TW201400413A - 包含強力壓實步驟之沉澱矽石之製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種製造沉澱矽石之方法，其包含使矽酸鹽與酸化劑反應以獲得沉澱矽石懸浮液，隨後進行分離步驟以獲得濾餅及進行乾燥該濾餅之步驟，在該方法中在分離步驟與乾燥步驟之間進行在大於10巴之壓力下壓實該濾餅之步驟。

Description

包含強力壓實步驟之沉澱矽石之製造方法

本發明係關於一種製造沉澱矽石之改良方法。

已知使用沉澱矽石作為催化劑載體、活性材料吸收劑(詳言之液體載劑，例如用於食品，諸如維生素(詳言之維生素E)、氯化膽鹼)、黏性劑、調質劑或防結塊劑、用於電池隔板之成分、牙膏或紙張添加劑。

沉澱矽石亦可用作聚矽氧基質(例如用於塗佈電纜)中或基於聚合物之天然或合成組合物(詳言之彈性體，尤其為二烯彈性體)中之補強填料，舉例而言用於鞋底、覆地板物、氣體障壁、阻燃劑材料，以及工業部件，諸如纜道滾筒、家用電器密封件、液體或氣體管密封件、制動系統密封件、外鞘、電纜及傳輸帶。

沉澱矽石一段時間以來尤其用作彈性體中且詳言之輪胎中之補強白色填料。

沉澱矽石一般藉由以下製造：在矽酸鹽(詳言之鹼金屬矽酸鹽)與酸化劑之間進行沉澱反應，隨後藉助於過濾進行分離步驟以獲得濾餅且通常進行洗滌該濾餅之步驟，接著視情況進行用於崩解該濾餅之步驟及該濾餅之乾燥步驟(例如藉由霧化)。

在目前先進技術之方法中，能量消耗較高。乾燥為能量消耗之主要原因，且因此代表相對較高成本。

因此，需要降低能量消耗，且因此例如在乾燥操作之情況下需 要降低能量消耗。

因此，本發明之一目標為提供一種可能限制能量成本(詳言之就乾燥而言)的製造沉澱矽石之方法。

本發明之一目標由提供一種可能限制乾燥時間的製造沉澱矽石之方法組成。

本發明之一目標尤其為提供製造沉澱矽石之已知方法的替代方法，其具有成本效益且容易進行。

本發明之一目標較佳由提供一種可能降低乾燥期間之能量消耗的方法組成，詳言之相對於目前先進技術之方法降低能量消耗，且一般降低至少約15%，詳言之降低至少約20%，例如至少約25%。

本發明之一目標較佳由提供一種可能提高製造沉澱矽石之方法之生產率的方法組成，詳言之提高乾燥步驟期間之生產率，詳言之相對於目前先進技術之方法提高生產率，一般提高至少約20%，詳言之提高至少約25%，例如提高至少約30%。

因此，本發明係關於一種製造沉澱矽石之方法，其包含使矽酸鹽與酸化劑反應以獲得沉澱矽石懸浮液，隨後進行分離步驟以獲得濾餅及進行乾燥該濾餅之步驟，且其中在分離步驟與乾燥步驟之間進行在大於10巴之壓力下壓實該濾餅之步驟。

詳言之，本發明方法因此包含以下步驟：-使至少一種矽酸鹽與至少一種酸化劑反應(沉澱反應)，以獲得沉澱矽石懸浮液，-進行固體-液體分離步驟，更特定言之過濾步驟，以獲得固體產物，亦稱為「濾餅」，-該濾餅在大於10巴之壓力下經歷壓實步驟，及-乾燥由此獲得之經壓實濾餅。

本發明方法之特定步驟由在高壓下之壓實步驟組成，該步驟與 該方法之其他步驟組合，可能自在沉澱及分離步驟結束時獲得之濾餅除去大量水。

與該方法之其他步驟組合，該高壓壓實操作接著可能在乾燥步驟之前提高產物之乾物含量。隨後會經歷乾燥之產物含有更少水，可在後續乾燥步驟中節約能量。

相對於目前先進技術之方法，實施本發明方法可能尤其在乾燥步驟期間降低能量消耗且提高生產率，一般提高至少約20%，較佳提高至少約25%，例如提高至少約30%，詳言之提高至少約35%，有利的是同時不會使所獲得之沉澱矽石之特性劣化，詳言之其分散性，尤其在彈性體中。

