时，送至沉淀池，使水玻璃与炭分离，得水玻璃母液备用；
E、水玻璃的压滤：
将水玻璃母液经板框压滤机压滤得水玻璃滤饼备用，
F、白炭黑的制备：
Na2O.SiO2+H+ →SiO2.H2O+Na++H2O
在反应釜中加入稻壳灰质量0.9倍的水，搅拌下直接通蒸汽升温至70℃，同时加入质量比1.4:1的硫酸和水玻璃滤饼，控制硫酸的流量290m3/h，水玻璃的流量240m3/h，待计量好的水玻璃加完之后，调节pH值到4，通蒸汽升温至92℃熟化2h，放料入冷却槽，经压滤机过滤、洗涤得白炭黑滤饼；
G、白炭黑的干燥：
将白炭黑滤饼浆化后，经旋转闪蒸干燥机干燥，控制干燥时间130min，热风进口温度410℃，尾气出口温度180℃，最后将干燥产物计量包装即得白炭黑成品。
实施例2
利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，具体工艺步骤如下：
A、稻壳灰的预处理：
将稻壳灰除杂后粉碎至100目，往稻壳灰中添加其质量8倍的水，并添加稻壳灰质量0.3%的复合螯合剂a，于35℃浸泡2h，再离心水洗，于400℃烘干得预处理后的稻壳灰备用；
其中复合螯合剂a由氨基三乙酸、N-羧乙基乙二胺三乙酸、氨基三亚甲基膦酸组成，且各组分质量比为，氨基三乙酸：N-羧乙基乙二胺三乙酸：氨基三亚甲基膦酸=2：1：0.5；
B、水玻璃的制备：
反应原理： SiO2+NaOH→Na2O.SiO2+H2O
将预处理后的稻壳灰与1mol/L的NaOH溶液按质量比1:3混匀，并在搅拌下加温至170℃，加压至0.6Mpa，反应2.5h，过滤即得液体水玻璃备用；
C、水玻璃的熟化：
将液体水玻璃输送至中转槽脱蒸汽，将脱除的热蒸汽通过管道通入水槽，加热水槽中的冷水，以使热量循环利用，并于液体水玻璃中添加其质量0.2%的复合螯合剂b，于100℃熟化40min得熟化后的水玻璃；
其中复合螯合剂b由柠檬酸钠、N-酰乙基乙二胺三乙酸组成，且各组分质量比为，柠檬酸钠：N-酰乙基乙二胺三乙酸 =1：2.5；
D、沉淀分离：
将熟化后的水玻璃降至85℃时，送至沉淀池，使水玻璃与炭分离，得水玻璃母液备用；
E、水玻璃的压滤：
将水玻璃母液经板框压滤机压滤得水玻璃滤饼备用，
F、白炭黑的制备：
Na2O.SiO2+H+ →SiO2.H2O+Na++H2O
在反应釜中加入稻壳灰质量0.6倍的水，搅拌下直接通蒸汽升温至60℃，同时加入质量比1.2:1的硫酸和水玻璃滤饼，控制硫酸的流量260m3/h，水玻璃的流量220m3/h，待计量好的水玻璃加完之后，调节pH值到3.5，通蒸汽升温至81℃熟化1h，放料入冷却槽，经压滤机过滤、洗涤得白炭黑滤饼；
G、白炭黑的干燥：
将白炭黑滤饼浆化后，经旋转闪蒸干燥机干燥，控制干燥时间120min，热风进口温度370℃，尾气出口温度150℃，最后将干燥产物计量包装即得白炭黑成品。
实施例3
利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，具体工艺步骤如下：
A、稻壳灰的预处理：
将稻壳灰除杂后粉碎至100目，往稻壳灰中添加其质量13倍的水，并添加稻壳灰质量0.4%的复合螯合剂a，于50℃浸泡4h，再离心水洗，于550℃烘干得预处理后的稻壳灰备用；
其中复合螯合剂a由氨基三乙酸、N-羧乙基乙二胺三乙酸、氨基三亚甲基膦酸组成，且各组分质量比为，氨基三乙酸：N-羧乙基乙二胺三乙酸：氨基三亚甲基膦酸=3：1.5：1；
