RU2156734C1

RU2156734C1 - Method of silica filler production

Info

Publication number: RU2156734C1
Application number: RU2000107665A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Дружбин; Н.И. Карапира; И.О. Кузнецов; В.И. Чудновцев
Original assignee: Кузнецов Игорь Олегович
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2000-09-27

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: method involves preparing water glass solution, carbonization, hydrodynamic activation, soda removal by two variants, filtration, washing out, repeated hydrodynamic activation and spraying drying. EFFECT: high quality of silica filler, high output of process. 4 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к способам получения высокодисперсного диоксида кремния углекислотным методом. The invention relates to methods for producing highly dispersed silicon dioxide by the carbon dioxide method.

Известен способ получения диоксида кремния и, в частности, белой сажи путем карбонизации силикатных растворов, очистки суспензии диоксида кремния и сушки, при этом очистку диоксида кремния осуществляют обычно по двум вариантам:
а) путем обработки серной кислотой (см., например, SU 331031, SU 466849, SU 706324);
б) путем ионного обмена (см. , например, SU 331660, SU 829561, SU 1472443).A known method of producing silicon dioxide and, in particular, soot by carbonation of silicate solutions, purification of a suspension of silicon dioxide and drying, while the purification of silicon dioxide is usually carried out in two ways:
a) by treatment with sulfuric acid (see, for example, SU 331031, SU 466849, SU 706324);
b) by ion exchange (see, for example, SU 331660, SU 829561, SU 1472443).

Разработка новых способов получения диоксида кремния связана с повышением эффективности процесса, его интенсификации при обеспечении высокого качества целевого продукта при использовании его в качестве наполнителя синтетических, полимерных, резинотехнических и других материалов. На повышение качества наполнителя и интенсификацию процесса направлен, например, способ получения диоксида кремния, включающий карбонизацию раствора жидкого стекла углекислым газом до pH 9-10,5, гидродинамическую активацию суспензии, ее нейтрализацию серной кислотой, фильтрацию, промывку и сушку (RU, 2023664, 1994 г.). The development of new methods for producing silicon dioxide is associated with increasing the efficiency of the process, its intensification while ensuring the high quality of the target product when using it as a filler of synthetic, polymer, rubber and other materials. To improve the quality of the filler and to intensify the process, for example, a method for producing silicon dioxide is directed, including carbonization of a liquid glass solution with carbon dioxide to a pH of 9-10.5, hydrodynamic activation of a suspension, its neutralization with sulfuric acid, filtration, washing and drying (RU, 2023664, 1994).

По данному способу получают качественный наполнитель, однородный по своей структуре. According to this method, a high-quality filler is obtained, uniform in structure.

Известен также способ получения белой сажи высокого качества, включающий двухступенчатую карбонизацию раствора жидкого стекла углекислым газом в рециркуляционной системе, вначале до pH 9.8-10.6, очистку суспензии диоксида кремния от соды по двум вариантам, или сернокислотную, или ионообменную, промывку и подачу суспензии с pH 5-7 на распылительную сушку (SU, 1341159, 1987). There is also known a method for producing high-quality soot, including two-stage carbonization of a liquid glass solution with carbon dioxide in a recirculation system, initially to a pH of 9.8-10.6, cleaning the suspension of silicon dioxide from soda in two ways, or sulfuric acid, or ion exchange, washing and feeding the suspension with pH 5-7 for spray drying (SU, 1341159, 1987).

Однако чистота полученного продукта по сульфатам и окиси кальция недостаточна. However, the purity of the resulting product for sulfates and calcium oxide is insufficient.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего обеспечить высокое качество и чистоту целевого продукта, и при этом таким образом подобрать параметры процесса, чтобы очистка карбонизированной суспензии от соды была бы эффективной, как при использовании серной кислоты, так и при использовании ионообменных смол. The objective of the present invention is to develop a method that allows to ensure high quality and purity of the target product, and thus to select process parameters so that the cleaning of the carbonated suspension of soda would be effective, both when using sulfuric acid and when using ion-exchange resins.

Поставленная задача решалась лабораторно-опытным путем с отработкой оптимальных параметров и последовательности операций на промышленной установке производства белой сажи (БС-100 и БС-120). The problem was solved by laboratory and experimental methods with the development of optimal parameters and the sequence of operations in an industrial plant for the production of soot (BS-100 and BS-120).