壓實濾餅之步驟詳言之可能移除水。濾餅壓得愈實，移除之水愈多，且該濾餅之乾物含量因此增加愈多。

該步驟可使用熟習此項技術者已知之技術進行。其宜在配備有壓實構件之過濾器上進行，其中壓實壓力相對較高。其可在過濾結束時進行，在視情況選用之洗滌步驟結束之後或接近結束時進行，舉例而言，在壓濾機上藉由對膜狀板之膜充氣來進行。

在本發明方法中，壓實步驟在大於10巴之壓力下，較佳在至少20巴之壓力下進行。

根據本發明方法之一個實施例，壓實步驟在大於10巴且小於60巴，較佳包含於15巴與45巴之間，詳言之在20巴與45巴之間，詳言之在20巴與35巴之間之壓力下進行。

此步驟宜在包含於20巴與30巴之間之壓實壓力下進行。舉例而言，該壓力可為約25巴。

在本發明方法之情況下，一般較佳在不超過45巴、詳言之不超過35巴之壓力下進行此壓實步驟。實際上，在過高壓力下，濾餅可發生劣化且因此無法產生具有令人滿意之品質的沉澱矽石粒子。

壓實步驟可視情況在如過濾步驟期間所用之相同過濾器上進行。在一些情形下，過濾步驟、視情況選用之洗滌步驟及壓實步驟可由單個分離步驟組成，該單個分離步驟包含過濾、視情況選用之洗滌(例如使用水)及在配備有壓實構件之過濾器(諸如壓濾機)上進行的強力最終壓實。

一般而言，在指定壓力下壓實步驟之時間長度為至少200秒，較佳包含於300秒與600秒之間。

在壓實步驟結束時所獲得之產物較佳具有至少25 wt%之乾物含量(或乾燥度或固體含量值)，詳言之包含於25 wt%與40 wt%之間，舉例而言在25 wt%與35 wt%之間。

在壓實步驟結束時所獲得之產物宜具有至少28 wt%之乾物含量，詳言之包含於28 wt%與35 wt%之間，舉例而言在28 wt%與32 wt%之間。此乾物含量可為至少29 wt%，詳言之至少30 wt%，且詳言之包含於29 wt%與35 wt%之間，舉例而言在29 wt%與32 wt%之間。

本發明方法係關於一種用於沉澱矽石之合成方法，亦即，首先進行沉澱步驟，其中至少一種酸化劑與至少一種矽酸鹽反應，而不限於特定類型之沉澱矽石。

詳言之，可進行本發明方法以製造如根據例如描述於申請案EP 0 520 862、EP 0 670 813、EP 0 670 814、EP 0 917 519、WO 95/09127、WO 95/09128、WO 98/54090、WO 03/016215、WO 2009/112458及WO 2012/010712中之方法所獲得之沉澱矽石。

在本發明方法中，藉由使矽酸鹽與酸化劑反應進行之沉澱反應可使用任何製造方法進行，詳言之藉由在矽酸鹽起動器上添加酸化劑；或藉由在水起動器上同時添加全部或部分酸化劑及矽酸鹽，或矽酸鹽或酸化劑。

酸化劑及矽酸鹽之選擇以本身熟知之方式進行。所用酸化劑一 般為強無機酸，諸如硫酸、硝酸或鹽酸，或有機酸，諸如乙酸、甲酸或碳酸。

在沉澱步驟結束時，獲得沉澱矽石之懸浮液(或漿料)，可視情況向其中添加各種添加劑，該懸浮液隨後經分離。

根據本發明之一個特定實施例，前述分離步驟由固體-液體分離步驟組成。該步驟較佳由過濾步驟組成，在過濾步驟結束時獲得濾餅，適用時隨後進行洗滌該濾餅之步驟。

過濾可使用任何適合之方法進行，例如使用壓濾機或帶濾機或真空旋轉過濾器。

所獲得之濾餅隨後經歷上述壓實步驟。壓實步驟宜藉由在配備有壓實構件之過濾器上在前述壓力下洗滌來進行。其可在過濾結束時進行，在視情況選用之洗滌步驟結束之後或接近結束時進行，例如在壓濾機上藉由使膜狀板之膜充氣來進行。