B、水玻璃的制备：
反应原理： SiO2+NaOH→Na2O.SiO2+H2O
将预处理后的稻壳灰与2mol/L的NaOH溶液按质量比1: 4混匀，并在搅拌下加温至220℃，加压至0.9Mpa，反应3.5h，过滤即得液体水玻璃备用；
C、水玻璃的熟化：
将液体水玻璃输送至中转槽脱蒸汽，将脱除的热蒸汽通过管道通入水槽，加热水槽中的冷水，以使热量循环利用，并于液体水玻璃中添加其质量0.3%的复合螯合剂b，于120℃熟化60min得熟化后的水玻璃；
其中复合螯合剂b由柠檬酸钠、N-酰乙基乙二胺三乙酸组成，且各组分质量比为，柠檬酸钠：N-酰乙基乙二胺三乙酸 =2：3；
D、沉淀分离：
将熟化后的水玻璃降至95℃时，送至沉淀池，使水玻璃与炭分离，得水玻璃母液备用；
E、水玻璃的压滤：
将水玻璃母液经板框压滤机压滤得水玻璃滤饼备用，
F、白炭黑的制备：
Na2O.SiO2+H+ →SiO2.H2O+Na++H2O
在反应釜中加入稻壳灰质量1.2倍的水，搅拌下直接通蒸汽升温至80℃，同时加入质量比1.6:1的硫酸和水玻璃滤饼，控制硫酸的流量330m3/h，水玻璃的流量260m3/h，待计量好的水玻璃加完之后，调节pH值到4.5，通蒸汽升温至96℃熟化3h，放料入冷却槽，经压滤机过滤、洗涤得白炭黑滤饼；
G、白炭黑的干燥：
将白炭黑滤饼浆化后，经旋转闪蒸干燥机干燥，控制干燥时间150min，热风进口温度450℃，尾气出口温度200℃，最后将干燥产物计量包装即得白炭黑成品。
实施例4
利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，具体工艺步骤如下：
A、稻壳灰的预处理：
将稻壳灰除杂后粉碎至100目，往稻壳灰中添加其质量6倍的水，并添加稻壳灰质量0.2%的复合螯合剂a，于30℃浸泡5h，再离心水洗，于350℃烘干得预处理后的稻壳灰备用；
其中复合螯合剂a由氨基三乙酸、N-羧乙基乙二胺三乙酸、氨基三亚甲基膦酸组成，且各组分质量比为，氨基三乙酸：N-羧乙基乙二胺三乙酸：氨基三亚甲基膦酸=1：0.7：0.3；
B、水玻璃的制备：
反应原理： SiO2+NaOH→Na2O.SiO2+H2O
将预处理后的稻壳灰与0.6mol/L的NaOH溶液按质量比1:2混匀，并在搅拌下加温至150℃，加压至0.4Mpa，反应2h，过滤即得液体水玻璃备用；
C、水玻璃的熟化：
将液体水玻璃输送至中转槽脱蒸汽，将脱除的热蒸汽通过管道通入水槽，加热水槽中的冷水，以使热量循环利用，并于液体水玻璃中添加其质量0.17%的复合螯合剂b，于80℃熟化30min得熟化后的水玻璃；
其中复合螯合剂b由柠檬酸钠、N-酰乙基乙二胺三乙酸组成，且各组分质量比为，柠檬酸钠：N-酰乙基乙二胺三乙酸 =1：2；
D、沉淀分离：
将熟化后的水玻璃降至75℃时，送至沉淀池，使水玻璃与炭分离，得水玻璃母液备用；
E、水玻璃的压滤：
将水玻璃母液经板框压滤机压滤得水玻璃滤饼备用，
F、白炭黑的制备：
Na2O.SiO2+H+ →SiO2.H2O+Na++H2O
在反应釜中加入稻壳灰质量0.5倍的水，搅拌下直接通蒸汽升温至50℃，同时加入质量比0.9:1的硫酸和水玻璃滤饼，控制硫酸的流量240m3/h，水玻璃的流量200m3/h，待计量好的水玻璃加完之后，调节pH值到3.0，通蒸汽升温至70℃熟化1h，放料入冷却槽，经压滤机过滤、洗涤得白炭黑滤饼；
