CN109319794A - 一种连续法制备沉淀二氧化硅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种连续法制备沉淀二氧化硅的方法，取消了搅拌式反应釜，采用漏斗形酸碱高效混合器使硅酸钠和硫酸快速混合，然后在一定温度下，再与晶种混合反应形成沉淀二氧化硅产品。由于漏斗形高效混合器可以实现硅酸钠和硫酸两种物料的瞬间混合，因此，制备出的沉淀法二氧化硅性能基本一致，解决了沉淀法二氧化硅生产的瓶颈。
Description
技术领域
本发明属于无机合成领域，更具体地说，涉及一种连续法制备沉淀二氧化硅的方法。
背景技术
沉淀二氧化硅的研制和生产，是以橡胶工业的需求而开始和发展的。目前沉淀法在橡胶工业中占有主导地位。会在相当长的时期里起着重要作用。
沉淀二氧化硅是水合的无定形硅酸白色粉末，分子式为mSiO2·nH2O，具有无规则的二元线性结构。沉淀法二氧化硅自发明以来，已经对不同条件的工艺参数及行为的研究已十分透彻。其理论研究也由此取得了不断的进步。沉淀二氧化硅的生产方法包括（1）溶胶法，（2）酸-盐析沉淀法，（3）二氧化硅直接沉淀法，国内沉淀二氧化硅的目前比较成熟的是溶胶法工艺。由于沉淀法二氧化硅的生产对于设备的设计形式比较敏感，容易造成每批生产的产品性能有所差别。目前比较成熟的方法是扩大反应罐，使每罐产能尽量扩大，使产品性能趋于一致，这就造成了反应设备的大型化，尽管如此每批产品的性能也不尽相同，最根本的问题是由于随着反应设备的扩大，硅酸钠和硫酸的混合均匀度变差影响了产品性能。目前的反应过程是首先制备溶胶底液，然后控制底液在一定的PH条件下，等当量加入硅酸钠和硫酸，通过搅拌使酸碱混合均匀并和底液反应。但随着反应罐的扩大，酸碱的混合均匀度越来越差，这就造成了随着反应罐的扩大，产品性能有所下降。为了解决沉淀法二氧化硅生产的瓶颈，我们发明了一种连续法生产沉淀法二氧化硅的方法，使沉淀法二氧化硅产品性能趋于一致。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续法制备沉淀二氧化硅的方法，本发明取消了搅拌式反应釜，采用漏斗形酸碱高效混合器使硅酸钠和硫酸快速混合，然后在一定温度下，再与晶种混合反应形成沉淀二氧化硅产品。由于漏斗形高效混合器可以实现硅酸钠和硫酸两种物料的瞬间混合，因此，制备出的沉淀法二氧化硅性能基本一致。
为了实新上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种连续法制备沉淀二氧化硅的方法，包括如下步骤：
（1）晶种制备：将硅酸钠配制成3-5wt%的水溶液，通过阳离子交换树脂，控制离子交换出口硅酸溶液的pH4-5，然后用硅酸钠调整交换后的硅酸溶液的pH至9-10，加入反应罐升温至80-90℃，保温30-40min，待用；
（2）前驱体合成：将硅酸钠加水配制4-6wt%的水溶液，硫酸加水配制成30-40wt%的水溶液，在20-30℃下，将硅酸钠溶液与硫酸溶液以2-3kg/cm2的压力同时加入高速混合器1中，控制高速混合器1出口的pH8-9；
（3）沉淀二氧化硅合成：将步骤（2）合成的前驱体升温至80-90℃，在2-3kg/cm2的压力下，将前驱体以200-300mL/min的速度加入混合器2中，同时将步骤（1）制得的晶种按照相应比例加入混合器2中，其中质量比前驱体（二氧化硅）：晶种（二氧化硅）=（8-10）：1，混合器2出口温度保持80-90℃，pH8-9；
（4）熟化：将步骤（3）制得的物料用硫酸调整pH4-5，在90-100℃下熟化30-40min；