Поставленная задача решается предложенным способом производства белой сажи, включающим приготовление раствора жидкого стекла, карбонизацию раствора углекислым газом, очистку суспензии диоксида кремния от соды, фильтрацию, промывку, сушку, причем приготовление раствора жидкого стекла ведут путем растворения в воде силикат-глыбы под избыточным давлением 0.57-0.59 МПа с последующим разбавлением водой до плотности 1.065-1.085 г/см³ и фильтрованием, карбонизацию ведут в одну стадию при 75 - 85^oC в течение 1.5-2 ч до pH суспензии 9.2-10.6, а перед очисткой от соды и перед распылительной сушкой суспензию подвергают обработке в гидроакустическом аппарате.The problem is solved by the proposed method for the production of white soot, including the preparation of a liquid glass solution, carbonization of the solution with carbon dioxide, purification of a suspension of silicon dioxide from soda, filtration, washing, drying, and the preparation of a solution of liquid glass is carried out by dissolving a silicate block in water under an excess pressure of 0.57 -0.59 MPa, followed by dilution with water to a density of 1.065-1.085 g / cm ³ and filtration, carbonation is carried out in one stage at 75 - 85 ^o C for 1.5-2 hours to a pH of suspension of 9.2-10.6, and before purification from Before spray drying, the suspension is processed in a sonar apparatus.

При этом сернокислую очистку суспензии от соды проводят путем обработки 92 -94 % серной кислотой до 5.0 - 8.5. In this case, the sulfate purification of the suspension from soda is carried out by treatment with 92 -94% sulfuric acid to 5.0 - 8.5.

При ионообменной очистке от соды предварительно суспензию фильтруют, промывают вначале кислым раствором после регенерации катионита, затем горячей водой и затем контактируют отмытую суспензию с плотностью не ниже 1.05 г/см³ с сильнокислотным катионитом.When ion-exchange cleaning from soda, the suspension is pre-filtered, first washed with an acidic solution after regeneration of the cation exchanger, then with hot water and then the washed suspension with a density of at least 1.05 g / cm ^{3 is} contacted with strongly acidic cation exchanger.

Пример 1. Example 1

В автоклав, заполненный технической водой, загружают силикат-глыбу и разваривают с помощью острого пара при избыточном давлении 0.58 МПа в течение 2.5 ч. Полученный раствор подвергают карбонизации предварительно очищенным углекислым газом известково-обжигательных печей с объемной долей CO₂ не менее 17%. Карбонизацию проводят 1.5-2.0 ч при 75-85^oC до pH суспензии 9.2-10.6. Расход печного газа на один карбонизатор 1000 - 1420 м³/ч, на два карбонизатора 1700-2400 м³/ч. Суспензию из карбонизатора насосом подают в гидроакустический аппарат, а затем в сборник суспензии.A silicate block is loaded into an autoclave filled with technical water and boiled with hot steam at an excess pressure of 0.58 MPa for 2.5 hours. The resulting solution is subjected to carbonization with pre-purified carbon dioxide of calcareous kilns with a volume fraction of CO _{2 of} at least 17%. Carbonization is carried out 1.5-2.0 hours at 75-85 ^o C to a pH of a suspension of 9.2-10.6. The consumption of furnace gas for one carbonizer 1000 - 1420 m ³ / h, for two carbonizers 1700-2400 m ³ / h. The suspension from the carbonizer is pumped into the sonar apparatus, and then into the suspension collector.

Из сборника суспензии суспензию подают в реактор периодического действия, где ее подвергают обработке 92-94%-ной кислотой до pH 5-7.5 для марки БС-100 или до pH 5-8.5 для марки БС-120. Взаимодействие с серной кислотой осуществляют при выдержке в реакторе в течение 10 мин. Далее очищенную от соды суспензию насосами подают на фильтрпрессы, где осадок отфильтровывают при избыточном давлении не более 0.5 МПа и промывают горячей водой с температурой до 60^oC при избыточном давлении 0.7 МПа в две стадии. На первой стадии оборотной водой в течение 15-20 мин, а затем горячей артезианской водой. Отмытый осадок с фильтрпрессов сбрасывают в смесители-репульпаторы и репульпируют водой до плотности не менее 1.05 г/см³.From the suspension collector, the suspension is fed to a batch reactor, where it is subjected to treatment with 92-94% acid to pH 5-7.5 for grade BS-100 or to pH 5-8.5 for grade BS-120. Interaction with sulfuric acid is carried out by exposure in the reactor for 10 minutes Then, the suspension purified from soda is pumped to the filter presses, where the precipitate is filtered off at an overpressure of not more than 0.5 MPa and washed with hot water at a temperature of up to 60 ^o C at an overpressure of 0.7 MPa in two stages. In the first stage, circulating water for 15-20 minutes, and then hot artesian water. The washed precipitate from the filter presses is discharged into repulpable mixers and repulped with water to a density of at least 1.05 g / cm ³ .

