CN113044859A - 从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法。包括步骤：(1)对所述白炭黑料液进行过滤，获得SDI≤5的滤液；(2)对滤液进行膜浓缩，获得硫酸钠含量≥180g/L的膜浓缩液；(3)对膜浓缩液进行蒸发浓缩，获得硫酸钠含量≥280g/L的蒸发浓缩液；(4)析出蒸发浓缩液中的硫酸钠，即得到硫酸钠。本发明的方法采用过滤的方式有效回收白炭黑料液中残留的二氧化硅，降低颗粒二氧化硅的损失和污染，减少预处理投资，提升了工艺的稳定性及经济效益；经验证，与单纯采用蒸发浓缩的方式相比，本发明的方法采用的膜浓缩与蒸发浓缩相结合的方式能够减少75‑85％的蒸发量，从而减少蒸发成本50％以上；本发明的方法最终获得的硫酸钠纯度高，能够外售，显著提升了盐效益。

Description

从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法

技术领域

本发明涉及白炭黑料液中资源回收的技术领域，尤其涉及，具体而言，涉及从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法。

背景技术

二氧化硅颗粒又称白炭黑。白炭黑生产一般采用化学沉淀法生产，即以石英石、生物质等材料为原材料，首先通过碱溶形成硅酸钠溶液(又称泡花碱)，经过滤(一次过滤)去除残渣，滤液再经过加入稀硫酸(通常为8～10％)中和形成无定形的二氧化硅颗粒(即酸化反应料液)，最后通过过滤(二次过滤)、洗涤、干燥得到含水率较低白炭黑成品；其中，二次过滤将产生较多的高盐滤液和洗水(即白炭黑料液)。

由于目前生产白炭黑的企业大多靠近大海，极少部分在内陆，靠近大海的企业通常直接排放该高盐废水，而内陆直接用蒸发器蒸发结晶析出硫酸钠盐。随着环保要求的提升、市场利润的下滑，直接蒸发或者达标排放已经不能满足行业的发展。

发明内容

本发明的主要目的在于提供从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法，以解决现有技术中白炭黑料液处理存在的成本高和盐效益差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法。技术方案如下：

所述白炭黑料液产生于沉淀法制备白炭黑的过程中，该从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法包括步骤：

(1)对所述白炭黑料液进行过滤，获得SDI≤5的滤液；

(2)对滤液进行膜浓缩，获得硫酸钠含量≥180g/L的膜浓缩液；

(3)对膜浓缩液进行蒸发浓缩，获得硫酸钠含量≥280g/L的蒸发浓缩液；

(4)析出蒸发浓缩液中的硫酸钠，即得到硫酸钠。

首先，本发明的方法采用过滤的方式有效回收白炭黑料液中残留的二氧化硅，降低颗粒二氧化硅的损失和污染，减少预处理投资，提升了工艺的稳定性及经济效益；其次，经验证，与单纯采用蒸发浓缩的方式相比，本发明的方法采用的膜浓缩与蒸发浓缩相结合的方式能够减少75-85％的蒸发量，从而减少蒸发成本50％以上；并且，本发明的方法最终获得的硫酸钠纯度高，能够外售，显著提升了盐效益。由此可见，本发明的方法的工艺简单可控，能耗低，投入成本低，预计能够取得很好的经济效益。

进一步地是，所述白炭黑料液包括对酸化反应料液进行板框过滤的滤液和洗水。由此，能够最大化地回收资源。

进一步地是，步骤(1)包括：采用对粒度≥3nm的颗粒物的拦截率≥97％的第一过滤介质对白炭黑料液进行一级过滤，获得SDI≤5的一级滤液。由此，能耗低且生产速度适宜，能够回收胶体状的二氧化硅。

进一步地是，步骤(1)还包括：在一级过滤之前采用对粒度≥30nm的颗粒物的拦截率≥99％的第二过滤介质对白炭黑料液进行二级过滤，然后对二级过滤获得的浊度≤10NTU的二级滤液进行一级过滤。由此，在一级过滤之前先将较大的颗粒物拦截，可以降低一级过滤的能耗，延长第一过滤介质的使用寿命。

进一步地是，第一过滤介质采用超滤膜；并且/或者，第二过滤介质采用钛基材质的金属滤芯。由此，设备投入成本低，便于维护，运行效果好。

进一步地是，步骤(2)包括：采用对硫酸钠的截留率≥96％的第一过滤膜对一级滤液进行一级浓缩，获得硫酸钠含量≥180g/L的一级浓缩液和TDS≤5000mg/L的一级淡液。由此，能耗低且生产速度适宜。