（5）水洗：将步骤（4）熟化后的物料进行水洗，洗至洗涤水电导率为300μS/cm以下为合格；
（6）干燥：将步骤（5）水洗后的物料采用喷雾干燥进行干燥造粒，操作温度为进口400-500℃，出口90-100℃，平均粒径为40-50µm，制得沉淀二氧化硅。
步骤（2）中的高速混合器1为漏斗形酸碱高效混合器，其出口直径为5-20mm。
本发明的显著优点：本发明取消了搅拌式反应釜，采用酸碱高效混合器使硅酸钠和硫酸快速混合，然后在一定温度下，再与晶种混合反应形成沉淀二氧化硅产品。由于漏斗形酸碱高效混合器（混合器出口直径限定为5-20mm）可以实现两种物料的瞬间混合，因此，制备出的沉淀法二氧化硅性能基本一致。本发明生产效率高，产品性能稳定，易于工业化。
附图说明
图1为连续法制备沉淀二氧化硅的工艺流程图；
图2为漏斗形酸碱高效混合器的示意图。
具体实施方式
本实施例是对本发明的说明。其保护范围不仅局限以下实施例中。
实施例1
一种连续法制备沉淀二氧化硅的方法，包括如下步骤：
（1）晶种制备：配制3wt%的硅酸钠水溶液10kg，通过阳离子交换树脂，控制离子交换出口硅酸溶液的pH4.2，然后用硅酸钠调整交换后的硅酸溶液的pH至9.0，加入反应罐升温至85℃，保温30min，待用；
（2）前驱体合成：将硅酸钠加水配制4wt%的水溶液，硫酸加水配制成30wt%的水溶液，在30℃下，在2.5kg/cm2的压力下将硅酸钠溶液以300mL/min的速度加入漏斗形酸碱高效混合器1中，同时加入硫酸溶液控制漏斗形酸碱高效混合器1出口的pH8.0，漏斗形酸碱高效混合器出口直径限定为10mm；
（3）沉淀二氧化硅合成：将步骤（2）合成的前驱体升温至85℃，在2kg/cm2的压力下，将前驱体以300mL/min的速度加入混合器2中，同时将步骤（1）制得的晶种以46.2mL/min的速度加入混合器2中，混合器2出口温度保持80℃，pH8.6；
（4）熟化：将步骤（3）制得的物料加入混合器3中，用硫酸调整pH4.2，在92℃下熟化30min；
（5）水洗：将步骤（4）熟化后的物料进行水洗，洗至洗涤水电导率为300μS/cm以下为合格；
（6）干燥：将步骤（5）水洗后的物料采用喷雾干燥进行干燥造粒，操作温度为进口450℃，出口90℃，平均粒径为46µm，制得沉淀二氧化硅。
实施例2
一种连续法制备沉淀二氧化硅的方法，包括如下步骤：
（1）晶种制备：配制4wt%的硅酸钠水溶液10kg，通过阳离子交换树脂，控制离子交换出口硅酸溶液的pH4.5，然后用硅酸钠调整交换后的硅酸溶液的pH至9.4，加入反应罐升温至83℃，保温30min，待用；
（2）前驱体合成：将硅酸钠加水配制5wt%的水溶液，硫酸加水配制成35wt%的水溶液，在30℃下，在2.5kg/cm2的压力下将硅酸钠溶液以250mL/min的速度加入漏斗形酸碱高效混合器1中，同时加入硫酸溶液控制漏斗形酸碱高效混合器1出口的pH8.2，漏斗形酸碱高效混合器出口直径限定为5mm；
（3）沉淀二氧化硅合成：将步骤（2）合成的前驱体升温至90℃，在2.2kg/cm2的压力下，将前驱体以280mL/min的速度加入混合器2中，同时将步骤（1）制得的晶种以35mL/min的速度加入混合器2中，混合器2出口温度保持82℃，pH8.5；
（4）熟化：将步骤（3）制得的物料加入混合器3中，用硫酸调整pH4.5，在90℃下熟化30min；
（5）水洗：将步骤（4）熟化后的物料进行水洗，洗至洗涤水电导率为300μS/cm以下为合格；