Из смесителей - репультаторов суспензию подают в гидроакустический аппарат для снятия вязкости суспензии и размола крупных частиц, затем через вибросита N 14-23 в напорные бачки сушилок. Из напорного бачка сушилки суспензия самотеком поступает на диск распылительного механизма. Сушильный агент получают в топке при сжигании природного газа. Сушку ведут при 750^oC. Высушенные частицы белой сажи вместе с абгазами, температура которых менее 140^oC, поступают на вход рукавных фильтров. Очищенные газы сбрасывают в атмосферу. Белую сажу из рукавных фильтров подают в циклоны, а затем в приемный бункер и на расфасовку.From mixers - repeaters, the suspension is fed into a hydroacoustic apparatus for removing the viscosity of the suspension and grinding large particles, then through vibrating screens No. 14-23 to the pressure tanks of dryers. From the pressure tank of the dryer, the suspension flows by gravity to the disk of the spray mechanism. A drying agent is obtained in a furnace by burning natural gas. Drying is carried out at 750 ^o C. Dried particles of white soot together with gases, the temperature of which is less than 140 ^o C, are fed to the inlet of bag filters. The purified gases are discharged into the atmosphere. White soot from bag filters is fed to cyclones, and then to the receiving hopper and packaging.

Пример 2. Example 2

Процесс осуществляют, как в примере 1, только очистку суспензии от соды проводят путем ионного обмена следующим образом. Суспензию из сборника подают на фильтрпрессы. После фильтрации осадок промывают кислыми регенеративными водами с ионообменной установки в течение 10-15 мин, а затем горячей водой также в течение 10-15 мин. Осадок выгружают в смесители-репульпаторы, где готовят суспензию с плотностью не ниже 1.05 г/см³, которую контактируют на ионообменной установке с сильно кислым катионитом в H⁺-форме. Катионит регенерируют серной кислотой, регенерированный катионит возвращают на сорбцию, а кислые регенерированные промывные воды направляют на первую стадию промывки осадка.The process is carried out as in example 1, only the suspension is removed from soda by ion exchange as follows. Suspension from the collection is served on filter presses. After filtration, the precipitate is washed with acidic regenerative waters from the ion-exchange unit for 10-15 minutes, and then with hot water for 10-15 minutes as well. The precipitate is discharged into repulpable mixers, where a suspension is prepared with a density of at least 1.05 g / cm ³ , which is contacted on an ion exchange apparatus with a strongly acidic cation exchange resin in the H ⁺ form. The cation exchange resin is regenerated with sulfuric acid, the regenerated cation exchange resin is returned to sorption, and the acidic regenerated wash water is sent to the first stage of washing the precipitate.

Далее процесс ведут, как в примере 1. Next, the process is conducted, as in example 1.

В результате осуществления способа получена белая сажа марки БС-120 со следующими характеристиками:
Массовая доля - 89%
Массовая доля влаги - 5,8%
Потери при прокаливании - 4,1%
Массовая доля оксидов железа - 0,15%
Массовая доля хлоридов - 0,15%
Массовая доля сульфатов - 0,25%
Массовая доля оксида кальция - 0,45%
pH водной вытяжки - 8,5%
Удельная адсорбция фенола - 140 м²/г
Таким образом, при осуществлении способа в объеме формулы изобретения повысилось качество продукта, обеспечена непрерывность технологического процесса, а также сокращены материальные и энергетические затраты.As a result of the implementation of the method received white carbon black brand BS-120 with the following characteristics:
Mass fraction - 89%
Mass fraction of moisture - 5.8%
Loss on ignition - 4.1%
Mass fraction of iron oxides - 0.15%
Mass fraction of chlorides - 0.15%
Mass fraction of sulfates - 0.25%
Mass fraction of calcium oxide - 0.45%
pH of an aqueous extract - 8.5%
Specific phenol adsorption - 140 m ² / g
Thus, when implementing the method within the scope of the claims, the quality of the product increased, the continuity of the process was ensured, and material and energy costs were reduced.

Claims

1. A method of producing white carbon black, including carbonization of a liquid glass solution with carbon dioxide, cleaning a suspension of the obtained silicon dioxide from soda with sulfuric acid or an ion exchange resin, filtering, washing, spray drying, characterized in that a liquid glass solution for carbonization is prepared by dissolving a silicate block in water under an excess pressure of 0.57 - 0.59 MPa, dilution with water to a density of 1.065 - 1.085 g / cm ³ and filtering the diluted solution, carbonation is carried out in one stage at 75 - 85 ^o C for 1.5 - 2 hours to pH suspension 9.2 - 10.6, before purification of soda and before spray drying a silica suspension is treated in a hydroacoustic apparatus.

2. The method according to claim 1, characterized in that the sulfuric acid purification of the suspension of silicon dioxide from soda is carried out by treatment with 92 - 94% sulfuric acid to a pH of 5.0 - 8.5.

3. The method according to claim 1, characterized in that the ion exchange purification of the suspension of silicon dioxide from soda is carried out by sequentially filtering it, washing the precipitate with an acidic solution after regeneration of cation exchange resin, washing with hot water and contacting the washed suspension with a density of at least 1.05 g / cm ³ with strongly acid cation exchanger.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the spray drying is carried out by the combustion products of natural gas, followed by trapping particles of soot in bag filters.