G、白炭黑的干燥：
将白炭黑滤饼浆化后，经旋转闪蒸干燥机干燥，控制干燥时间100min，热风进口温度340℃，尾气出口温度130℃，最后将干燥产物计量包装即得白炭黑成品。
实施例5
利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，具体工艺步骤如下：
A、稻壳灰的预处理：
将稻壳灰除杂后粉碎至100目，往稻壳灰中添加其质量15倍的水，并添加稻壳灰质量0.45%的复合螯合剂a，于55℃浸泡5h，再离心水洗，于600℃烘干得预处理后的稻壳灰备用；
其中复合螯合剂a由氨基三乙酸、N-羧乙基乙二胺三乙酸、氨基三亚甲基膦酸组成，且各组分质量比为，氨基三乙酸：N-羧乙基乙二胺三乙酸：氨基三亚甲基膦酸=3.5：2：1.5；
B、水玻璃的制备：
反应原理： SiO2+NaOH→Na2O.SiO2+H2O
将预处理后的稻壳灰与2.2mol/L的NaOH溶液按质量比1:4.3混匀，并在搅拌下加温至240℃，加压至1.1Mpa，反应3.7h，过滤即得液体水玻璃备用；
C、水玻璃的熟化：
将液体水玻璃输送至中转槽脱蒸汽，将脱除的热蒸汽通过管道通入水槽，加热水槽中的冷水，以使热量循环利用，并于液体水玻璃中添加其质量0.35%的复合螯合剂b，于130℃熟化70min得熟化后的水玻璃；
其中复合螯合剂b由柠檬酸钠、N-酰乙基乙二胺三乙酸组成，且各组分质量比为，柠檬酸钠：N-酰乙基乙二胺三乙酸 =1：3；
D、沉淀分离：
将熟化后的水玻璃降至100℃时，送至沉淀池，使水玻璃与炭分离，得水玻璃母液备用；
E、水玻璃的压滤：
将水玻璃母液经板框压滤机压滤得水玻璃滤饼备用，
F、白炭黑的制备：
Na2O.SiO2+H+ →SiO2.H2O+Na++H2O
在反应釜中加入稻壳灰质量1.5倍的水，搅拌下直接通蒸汽升温至90℃，同时加入质量比1.8:1的硫酸和水玻璃滤饼，控制硫酸的流量350m3/h，水玻璃的流量320m3/h，待计量好的水玻璃加完之后，调节pH值到5，通蒸汽升温至100℃熟化3.5h，放料入冷却槽，经压滤机过滤、洗涤得白炭黑滤饼；
G、白炭黑的干燥：
将白炭黑滤饼浆化后，经旋转闪蒸干燥机干燥，控制干燥时间170min，热风进口温度470℃，尾气出口温度240℃，最后将干燥产物计量包装即得白炭黑成品。
对比例1
利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，具体工艺步骤如下：
A、稻壳灰的预处理：
将稻壳灰除杂后粉碎至100目，往稻壳灰中添加其质量11倍的水，并添加稻壳灰质量0.34%的复合螯合剂a，于40℃浸泡3h，再离心水洗，于500℃烘干得预处理后的稻壳灰备用；
其中复合螯合剂a由乙二胺四乙酸三钠、柠檬酸钠、氨基三亚甲基膦酸组成，且各组分质量比为，乙二胺四乙酸三钠：柠檬酸钠：氨基三亚甲基膦酸=2.6：1.2：0.7；
B、水玻璃的制备：
反应原理： SiO2+NaOH→Na2O.SiO2+H2O
将预处理后的稻壳灰与1.4mol/L的NaOH溶液按质量比1:3.6混匀，并在搅拌下加温至190℃，加压至0.7Mpa，反应3.2h，过滤即得液体水玻璃备用；
C、水玻璃的熟化：
将液体水玻璃输送至中转槽脱蒸汽，将脱除的热蒸汽通过管道通入水槽，加热水槽中的冷水，以使热量循环利用，并于液体水玻璃中添加其质量0.27%的复合螯合剂b，于110℃熟化50min得熟化后的水玻璃；