进一步地是，步骤(2)还包括：采用第二过滤膜对一级淡液进行二级浓缩，获得硫酸钠含量≥10g/L的二级浓缩液和TDS≤200mg/L的二级淡液。二级浓缩液可以与一级滤液相混合后被一级浓缩，而二级淡液满足板框过滤洗水要求，实现水回用，由此，对白炭黑料液进行充分地利用。

进一步地是，第一过滤膜对氯化钠的透过率≥95％，对二氧化硅的透过率≥85％；由此，可以显著提升硫酸钠的品质。并且/或者，第一过滤膜和/或第二过滤膜采用纳滤膜，由此，不仅设备投入成本低，便于维护，运行效果好，而且纳滤膜不截留溶解性的二氧化硅，因此不会出现二氧化硅结垢问题。

进一步地是，步骤(3)为对一级浓缩液进行蒸发浓缩，获得硫酸钠含量为280～320g/L的蒸发浓缩液。由此，能耗及生产效率较为合理。

进一步地是，步骤(4)包括：step1：对蒸发浓缩液进行冷冻结晶，析出十水硫酸钠；并且/或者，step2：对十水硫酸钠进行蒸发结晶，得到硫酸钠。由此，生产效率较高。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1的白炭黑料液的处理系统的结构示意图。

图2为本发明实施例2的白炭黑料液的处理系统的结构示意图。

图3为本发明实施例3的白炭黑料液的处理系统的结构示意图。

图4为本发明实施例4的白炭黑料液的处理系统的结构示意图。

上述附图中的有关标记为：

110-第一过滤组件，120-第二过滤组件，210-第一膜浓缩组件，220-第二膜浓缩组件，300-蒸发浓缩单元，410-冷冻结晶组件，420-蒸发结晶组件，430-干燥组件，510-酸化反应浆料罐，520-板框过滤组件，600-中间罐。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“SDI”表示反渗透膜污染指数(Silting Density Index，简称为SDI)也称为FI(Fouling Index)值，是反渗透水处理系统中水质指标的重要参数之一，SDI值代表了水中颗粒、胶体和其他能阻塞各种水净化设备的物体含量。术语“TDS”表示水中总溶解性固体物质(Total Dissolved Solids，简称为TDS)的浓度，一般用于衡量纯净水的纯净度。术语“NTU”为散射浊度单位，表明仪器在与入射光成90°角的方向上测量散射光强度；浊度是指溶液对光线通过时所产生的阻碍程度，它包括悬浮物对光的散射和溶质分子对光的吸收。

实施例1

本实施例提供了白炭黑料液的处理方法的第一种具体实施方式以及白炭黑料液的处理系统的第一种具体实施方式，其中，所述白炭黑料液产生于沉淀法制备白炭黑的过程中，具体为对酸化反应料液进行板框过滤的滤液和洗水。

白炭黑料液的处理方法包括步骤：

(1)对所述白炭黑料液进行过滤，获得SDI≤5的滤液；

(2)对滤液进行膜浓缩，获得硫酸钠含量≥180g/L的膜浓缩液；

其中，步骤(1)包括：采用对粒度≥3nm的颗粒物的拦截率≥97％的第一过滤介质对白炭黑料液进行一级过滤，获得SDI≤5的一级滤液；第一过滤介质采用超滤膜。

步骤(2)包括：

step1：采用对硫酸钠的截留率≥96％、对氯化钠的透过率≥95％以及对二氧化硅的透过率≥85％的第一过滤膜对一级滤液进行一级浓缩，获得硫酸钠含量≥180g/L的一级浓缩液和TDS≤5000mg/L的一级淡液；第一过滤膜采用纳滤膜；

step2：采用第二过滤膜对一级淡液进行二级浓缩，获得硫酸钠含量≥10g/L的二级浓缩液和TDS≤200mg/L的二级淡液，二级浓缩液可以与一级滤液相混合后被一级浓缩，而二级淡液回用于板框过滤；第二过滤膜采用纳滤膜。

图1为本实施例的白炭黑料液的处理系统的结构示意图。如图1所示的白炭黑料液的处理系统包括依次连接的酸化反应浆料罐510、板框过滤组件520、过滤单元以及膜浓缩单元；其中，过滤单元用于对白炭黑料液进行过滤并输出SDI≤5的滤液；膜浓缩单元用于对过滤单元输出的滤液进行膜浓缩并输出硫酸钠含量≥180g/L的膜浓缩液。

过滤单元包括采用对粒度≥3nm的颗粒物的拦截率≥97％的第一过滤介质对白炭黑料液进行一级过滤的第一过滤组件110；第一过滤介质采用超滤膜；第一过滤组件110优选但是不限于采用管式超滤膜组件。

膜浓缩单元包括第一膜浓缩组件210和第二膜浓缩组件220。

第一膜浓缩组件210对第一过滤组件110输出的一级滤液进行一级浓缩并输出硫酸钠含量≥180g/L的一级浓缩液和TDS≤1500mg/L的一级淡液；第一膜浓缩组件210采用高压纳滤膜组件；