（6）干燥：将步骤（5）水洗后的物料采用喷雾干燥进行干燥造粒，操作温度为进口450℃，出口95℃，平均粒径为47µm，制得沉淀二氧化硅。
实施例3
一种连续法制备沉淀二氧化硅的方法，包括如下步骤：
（1）晶种制备：配制5wt%的硅酸钠水溶液10kg，通过阳离子交换树脂，控制离子交换出口硅酸溶液的pH4.2，然后用硅酸钠调整交换后的硅酸溶液的pH至9.5，加入反应罐升温至90℃，保温40min，待用；
（2）前驱体合成：将硅酸钠加水配制6wt%的水溶液，硫酸加水配制成40wt%的水溶液，在30℃下，在2.5kg/cm2的压力下，将硅酸钠溶液以220mL/min的速度加入漏斗形酸碱高效混合器1中，同时加入硫酸水溶液控制漏斗形酸碱高效混合器1出口的pH8.7，漏斗形酸碱高效混合器出口直径限定为20mm；
（3）沉淀二氧化硅合成：将步骤（2）合成的前驱体升温至80℃，在2.5kg/cm2的压力下，将前驱体以300mL/min的速度加入混合器2中，同时将步骤（1）制得的晶种以33mL/min的速度加入混合器2中，混合器2出口温度保持85℃，pH8.2；
（4）熟化：将步骤（3）制得的物料加入混合器3中，用硫酸调整pH4.5，在90℃下熟化30min；
（5）水洗：将步骤（4）熟化后的物料进行水洗，洗至洗涤水电导率为300μS/cm以下为合格；
（6）干燥：将步骤（5）水洗后的物料采用喷雾干燥进行干燥造粒，操作温度为进口480℃，出口95℃，平均粒径为50µm，制得沉淀二氧化硅。
实施例1-3制备的沉淀二氧化硅性能如下：
由上表可知，本发明实施例1-3制备的沉淀二氧化硅的性能基本一致，即在本发明的工艺条件下制备得到的沉淀二氧化硅的性能可以保持基本一致，都属于D类。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种连续法制备沉淀二氧化硅的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）晶种制备：将硅酸钠配制成3-5wt%的水溶液，通过阳离子交换树脂，控制离子交换出口硅酸溶液的pH4-5，然后用硅酸钠调整交换后的硅酸溶液的pH至9-10，加入反应罐升温至80-90℃，保温30-40min，待用；
（2）前驱体合成：将硅酸钠加水配制4-6wt%的水溶液，硫酸加水配制成30-40wt%的水溶液，在20-30℃下，将硅酸钠溶液与硫酸溶液以2-3kg/cm2的压力同时加入漏斗形酸碱高效混合器中，控制漏斗形酸碱高效混合器出口的pH8-9；
（3）沉淀二氧化硅合成：将步骤（2）合成的前驱体升温至80-90℃，在2-3kg/cm2的压力下，将前驱体以200-300mL/min的速度加入混合器中，同时加入步骤（1）制得的晶种，其中按质量比前驱体：晶种=8-10：1，混合器出口温度保持80-90℃，pH8-9；
（4）熟化：将步骤（3）制得的物料用硫酸调整pH4-5，在90-100℃下熟化30-40min；
（5）水洗：将步骤（4）熟化后的物料进行水洗，洗至洗涤水电导率为300μS/cm以下为合格；
（6）干燥：将步骤（5）水洗后的物料采用喷雾干燥进行干燥造粒，操作温度为进口400-500℃，出口90-100℃，平均粒径为40-50µm，制得沉淀二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的一种连续法制备沉淀二氧化硅的方法，其特征在于，漏斗形酸碱高效混合器的出口直径为5-20mm。
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