其中复合螯合剂b由葡萄糖酸钠、N-酰乙基乙二胺三乙酸组成，且各组分质量比为，葡萄糖酸钠：N-酰乙基乙二胺三乙酸 =1.3：2.8；
D、沉淀分离：
将熟化后的水玻璃降至90℃时，送至沉淀池，使水玻璃与炭分离，得水玻璃母液备用；
E、水玻璃的压滤：
将水玻璃母液经板框压滤机压滤得水玻璃滤饼备用，
F、白炭黑的制备：
Na2O.SiO2+H+ →SiO2.H2O+Na++H2O
在反应釜中加入稻壳灰质量0.9倍的水，搅拌下直接通蒸汽升温至70℃，同时加入质量比1.4:1的硫酸和水玻璃滤饼，控制硫酸的流量290m3/h，水玻璃的流量240m3/h，待计量好的水玻璃加完之后，调节pH值到4，通蒸汽升温至92℃熟化2h，放料入冷却槽，经压滤机过滤、洗涤得白炭黑滤饼；
G、白炭黑的干燥：
将白炭黑滤饼浆化后，经旋转闪蒸干燥机干燥，控制干燥时间130min，热风进口温度410℃，尾气出口温度180℃，最后将干燥产物计量包装即得白炭黑成品。
对比例2
利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，具体工艺步骤如下：
A、水玻璃的制备：
反应原理： SiO2+NaOH→Na2O.SiO2+H2O
将预处理后的稻壳灰与1.4mol/L的NaOH溶液按质量比1:3.6混匀，并在搅拌下加温至190℃，加压至0.7Mpa，反应3.2h，过滤即得液体水玻璃备用；
B、水玻璃的熟化：
将液体水玻璃输送至中转槽脱蒸汽，将脱除的热蒸汽通过管道通入水槽，加热水槽中的冷水，以使热量循环利用，并于液体水玻璃中添加其质量0.61%的复合螯合剂b，于110℃熟化50min得熟化后的水玻璃；
其中复合螯合剂C由氨基三乙酸、N-羧乙基乙二胺三乙酸、氨基三亚甲基膦酸、柠檬酸钠、N-酰乙基乙二胺三乙酸组成，且各组分质量比为，氨基三乙酸:N-羧乙基乙二胺三乙酸:氨基三亚甲基膦酸:柠檬酸钠：N-酰乙基乙二胺三乙酸 =2.6:1.2:0.7：1.3：2.8；
C、沉淀分离：
将熟化后的水玻璃降至90℃时，送至沉淀池，使水玻璃与炭分离，得水玻璃母液备用；
D、水玻璃的压滤：
将水玻璃母液经板框压滤机压滤得水玻璃滤饼备用，
E、白炭黑的制备：
Na2O.SiO2+H+ →SiO2.H2O+Na++H2O
在反应釜中加入稻壳灰质量0.9倍的水，搅拌下直接通蒸汽升温至70℃，同时加入质量比1.4:1的硫酸和水玻璃滤饼，控制硫酸的流量290m3/h，水玻璃的流量240m3/h，待计量好的水玻璃加完之后，调节pH值到4，通蒸汽升温至92℃熟化2h，放料入冷却槽，经压滤机过滤、洗涤得白炭黑滤饼；
F、白炭黑的干燥：
将白炭黑滤饼浆化后，经旋转闪蒸干燥机干燥，控制干燥时间130min，热风进口温度410℃，尾气出口温度180℃，最后将干燥产物计量包装即得白炭黑成品。
对比例3
利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，具体工艺步骤如下：
A、稻壳灰的预处理：
将稻壳灰除杂后粉碎至100目，往稻壳灰中添加其质量11倍的水，于40℃浸泡3h，再离心水洗，于500℃烘干得预处理后的稻壳灰备用；
B、水玻璃的制备：
反应原理： SiO2+NaOH→Na2O.SiO2+H2O
将预处理后的稻壳灰与1.4mol/L的NaOH溶液按质量比1:3.6混匀，并在搅拌下加温至190℃，加压至0.7Mpa，反应3.2h，过滤即得液体水玻璃备用；