在本發明方法之情況下，在壓實步驟結束時所獲得之濾餅隨後經歷乾燥步驟。

熟習此項技術者所熟知之任何乾燥構件均可用於乾燥固體。

在本發明方法之乾燥步驟期間使用之乾燥技術較佳不為霧化方法。舉例而言，可能使用環式乾燥器類型之乾燥器。乾燥可使用加熱流進行，詳言之在流化床或環式乾燥器中進行。

根據一個極佳實施例，本發明方法並不包含崩解步驟，詳言之在壓實步驟(或如下文所指示之視情況選用之塊破碎步驟)與乾燥步驟之間。因此，此實施例包含不經由中間崩解步驟直接乾燥濾餅，且一般而言，本發明之相應方法的乾燥步驟隨後不藉由霧化進行。

根據一個非較佳實施例，本發明方法可包含崩解在壓實步驟(或如下文所指示之視情況選用之塊破碎步驟)結束時所獲得之濾餅的步驟。崩解步驟為流化或液化操作，其中濾餅被製成液體，在懸浮液中 發現沉澱矽石。一般而言，此操作尤其可能降低欲隨後乾燥之懸浮液的黏度。此操作因此可藉由使濾餅經受化學作用來進行，例如藉由添加鋁化合物(諸如鋁酸鈉)及/或酸，較佳結合機械作用(例如，藉由通過持續攪拌之槽或在膠體型研磨機中)。乾燥步驟隨後一般藉由霧化進行。為此，可使用任何適合類型之霧化器，詳言之使用液壓或兩種流體的渦輪霧化器，較佳為噴嘴霧化器。更特定言之，隨後可獲得之沉澱矽石採取實質上球形珠粒(微珠)之形式，較佳具有至少80 μm之平均尺寸。

根據一個替代實施例，本發明方法可在壓實步驟與乾燥步驟(或視情況選用之崩解步驟)之間包含塊破碎步驟。

此視情況選用之步驟由粉碎由壓實步驟產生之濾餅組成，且可能降低該濾餅之粒度。舉例而言，此步驟可使用Gericke「Nibleur」工具進行，其中迫使濾餅經過具有小於20 mm之直徑、較佳具有包含於2 mm與14 mm之間之尺寸之格柵。此塊破碎步驟亦可使用Wyssmont工具進行，諸如「Rotocage Lumpbreaker」、「double Rotocage Lumpbreaker」或「Triskelion Lumpbreaker」。

較佳地，尤其當本發明方法不包含崩解步驟或霧化乾燥步驟時，在乾燥步驟結束時所獲得之沉澱矽石採取顆粒(舉例而言，實質上圓筒形)或粉末形式。

在所有情況下，在乾燥步驟結束時，可視情況對回收之產物進行研磨步驟。

同樣，經乾燥之產物(尤其當其採取粉末形式時)或經研磨之產物可視情況經歷聚結步驟，該步驟例如由以下組成：直接壓縮、濕法造粒(亦即使用諸如水、矽石懸浮液等黏合劑)、擠壓或較佳選用之乾式壓實。當使用最後一種技術時，可適時地使粉末狀產物脫氣(操作亦稱為預壓緊或除氣)，以除去其中所包括之空氣且確保更規則壓實。 可在此聚結步驟結束時獲得之沉澱矽石一般採取顆粒形式。

一般而言，當使用本發明方法獲得之沉澱矽石採取顆粒形式時，詳言之在乾燥步驟結束時，該等顆粒尤其沿其最大軸具有至少1 mm之尺寸，詳言之包含於1 mm與10 mm之間，例如在1 mm與8 mm之間；且小於75 μm之粒子之含量較佳小於5 wt%。

當使用本發明方法獲得之沉澱矽石採取粉末形式時，該粉末一般具有包含於5 μm與60 μm之間之平均尺寸。

以下實例說明本發明，但不限制其範疇。

實例 實例1(參考)

