CN106564924A - 利用硅酸钙一步法制备白炭黑联产氯化钙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用硅酸钙一步法制备白炭黑联产氯化钙的方法，所述方法包括如下步骤：s1制备硅酸钙水溶液；s2白炭黑合成；s3将洗涤废液与电石渣进行反应联产氯化钙产品。本发明工艺简单，生产成本低，不产生废弃物，容易实现工业化。不仅利用工业固体废弃物生产出高附加值的白炭黑功能材料，同时联产了氯化钙，且不产生任何废弃物，为白炭黑的工业化生产提供了一条新的途径，也为高铝粉煤灰的综合利用提供了技术保障。

Description

利用硅酸钙一步法制备白炭黑联产氯化钙的方法
技术领域
本发明涉及化工生产技术领域，特别是涉及一种白炭黑的制备方法及联产氯化钙。
背景技术
白炭黑是一种特别优异的功能材料，它有着及其广泛的用途。它在合成橡胶时作为优良的补强剂，在有发展前途的涂料行业中充当遮光剂和助沉淀剂，在消防、药学和油墨等行业中可以充当分散剂及载体等，随着我国工业的持续高速发展，各种工业原料的需求日益高涨，白炭黑的产需量也与日俱增，而且随着新能源行业的崛起，白炭黑也在相关领域得到了普遍的重视和青睐。因此，如何经济高效地生产白炭黑显得尤为重要。
目前，工业上一般采用高岭土、硅藻土、膨润土来制取白炭黑，用高岭土制取白炭黑，其原料丰富，价格低廉，设备及技术比较简单；用硅藻土制备的白炭黑与传统的水玻璃方法相比，同样具有原料易得、工艺简单、单位产品能耗及生产成本低等优点；以膨润土为主要原料生产白炭黑，生产工艺新颖先进，流程合理，低能耗，原料价格低廉、易得，是国家鼓励开发的国家级重点新产品。虽然气相法制得的白炭黑产品质量优良，但是由于其价格很高，制备工艺复杂，所需设备昂贵，生产规模小，技术层面要求高等缺点而受到限制。
发明内容
本发明主要解决的现有技术问题是原材料来源广泛、价低、变废为宝，解决气相法生产成本高，制备工艺复杂问题，提供一种新的白炭黑制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：利用硅酸钙一步法制备白炭黑联产氯化钙的方法，包括如下步骤：s1制备硅酸钙水溶液：将硅酸钙与水进行充分搅拌混合，静置，取悬浮液或沉降分离后取上清液；
s2白炭黑合成：向s1中硅酸钙水溶液，加入聚乙二醇(PEG)，加热搅拌；达到指定温度后，快速滴加盐酸，调节体系的pH值小于1，滴加定量的浓氨水，调节pH值升高至6～7；迅速加入一定量盐酸溶液，调节pH值小于1，过滤，用盐酸/水体积比1:1的盐酸洗净滤饼中的钙离子、铁离子等，再用蒸馏水清洗，直到将氯离子全部洗掉，并不断测试滤液pH至中性；将滤饼充分烘干后灼烧，即得白炭黑产品；
s3将洗涤废液与电石渣进行反应联产氯化钙产品，先将洗涤废液与电石渣发生中和反应，再经过蒸发，浓缩结晶后得到氯化钙产品。
上述硅酸钙是利用高铝粉煤灰提取氧化铝产生的副产物硅酸钙，硅酸钙与水质量比为1:3-5，优选1:4。
上述步骤s2中指定温度是70-90℃，优选80℃。
上述步骤s2中快速滴加和迅速加入的盐酸的浓度为10-40wt％，优选25wt％。
上述步骤s1中，静置时间30min以上。
上述步骤s2中，快速滴加盐酸，调节体系的pH值小于1，反应时间1h以上。
上述步骤s2中，将滤饼充分烘干后灼烧，灼烧温度为700℃，反应时间1.5h以上。
上述步骤s3中，先将洗涤废液与电石渣发生中和反应，反应时间为30min，反应温度为30℃。
本发明还提供了一种白炭黑，所述白炭黑由上述的方法制备得到。
本发明利用高铝粉煤灰提取氧化铝副产物硅酸钙采取盐酸一步沉淀法来制备高纯的白炭黑产品，同时副产氯化钙。该方法工艺简单，生产成本低，不产生废弃物，容易实现工业化。本研究不仅可利用工业固体废弃物生产出高附加值的白炭黑功能材料，同时联产了氯化钙，且不产生任何废弃物，为白炭黑的工业化生产提供了一条新的途径，也为高铝粉煤灰的综合利用提供了技术保障，具有重要的应用价值。
具体实施方式
一种新的白炭黑的制备方法及联产氯化钙：
s1制备硅酸钙水溶液：将硅酸钙与水进行充分搅拌混合，静置，取悬浮液或沉降分离后取上清液；
s2白炭黑合成：向s1中硅酸钙水溶液，加入聚乙二醇(PEG)，加热搅拌；达到指定温度后，快速滴加盐酸，调节体系的pH值小于1，滴加定量的浓氨水，调节pH值升高至6～7；迅速加入一定量盐酸溶液，调节pH值小于1，过滤，用(1+1)的盐酸洗净滤饼中的钙离子、铁离子等，再用蒸馏水清洗，直到将氯离子全部洗掉，并不断测试滤液pH至中性；将滤饼充分烘干后灼烧，即得白炭黑产品；
s3将洗涤废液与电石渣进行反应联产氯化钙产品，先将洗涤废液与电石渣发生中和反应，再经过蒸发，浓缩结晶后得到氯化钙产品。
本发明利用高铝粉煤灰提铝副产物硅酸钙采取盐酸一步沉淀法来制备高纯的白炭黑产品，同时副产氯化钙。该方法工艺简单，生产成本低，不产生废弃物，容易实现工业化。本研究不仅可利用工业固体废弃物生产出高附加值的白炭黑功能材料，同时联产了氯化钙，且不产生任何废弃物，为白炭黑的工业化生产提供了一条新的途径，也为高铝粉煤灰的综合利用提供了技术保障，具有重要的应用价值。