第二膜浓缩组件220对一级淡液进行二级浓缩并输出硫酸钠含量≥10g/L的二级浓缩液和TDS≤200mg/L的二级淡液；第二膜浓缩组件220采用低压纳滤膜组件。

第一膜浓缩组件210和第二膜浓缩组件220优选但是不限于采用碟管式纳滤膜组件或卷式纳滤膜组件。

采用上述的处理系统的白炭黑料液的处理方法，将获得比采用其它处理系统的处理方法更好的经济效益。

实施例2

本实施例提供了白炭黑料液的处理方法的第二种具体实施方式以及白炭黑料液的处理系统的第二种具体实施方式，其中，所述白炭黑料液产生于沉淀法制备白炭黑的过程中，具体为对酸化反应料液进行板框过滤的滤液和洗水。

与实施例1相比的区别在于本实施例的白炭黑料液的处理方法中步骤(1)包括：

step1：采用对粒度≥30nm的颗粒物的拦截率≥99％的第二过滤介质对白炭黑料液进行二级过滤，获得浊度≤10NTU的二级滤液；第二过滤介质采用钛基材质的金属滤芯；

step2：采用对粒度≥3nm的颗粒物的拦截率≥97％的第一过滤介质对二级滤液进行一级过滤，获得SDI≤5的一级滤液；第一过滤介质采用超滤膜。

图2为本实施例的白炭黑料液的处理系统的结构示意图。与实施例1相比，本实施例的白炭黑料液的处理系统具有的区别是：如图2所示，过滤单元包括依次与板框过滤组件520连接的第二过滤组件120和第一过滤组件110。

第二过滤组件120采用对粒度≥30nm的颗粒物的拦截率≥99％的第二过滤介质对白炭黑料液进行二级过滤并输出浊度≤10NTU的二级滤液；第二过滤介质采用钛基材质的金属滤芯。

第一过滤组件110采用对粒度≥3nm的颗粒物的拦截率≥97％的第一过滤介质对二级滤液进行一级过滤，获得SDI≤5的一级滤液；第一过滤介质采用超滤膜。

实施例3

本实施例提供了白炭黑料液的处理方法的第三种具体实施方式以及白炭黑料液的处理系统的第三种具体实施方式，其中，所述白炭黑料液产生于沉淀法制备白炭黑的过程中，具体为对酸化反应料液进行板框过滤的滤液和洗水。

与实施例2相比的区别在于本实施例的白炭黑料液的处理方法进一步包括步骤(3)：对膜浓缩液进行蒸发浓缩，获得硫酸钠含量为280～320g/L的蒸发浓缩液。

图3为本实施例的白炭黑料液的处理系统的结构示意图。如图3所示，与实施例2相比，本实施例的白炭黑料液的处理系统进一步包括用于对膜浓缩单元输出的膜浓缩液进行蒸发浓缩并输出硫酸钠含量≥280g/L的蒸发浓缩液的蒸发浓缩单元300；蒸发浓缩单元300优选但是不限于采用MVR蒸发器。MVR是蒸汽机械再压缩技术(Mechanical VaporRecompression)的简称，MVR蒸发器是利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。

实施例4

本实施例提供了从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法的第一种具体实施方式(也即白炭黑料液的处理方法的第四种具体实施方式)以及白炭黑料液的处理系统的第四种具体实施方式，其中，所述白炭黑料液产生于沉淀法制备白炭黑的过程中，具体为对酸化反应料液进行板框过滤的滤液和洗水。

从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法包括步骤：

(1)对所述白炭黑料液进行过滤，获得SDI≤5的滤液；

(2)对滤液进行膜浓缩，获得硫酸钠含量≥180g/L的膜浓缩液；

(3)对膜浓缩液进行蒸发浓缩，获得硫酸钠含量为280～320g/L的蒸发浓缩液；

(4)析出蒸发浓缩液中的硫酸钠，即得到硫酸钠。

其中，步骤(1)包括：

step1：采用对粒度≥30nm的颗粒物的拦截率≥99％的第二过滤介质对白炭黑料液进行二级过滤，获得浊度≤10NTU的二级滤液；第二过滤介质采用钛基材质的金属滤芯；

step2：采用对粒度≥3nm的颗粒物的拦截率≥97％的第一过滤介质对二级滤液进行一级过滤，获得SDI≤5的一级滤液；第一过滤介质采用超滤膜。

步骤(2)包括：

step1：采用对硫酸钠的截留率≥96％、对氯化钠的透过率≥95％以及对二氧化硅的透过率≥85％的第一过滤膜对一级滤液进行一级浓缩，获得硫酸钠含量≥180g/L的一级浓缩液和TDS≤5000mg/L的一级淡液；第一过滤膜采用纳滤膜；

step2：采用第二过滤膜对一级淡液进行二级浓缩，获得硫酸钠含量≥10g/L的二级浓缩液和TDS≤200mg/L的二级淡液，二级浓缩液可以与一级滤液相混合后被一级浓缩，而二级淡液回用于板框过滤；第二过滤膜采用纳滤膜。