所用沉澱矽石懸浮液(S)為Z1165MP矽石漿料，其由沉澱反應產生，具有以下特徵：溫度：60℃

pH：4.4-5.2

濕度：90%

矽石懸浮液S在壓濾機上經過濾及洗滌，隨後在同一過濾器上於8巴之壓力下經歷壓實。所產生之矽石濾餅具有23.5 wt%之固體含量。

矽石濾餅隨後藉由通過配備有8 mm格柵之Nibleur工具(Gericke)經塊破碎。

經塊破碎之矽石濾餅隨後由輸送帶以8 kg/h饋送至環式乾燥器(GEA Barr Rosin)中。乾燥器之輸入溫度經設定為305℃，且輸出溫度經設定為130℃。

輸出產物為濕度等於6.4%之呈粉末形式之沉澱矽石。

所獲得之沉澱矽石具有使得其孔隙體積比率V2/V1(由直徑包含於175 Å與275 Å之間之孔隙組成之孔隙體積/由直徑小於或等於400 Å 之孔隙組成之孔隙體積，該等孔隙體積係藉由汞壓孔率測定法量測，該等孔隙直徑由Washburn關係式計算，其中接觸角θ等於130°，且表面張力γ等於484達因/公分或N/m(Micromeritics Autopore IV 9500壓孔率測定儀))為54%之孔隙體積分佈。

實例2(根據本發明)

沉澱矽石懸浮液S以與實例1中相同之方式經過濾及洗滌。

在洗滌結束時，在25巴之壓力下藉由使壓濾機膜狀板之膜充氣對濾餅施加壓實。所獲得之矽石濾餅具有30 wt%之固體含量。

矽石濾餅隨後藉由通過配備有8 mm格柵之Nibleur工具(Gericke)經塊破碎。

經塊破碎之矽石濾餅隨後經輸送帶以9 kg/h饋送至環式乾燥器(GEA Barr Rosin)中。乾燥器之輸入溫度經設定為300℃，且輸出溫度經設定為131℃。

輸出產物為濕度等於7.1%之呈粉末形式之沉澱矽石。

相對於實例1，可見29%之能量增益，以及39%之相關生產率增益。

除具有接近於實例1中所獲得之沉澱矽石之孔隙體積比率的孔隙體積比率V2/V1(56%)之外，沉澱矽石亦具有與實例1中所獲得之沉澱矽石類似之分散性。

此處包含於25巴之壓力下進行之壓實步驟的本發明方法可能在乾燥期間節省能量且提高生產率。

Claims (12)

1. 一種製造沉澱矽石之方法，其包含使至少一種矽酸鹽與酸化劑反應以獲得沉澱矽石懸浮液，隨後進行分離步驟以獲得濾餅及進行該濾餅之乾燥步驟，在該分離步驟與該乾燥步驟之間進行在大於10巴之壓力下壓實該濾餅之步驟。
2. 如請求項1之方法，其中該壓實步驟係在大於10巴且小於60巴，較佳包含於15巴與45巴之間之壓力下進行。
3. 如請求項1之方法，其中該壓實步驟係在至少20巴，較佳包含於20巴與35巴之間之壓力下進行。
4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中在該壓實步驟結束時所獲得之產物具有至少25 wt%，詳言之包含於25 wt%與40 wt%之間，例如在25 wt%與35 wt%之間之乾物含量。
5. 如請求項1至3中任一項之方法，其中在該壓實步驟結束時所獲得之產物具有至少28 wt%，詳言之包含於28 wt%與35 wt%之間，例如在29 wt%與32 wt%之間之乾物含量。
6. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該壓實步驟係在配備有壓實構件之過濾器上進行。
7. 如請求項1至3中任一項之方法，其不包含崩解步驟。
8. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該乾燥步驟不藉由霧化進行。
9. 如請求項1至3中任一項之方法，其中在該壓實步驟與該乾燥步驟之間進行塊破碎步驟。
10. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該分離步驟由過濾步驟組成，適用時隨後進行洗滌步驟。
11. 如請求項1至3中任一項之方法，其中由該乾燥步驟產生之產物 經受研磨步驟。
12. 如請求項1至3中任一項之方法，其中由該乾燥步驟產生或由該視情況選用之研磨步驟產生之產物經受聚結步驟。