本发明s2中白炭黑的合成方法为溶胶凝胶法，其均为本领域工作人员所公知，本发明没特殊限定。
溶胶凝胶法合成白炭黑的反应机理为：
CaSiO3+2HCl→SiO2(s)+CaCl2+H2O
为保证反应的充分进行，优选条件下，原料硅酸钙浓度为20wt％，反应温度为80℃，溶胶pH值为1，而凝胶pH值为7，表面活性剂PEG的含量为6％。
本发明s3中利用钙盐酸溶液与电石渣进行反应联产CaCl2产品，首先钙盐酸溶液先与电石渣发生中和反应，再经过蒸发，浓缩结晶后得到氯化钙产品。
为保证反应的充分进行，优选条件下，电石渣的质量浓度为20g/L，加水体积分数为8％，反应时间为30min，反应温度为30℃。
以下结合实施例对本发明做进一步的补充说明。
实施例1
用球磨机磨取实验用原料硅酸钙(500g)2h，配质量分数为25％的盐酸溶液；将200g硅酸钙(已磨好)加入800g蒸馏水进行充分搅拌(350r/min)，静置30min；取上清液，加入聚乙二醇(PEG)6ml，加热并不断搅拌；达到80℃后，快速滴加盐酸与之反应，调节体系的pH值小于1，反应1h后，滴加浓氨水，调节pH值升高至6～7；迅速加入盐酸溶液，调节pH值小于1，过滤，用(1+1)的盐酸洗净滤饼中的钙、铁等离子，再用蒸馏水清洗，并测试滤液pH值至中性；将滤饼置于烘箱中充分烘干后，放入700℃的马弗炉中灼烧1.5h，便得到本试验的白炭黑产品。
对最优条件下制取的白炭黑粉体按照化工行业标准HG/T 3061-2009的要求对产品的SiO2纯度、比表面积、总含铁量、DBP吸油值、颜色、pH值、加热减量以及灼烧减量进行了测试，得到SiO2的纯度为90.44％，比表面积为493.17m2/g，总含铁量为364mg/kg，DBP吸油值为2.8ml/g，颜色优于原料，pH 值为6.3，加热减量和灼烧减量分别为4.6％、3.38％，所有这些主要指标均达到了化工行业标准HG/T 3061-2009的要求。
实施例2
将电石渣20g于30℃搅拌下缓慢加入实施例1废液(钙盐酸溶液)中，加入8g水，搅拌30min，加热至100℃蒸发、浓缩结晶后得到氯化钙产品。
在最优条件下制取的CaCl2按国标GB/T26520-2011检测，纯度为95.8％，达到了工业无水CaCl2一等品纯度95％的要求。
以上所述仅为本发明的实施例，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所作出的若干改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用硅酸钙一步法制备白炭黑联产氯化钙的方法，包括如下步骤：
s1制备硅酸钙水溶液：将硅酸钙与水进行充分搅拌混合，静置，取悬浮液或沉降分离后取上清液；
s2白炭黑合成：向s1中硅酸钙水溶液，加入聚乙二醇(PEG)，加热搅拌；达到指定温度后，快速滴加盐酸，调节体系的pH值小于1，滴加定量的浓氨水，调节pH值升高至6～7；迅速加入一定量盐酸溶液，调节pH值小于1，过滤，用盐酸/水体积比1:1的盐酸洗净滤饼中的钙离子、铁离子等，再用蒸馏水清洗，直到将氯离子全部洗掉，并不断测试滤液pH至中性；将滤饼充分烘干后灼烧，即得白炭黑产品；
s3将洗涤废液与电石渣进行反应联产氯化钙产品，先将洗涤废液与电石渣发生中和反应，再经过蒸发，浓缩结晶后得到氯化钙产品。
2.根据权利要求1所述的利用硅酸钙一步法制备白炭黑联产氯化钙的方法，其特征在于，所述硅酸钙是利用高铝粉煤灰提取氧化铝过程中产生的副产物硅酸钙，硅酸钙与水质量比为1:3-5，优选1:4。
3.根据权利要求1所述的利用硅酸钙一步法制备白炭黑联产氯化钙的方法，其特征在于，所述s2中指定温度是70-90℃，优选80℃。
4.根据权利要求1所述的利用硅酸钙一步法制备白炭黑联产氯化钙的方法，其特征在于，快速滴加和迅速加入的盐酸的浓度为10-40wt％，优选25wt％。
5.根据权利要求1所述的利用硅酸钙一步法制备白炭黑联产氯化钙的方法，其特征在于，步骤s1中，静置时间30min以上。
6.根据权利要求1所述的利用硅酸钙一步法制备白炭黑联产氯化钙的方法，其特征在于，步骤s2中，快速滴加盐酸，调节体系的pH值小于1，反应时间1h以上。
7.根据权利要求1所述的利用硅酸钙一步法制备白炭黑联产氯化钙的方法，其特征在于，步骤s2中，将滤饼充分烘干后灼烧，灼烧温度为700℃，反应时间1.5h以上。
8.根据权利要求1所述的利用硅酸钙一步法制备白炭黑联产氯化钙的方法，其特征在于，步骤s3中，先将洗涤废液与电石渣发生中和反应，反应时间为30min，反应温度为30℃。
9.一种白炭黑，其特征在于，所述白炭黑由权利要求1-7任一项所述的方法制备得到。
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