C、水玻璃的熟化：
将液体水玻璃输送至中转槽脱蒸汽，将脱除的热蒸汽通过管道通入水槽，加热水槽中的冷水，以使热量循环利用，于110℃熟化50min得熟化后的水玻璃；
D、沉淀分离：
将熟化后的水玻璃降至90℃时，送至沉淀池，使水玻璃与炭分离，得水玻璃母液备用；
E、水玻璃的压滤：
将水玻璃母液经板框压滤机压滤得水玻璃滤饼备用，
F、白炭黑的制备：
Na2O.SiO2+H+ →SiO2.H2O+Na++H2O
在反应釜中加入稻壳灰质量0.9倍的水，搅拌下直接通蒸汽升温至70℃，同时加入质量比1.4:1的硫酸和水玻璃滤饼，控制硫酸的流量290m3/h，水玻璃的流量240m3/h，待计量好的水玻璃加完之后，调节pH值到4，通蒸汽升温至92℃熟化2h，放料入冷却槽，经压滤机过滤、洗涤得白炭黑滤饼；
G、白炭黑的干燥：
将白炭黑滤饼浆化后，经旋转闪蒸干燥机干燥，控制干燥时间130min，热风进口温度410℃，尾气出口温度180℃，最后将干燥产物计量包装即得白炭黑成品。
试验例：
1、炭黑纯度的测定：
白炭黑中的Si02与HF反应生成易挥发的SiF4。残渣经烘干、灼烧后，据HF处理前后质量差求得实施例1-5，对比例1-3制备的试样中Si02含量。
试验步骤：
称取干燥试样l g于250 mL聚四氟乙烯烧杯中，用蒸馏水润湿。加2
mLHN03和5 mLHF。放在控温电炉上保持电炉上120℃左右。加热过程中间断地摇动烧杯，使烧杯内反应物充分反应；蒸发至干，重复处理一次。蒸发至干后，加适量蒸馏水溶解残渣(这时残渣为硝酸盐)，再定量转移到已经恒重的瓷坩埚中。在电炉上把瓷坩埚缓慢加热蒸发至干后，再移到800℃马弗炉中灼烧30 min至恒重，取出稍冷，放入干燥器中冷却至室温后称重。:
Si02含量计算：X=（W-(m2-m1)）/W×100％
式中：X为Si02的含量； W为样品质量；
m1为瓷坩埚质量； m2为瓷坩埚+残渣质量；
2、白炭黑白度测定：
用数字白度仪测定白炭黑的白度。
3、白炭黑其他金属离子的测定
用电感耦合等离子发射仪测定其他金属钾、铁、铜各自的总含量。
测定结果见表1：
由上表可知，由于工艺方法、螯合剂配方或者具体工艺参数不同，都会导致产品指标的差异，实施例1-5工艺方法相同，但是参数不同，在合理工艺参数范围内的实施例1-3明显各指标优于实施例4-5，而不同螯合剂配方或不同工艺方法的对比例1-3效果又劣于实施例1-5，可见只有合理选择工艺方法，并确定合理的工艺参数，辅以合理配比的螯合剂，方可使成品纯度高、白度优，各金属杂质含量低。
Claims (2)
1.利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，其特征在于：具体工艺步骤如下：
A、稻壳灰的预处理：
将稻壳灰除杂后粉碎至100目，往稻壳灰中添加其质量8-13倍的水，并添加稻壳灰质量0.3-0.4%的复合螯合剂a，于35-50℃浸泡2-4h，再离心水洗，于400-550℃烘干得预处理后的稻壳灰备用；
其中复合螯合剂a由氨基三乙酸、N-羧乙基乙二胺三乙酸、氨基三亚甲基膦酸组成，且各组分质量比为，氨基三乙酸：N-羧乙基乙二胺三乙酸：氨基三亚甲基膦酸=2-3：1-1.5：0.5-1；
B、水玻璃的制备：
