CN107840341B - 一种白炭黑的连续化生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种白炭黑的连续化生产方法。该方法是在三级串联反应釜中，向一级反应釜中通入氟硅酸溶液或氟硅酸铵溶液、氨水或液氨，控制体系pH值为6～7、SiO2的质量浓度为1～2％，制备第一晶核液；向二级反应釜中通入第一晶核液、氟硅酸溶液或氟硅酸铵溶液、液氨，控制体系pH值为7～8、SiO2的质量浓度≤6％，制备第二晶核液；向三级反应釜中通入第二晶核液、液氨，控制体系pH值﹥8，SiO2的质量浓度≤6％，即得白炭黑料浆。该白炭黑的连续化生产方法，不仅避免了间歇生产工艺存在的设备利用率低、生产效率低的不足，且较间歇法生产得到的产品粒径更小、分散更为均匀，可以得到高品质白炭黑。

Description

一种白炭黑的连续化生产方法
技术领域
本发明属于白炭黑的制备领域，具体涉及一种白炭黑的连续化生产方法。
背景技术
白炭黑又名水合二氧化硅，主要用作橡胶工业的补强剂、涂料工业的增稠剂、牙膏摩擦剂等，是一种应用广泛的化工原料。白炭黑的生产方法主要有气相法和沉淀法，沉淀法中，以磷肥副产的氟硅酸为原料，经氨解过程生产白炭黑的工艺，由于具有变废为宝、生产成本低等优点，受到众多白炭黑生产厂家的青睐。
授权公告号为CN100577568C的专利公开了一种生产氟化氢铵联产白炭黑的方法，其是以氟硅酸或氟硅酸铵和氨水为原料，经快速反应制备白炭黑晶种，反应终点pH值控制在6.5～7.5之间；再将白炭黑晶种和氟硅酸或氟硅酸铵、氨水反应，控制终点pH值为8～9，制备白炭黑沉淀和氟化铵溶液的料浆。
氟硅酸氨化法制取白炭黑和氟化铵工艺目前多采用上述间歇工艺，存在着设备利用率低、自动化程度差、单套设备规模小等不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种白炭黑的连续化生产方法，从而解决现有间歇生产工艺的不足。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种白炭黑的连续化生产方法，包括以下步骤：
在三级串联反应釜中，向一级反应釜中通入氟硅酸溶液或氟硅酸铵溶液、氨水或液氨，控制体系pH值为6～7、SiO2的质量浓度为1～2％，制备第一晶核液；
向二级反应釜中通入第一晶核液、氟硅酸溶液或氟硅酸铵溶液、液氨，控制体系pH值为7～8、SiO2的质量浓度≤6％，制备第二晶核液；
向三级反应釜中通入第二晶核液、液氨，控制体系pH值﹥8，SiO2的质量浓度≤6％，即得白炭黑料浆。
本发明的白炭黑的连续化生产方法，其基本原理是在多级串联反应釜中，各级原料连续通入相应反应釜中，连续得到白炭黑料浆；该连续化生产过程中，反应液处于持续流动状态，每级反应均以前一级反应制备的SiO2为核，且每级反应中，相应原料的加入不断打破前一级反应的平衡，避免了前一级反应中SiO2粒子的快速聚合，最终得到粒径小且均匀的白炭黑料浆，再经过滤、洗涤、干燥操作即得高品质白炭黑。该白炭黑的连续化生产方法，不仅避免了间歇生产工艺存在的设备利用率低、生产效率低的不足，且较间歇法生产得到的产品粒径更小、分散更为均匀，可以得到高品质白炭黑。
一级反应釜中，控制温度为40～50℃。优选的，一级反应釜中，氟硅酸溶液中氟硅酸与液氨或氨水中氨的摩尔比为1：(5.5～6.5)；氟硅酸铵溶液中氟硅酸铵与液氨或氨水中氨的摩尔比为1：(3.5～4.5)。
二级反应釜中，控制温度为60～75℃。优选的，二级反应釜中，第一晶核液中的SiO2、氟硅酸溶液中的氟硅酸、液氨的摩尔比为1：3：(19～21)，或者第一晶核液中的SiO2、氟硅酸铵溶液中的氟硅酸铵、液氨的摩尔比为1：3：(13～15)。
三级反应釜中，控制温度为60～75℃。
进一步优选的，氟硅酸溶液的质量浓度为20～40％；氟硅酸铵溶液的质量浓度为≤20％；氨水的质量浓度为2～4％。
以上三级反应釜中，控制氨的反应当量相对于氟硅酸或氟硅酸铵的反应当量逐级过量，在不同级反应条件的控制下，可控制反应过程动态化、匀速进行，从而可以显著改善白炭黑产品的品质指标。各级反应过程中，可通过氨与氟硅酸或氟硅酸铵的相对量调整，来实现SiO2浓度的调整，以一级反应釜的调整为例，设定氟硅酸浓度固定为38％，使氨水浓度在1.82-3.91％，如低于1.82％，通入液氨，如高于3.91％，加水稀释，控制反应后SiO2的浓度在1-2％。
将白炭黑料浆过滤，再将所得滤饼洗涤、干燥，即得白炭黑。
本发明的白炭黑的连续化生产方法，工艺简单，容易实现连续化和自动化生产，提高白炭黑的工业化生产效率；所得白炭黑粒径小且分散均匀，属于高品质产品。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
实施例1
本实施例的白炭黑的连续化生产方法，包括以下步骤：
在三级串联的反应釜中，向一级反应釜中通入氟硅酸溶液(质量浓度为38％)、氨水(质量浓度为3.2％)，氟硅酸溶液中氟硅酸、氨水中氨的摩尔比为1：6，控制体系pH值为6～7，反应温度为45℃，得到SiO2的质量浓度为1.67％的一级产出液；
向二级反应釜中通入一级产出液、氟硅酸溶液(质量浓度为38％)、液氨，一级产出液中的SiO2、氟硅酸溶液中的氟硅酸、液氨的摩尔比为1：3：20，控制体系pH值为7.0～8.0，反应温度为71℃，得到SiO2的质量浓度为4.78％的二级产出液；
向三级反应釜中通入二级产出液、液氨，控制体系pH值>8.0，反应温度为73℃，得到SiO2质量浓度为4.65％的白炭黑料浆。
将白炭黑料浆暂存至过渡槽中，然后泵至压滤机中压滤分离，得到二氧化硅料饼，使用软水洗涤二氧化硅料饼，干燥即得优质白炭黑；滤液为氟化铵溶液，经高温浓缩、分解、冷却结晶，制备氟化氢铵。
实施例2
本实施例的白炭黑的连续化生产方法，包括以下步骤：
在三级串联的反应釜中，向一级反应釜中通入氟硅酸铵溶液(质量浓度为20％)、氨水(质量浓度为2.7％)，氟硅酸铵溶液中氟硅酸铵、氨水中氨的摩尔比为1：4，控制体系pH值为6.0～7.0，反应温度为40℃，得到SiO2的质量浓度为1.75％的一级产出液；
向二级反应釜中通入一级产出液、氟硅酸铵溶液(质量浓度为20％)、液氨，一级产出液中的SiO2、氟硅酸铵溶液中氟硅酸铵、液氨的摩尔比为1：3：14，控制体系pH值为7.0～8.0，反应温度为60℃，得到SiO2质量浓度为3.77％的产出液；
向三级反应釜中通入二级产出液、液氨，控制体系pH值>8.0，反应温度为61℃，得到SiO2质量浓度为3.65％的白炭黑料浆。
将白炭黑料浆暂存至过渡槽中，然后泵至压滤机中压滤分离，得到二氧化硅料饼，使用软水洗涤二氧化硅料饼，干燥即得优质白炭黑。
试验例
将实施例1和实施例2所得白炭黑进行性能检测，结果如表1所示。
表1实施例1和实施例2所得白炭黑的性能检测结果
白炭黑 干燥减量 灼烧减量(干基) DBP值，cm<sup>3</sup>/g pH值 主含量
实施例1 6.17％ 5.86％ 3.12 7.5 92.71％
实施例2 5.8％ 6.23％ 3.39 7.5 93.11％
国标或行标 4.0-8.0％ ≤7.0％ 2.00-3.50 5.0-8.0 ≧90％
由表1的试验结果可知，实施例1和实施例2所得白炭黑具有优异的吸附性能，属于高品质产品。与间歇法生产工艺相比，本发明的白炭黑的连续化生产方法，生产效率提高80％以上，产品品质同时得以提高，适于工业化推广应用。