步骤(4)包括：

step1：对蒸发浓缩液进行冷冻结晶，析出十水硫酸钠；

step2：对十水硫酸钠进行蒸发结晶，得到硫酸钠；

step3：对硫酸钠进行干燥，得到高纯度硫酸钠。

图4为本实施例的白炭黑料液的处理系统的结构示意图。如图4所示，与实施例3相比，本实施例的白炭黑料液的处理系统进一步包括硫酸钠提取单元；硫酸钠提取单元包括依次与蒸发浓缩单元300连接的冷冻结晶组件410、蒸发结晶组件420和干燥组件430；其中，冷冻结晶组件410用于对蒸发浓缩单元300输出的蒸发浓缩液进行冷冻结晶并析出十水硫酸钠；蒸发结晶组件420用于对冷冻结晶组件410输出的十水硫酸钠进行蒸发结晶并得到硫酸钠；干燥组件430用于对蒸发结晶组件420输出的硫酸钠进行干燥并得到高纯度硫酸钠。

二级淡液、蒸发浓缩单元300产生的冷凝水以及蒸发结晶组件420产生的冷凝水首先存储于中间罐600中，然后回用到板框过滤或者直接排放。

第二过滤组件120拦截的渣液可以排入酸化反应浆料罐510参与反应，能够充分地提取二氧化硅。

经验证，以每天从硫酸钠含量为10g/L、体积为2400m³的白炭黑料液中回收60吨硫酸钠为例，采用实施例4的从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法以及白炭黑料液的处理系统的运行成本约为41760元/天，而省略过滤单元和膜浓缩单元的方法及系统的运行成本约为103200元，由此可见，本发明采用膜浓缩与蒸发浓缩的方法和系统每天可以节省6万左右的运行成本，显示出优异的经济效益。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法，所述白炭黑料液产生于沉淀法制备白炭黑的过程中，其特征在于：方法包括步骤：

(1)对所述白炭黑料液进行过滤，获得SDI≤5的滤液；

(2)对滤液进行膜浓缩，获得硫酸钠含量≥180g/L的膜浓缩液；

(3)对膜浓缩液进行蒸发浓缩，获得硫酸钠含量≥280g/L的蒸发浓缩液；

(4)析出蒸发浓缩液中的硫酸钠，即得到硫酸钠。

2.如权利要求1所述的从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法，其特征在于：所述白炭黑料液包括对酸化反应料液进行板框过滤的滤液和洗水。

3.如权利要求1所述的从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法，其特征在于：步骤(1)包括：采用对粒度≥3nm的颗粒物的拦截率≥97％的第一过滤介质对白炭黑料液进行一级过滤，获得SDI≤5的一级滤液。

4.如权利要求3所述的从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法，其特征在于：步骤(1)还包括：在一级过滤之前采用对粒度≥30nm的颗粒物的拦截率≥99％的第二过滤介质对白炭黑料液进行二级过滤，然后对二级过滤获得的浊度≤10NTU的二级滤液进行一级过滤。

5.如权利要求4所述的从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法，其特征在于：第一过滤介质采用超滤膜；并且/或者，第二过滤介质采用钛基材质的金属滤芯。

6.如权利要求3所述的从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法，其特征在于：步骤(2)包括：采用对硫酸钠的截留率≥96％的第一过滤膜对一级滤液进行一级浓缩，获得硫酸钠含量≥180g/L的一级浓缩液和TDS≤5000mg/L的一级淡液。

7.如权利要求6所述的从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法，其特征在于：步骤(2)还包括：采用第二过滤膜对一级淡液进行二级浓缩，获得硫酸钠含量≥10g/L的二级浓缩液和TDS≤200mg/L的二级淡液。

8.如权利要求7所述的从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法，其特征在于：第一过滤膜对氯化钠的透过率≥95％，对二氧化硅的透过率≥85％；并且/或者，第一过滤膜和/或第二过滤膜采用纳滤膜。

9.如权利要求6所述的从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法，其特征在于：步骤(3)为对一级浓缩液进行蒸发浓缩，获得硫酸钠含量为280～320g/L的蒸发浓缩液。

10.如权利要求1所述的从白炭黑料液中回收硫酸钠的方法，其特征在于：步骤(4)包括：

step1：对蒸发浓缩液进行冷冻结晶，析出十水硫酸钠；并且/或者，

step2：对十水硫酸钠进行蒸发结晶，得到硫酸钠。

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