将预处理后的稻壳灰与1-2mol/L的NaOH溶液按质量比1:3-4混匀，并在搅拌下加温至170-220℃，加压至0.6-0.9MPa，反应2.5-3.5h，过滤即得液体水玻璃备用；
C、水玻璃的熟化：
将液体水玻璃输送至中转槽脱蒸汽，将脱除的热蒸汽通过管道通入水槽，加热水槽中的冷水，以使热量循环利用，并于液体水玻璃中添加其质量0.2-0.3%的复合螯合剂b，于100-120℃熟化40-60min得熟化后的水玻璃；
其中复合螯合剂b由柠檬酸钠、N-酰乙基乙二胺三乙酸组成，且各组分质量比为，柠檬酸钠：N-酰乙基乙二胺三乙酸 =1-2：2.5-3；
D、沉淀分离：
将熟化后的水玻璃降至85-95℃时，送至沉淀池，使水玻璃与炭分离，得水玻璃母液备用；
E、水玻璃的压滤：
将水玻璃母液经板框压滤机压滤得水玻璃滤饼备用，
F、白炭黑的制备：
在反应釜中加入稻壳灰质量0.6-1.2倍的水，搅拌下直接通蒸汽升温至60-80℃，同时加入质量比1.2-1.6:1的硫酸和水玻璃滤饼，控制硫酸的流量260-330m3/h，水玻璃的流量220-260m3/h，待计量好的水玻璃加完之后，调节pH值到3.5-4.5，通蒸汽升温至81-96℃熟化1-3h，放料入冷却槽，经压滤机过滤、洗涤得白炭黑滤饼；
G、白炭黑的干燥：
将白炭黑滤饼浆化后，经旋转闪蒸干燥机干燥，控制干燥时间120-150min，热风进口温度370-450℃，尾气出口温度150-200℃，最后将干燥产物计量包装即得白炭黑成品。
2.根据权利要求1所述的利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，其特征在于：具体工艺步骤如下：
利用稻壳灰制备白炭黑的生产工艺，具体工艺步骤如下：
A、稻壳灰的预处理：
将稻壳灰除杂后粉碎至100目，往稻壳灰中添加其质量11倍的水，并添加稻壳灰质量0.34%的复合螯合剂a，于40℃浸泡3h，再离心水洗，于500℃烘干得预处理后的稻壳灰备用；
其中复合螯合剂a由氨基三乙酸、N-羧乙基乙二胺三乙酸、氨基三亚甲基膦酸组成，且各组分质量比为，氨基三乙酸：N-羧乙基乙二胺三乙酸：氨基三亚甲基膦酸=2.6：1.2：0.7；
B、水玻璃的制备：
将预处理后的稻壳灰与1.4mol/L的NaOH溶液按质量比1:3.6混匀，并在搅拌下加温至190℃，加压至0.7MPa，反应3.2h，过滤即得液体水玻璃备用；
C、水玻璃的熟化：
将液体水玻璃输送至中转槽脱蒸汽，将脱除的热蒸汽通过管道通入水槽，加热水槽中的冷水，以使热量循环利用，并于液体水玻璃中添加其质量0.27%的复合螯合剂b，于110℃熟化50min得熟化后的水玻璃；
其中复合螯合剂b由柠檬酸钠、N-酰乙基乙二胺三乙酸组成，且各组分质量比为，柠檬酸钠：N-酰乙基乙二胺三乙酸 =1.3：2.8；
D、沉淀分离：
将熟化后的水玻璃降至90℃时，送至沉淀池，使水玻璃与炭分离，得水玻璃母液备用；
E、水玻璃的压滤：
将水玻璃母液经板框压滤机压滤得水玻璃滤饼备用，
F、白炭黑的制备：
在反应釜中加入稻壳灰质量0.9倍的水，搅拌下直接通蒸汽升温至70℃，同时加入质量比1.4:1的硫酸和水玻璃滤饼，控制硫酸的流量290m3/h，水玻璃的流量240m3/h，待计量好的水玻璃加完之后，调节pH值到4，通蒸汽升温至92℃熟化2h，放料入冷却槽，经压滤机过滤、洗涤得白炭黑滤饼；
G、白炭黑的干燥：
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