Claims (5)

1.一种白炭黑的连续化生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
在三级串联反应釜中，向一级反应釜中通入氟硅酸溶液或氟硅酸铵溶液、氨水或液氨，控制体系pH值为6～7、SiO2的质量浓度为1～2%，制备第一晶核液；
一级反应釜中，控制温度为40～50℃；
向二级反应釜中通入第一晶核液、氟硅酸溶液或氟硅酸铵溶液、液氨，控制体系pH值为7～8、SiO2的质量浓度≤6%，制备第二晶核液；
二级反应釜中，控制温度为60～75℃；
向三级反应釜中通入第二晶核液、液氨，控制体系pH值﹥8，SiO2的质量浓度≤6%，即得白炭黑料浆；
三级反应釜中，控制温度为60～75℃；
以上三级反应釜中，控制氨的反应当量相对于氟硅酸或氟硅酸铵的反应当量逐级过量。
2.如权利要求1所述的白炭黑的连续化生产方法，其特征在于，一级反应釜中，氟硅酸溶液中氟硅酸与液氨或氨水中氨的摩尔比为1：(5.5～6.5)；氟硅酸铵溶液中氟硅酸铵与液氨或氨水中氨的摩尔比为1：(3.5～4.5)。
3.如权利要求1所述的白炭黑的连续化生产方法，其特征在于，二级反应釜中，第一晶核液中的SiO2、氟硅酸溶液中的氟硅酸、液氨的摩尔比为1：3：(19～21)，或者第一晶核液中的SiO2、氟硅酸铵溶液中的氟硅酸铵、液氨的摩尔比为1：3：(13～15)。
4.如权利要求1～3任一项所述的白炭黑的连续化生产方法，其特征在于，氟硅酸溶液的质量浓度为20～40%；氟硅酸铵溶液的质量浓度为≤20%；氨水的质量浓度为2～4%。
5.如权利要求4所述的白炭黑的连续化生产方法，其特征在于，将白炭黑料浆过滤，再将所得滤饼洗涤、干燥，即得白炭黑。
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