專利名稱：一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法
一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法技術領域
本發明屬于化工技術領域，具體來說涉及一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法。
背景技術
白炭黑又稱水合硅酸、水合二氧化硅、輕質二氧化硅，化學表達式一般寫成SiA ηΗ20，外觀為白色高度分散的無定形粉末或絮狀粉末。白炭黑可用于橡膠、塑料、油漆、油墨、農藥、醫藥、食品、飼料、造紙等行業，其最大用途是作橡膠的補強填料，用量占其總產量的75%以上。表征白炭黑性能的最重要的兩個指標是比表面積和DBP吸收值，隨其制造方法不同會有一定的差異。
氟硅酸作為磷化工生產過程的副產物，現有技術主要用于生產氟硅酸鈉，而氟硅酸鈉用途較為單一，其生產與銷售受到限制，經濟效益差，還在一定程度上浪費了有限的氟、硅資源。為此，圍繞氟硅酸的綜合利用，進行了許多研究，如中國專利200710066504. 3公開了 “一種對磷化工副產物氟硅酸綜合利用的方法”，氟硅酸加入帶強攪拌快散熱的容器中，攪拌下滴加氨水，或通入氣氨，經過濾、洗滌、干燥制得白炭黑，該方法滴加氨水會隨氨水一起帶入系統的大量水，通入氣氨則會因氣氨濃度高反應太快導致產品吸油值低。中國專利200710065876. 4公開了 “一種氟硅酸氨化制高補強性白炭黑的方法”，以氟硅酸和氨化劑(氨水或碳酸氫銨)為原料進行分步氨化反應，陳化、 過濾、洗滌、干燥制得白炭黑。該方法使用氨水進行氨化反應，隨氨水一起帶入系統的大量水，實現工業化會存在很多問題。200810239646. X公開了 “一種以氟硅酸為原料制備高補強白炭黑的規模化生產方法”，201010183204. 5公開了 “一種氟硅酸氨化連續制取白炭黑和氟化銨的方法”，這兩種方法一、二次沉淀反應同200710065876. 4 一樣使用氨水，存在和 200710065876. 4 一樣的問題。
上述與氟硅酸氨化制白炭黑有關的專利，其氨化劑基本都用到氨水。用氨水進行氨化反應，帶入系統大量水，實現工業化會帶來系統水不平衡、后續加工所需能耗較高等很多問題，這與國家倡導“節能降耗、低碳環保”的理念不相符。再者，上述專利都是實驗室專利，是否工業化未見報道，工業化能否生產出高吸油值、高比表面積的高補強性白炭黑還是未知數
發明內容
本發明的目的在于克服上述缺點而提供的一種工藝簡單、設備少、操作簡便、能耗低、生產成本低、氨化效果好且易于實現工業化生產的氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法。
本發明的一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，包括下述步驟(1) 一步氨化帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應釜中按其容量加入質量濃度為 12 30%的氟硅酸溶液，通入壓力為0. 03 0. 08Mpa、氨體積濃度為30 80%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應溫度在20 80°C，攪拌速率在30 60rpm，反應至PH值為 4.0 6.0，得一步氨化液；(2)二步氨化所得一步氨化液進入帶攪拌器及冷卻裝置的二步氨化反應釜，通入壓力為0. 03 0. 08Mpa、氨體積濃度為30% 80%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應溫度在30 70°C，攪拌速率在20 60rpm，反應至PH值為8. 5 9. 8，得白炭黑料漿；(3)陳化將白炭黑料漿送入陳化槽陳化1 3小時；(4)過濾將得到的陳化液送去壓濾機過濾，過濾得白炭黑濾餅和氟化銨溶液；(5)洗滌將過濾得到的白炭黑濾餅進行五次逆流洗滌，一洗液和氟化銨濾液合并送入氟化銨母液貯槽，第二至五次的洗液分別進入相應的貯槽中，用于下一次的第一至四次洗滌，第五次洗滌用清水；(6)干燥經五次洗滌得到的白炭黑濾餅送入干燥工段，通過離心噴霧干燥得到白炭黑女口廣 PFt ο
上述的一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，其中一、二步氨化采用連續進料方法為向帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應釜連續進質量濃度為12 30%的氟硅酸溶液，向帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應釜、二步氨化反應釜連續進壓力為0. 03 0. 08Mpa、氨體積濃度為30 80%的氣氨與壓縮空氣的混合氣，控制一、二步氨化反應溫度在20 80°C，攪拌速率分別為30 60rpm、20 60rpm ；在一步氨化反應釜里反應至物料 PH值為4. 0 6. 0時引入二步氨化反應釜，二步氨化反應釜的物料反應至PH值為8. 5 9. 8時，得白炭黑料漿。
本發明與現有技術相比，具有明顯的有益效果，從以上技術方案可知本發明關鍵是將壓縮空氣與氣氨混合稀釋后作為氨化劑，來改進氟硅酸氨化反應，提高白炭黑產品的 DBP吸收值和比表面積，本發明得到的白炭黑產品，其DBP吸收值為2. (Γ3. 5cm3/g,比表面積為120l80m2/g。其原料氟硅酸的質量濃度為12 30%，經過濾洗滌得到的氟化銨母液的質量濃度為17 42%，該氟化銨母液經真空濃縮、冷卻結晶、離心過濾制得氟化銨產品， 也可加工成多種含氟化合物，如氟化氫銨、氟化鈉、氟化鉀、氟化鋁、冰晶石、氫氟酸、無水氟化氫等。
由于利用氟硅酸和氣氨與壓縮空氣的混合氣為原料制備生產白炭黑的過程中，未帶入大量水進系統，得到了高濃度的氟化銨母液，這對于氟化銨母液的后續加工是非常有利的，可有效降低氟化銨母液后續加工所需能耗，符合國家倡導的“節能降耗、低碳環保”的理念。
具體實施方式

實施例1一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，包括下述步驟(1)一步氨化帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應釜中加入20m3質量濃度為12%的氟硅酸溶液，連續通入壓力為0. 03Mpa、氨體積濃度為30%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應溫度在20 60°C，攪拌速率在50rpm，反應至PH值為4. 0，得一步氨化液；(2)二步氨化所得的一步氨化液進入帶攪拌器及冷卻裝置的二步氨化反應釜，連續通入壓力為0. 03Mpa、氨體積濃度為30%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應溫度在 30 60°C，攪拌速率在40rpm，反應至PH值為9. 0，得白炭黑料漿；(3)陳化將白炭黑料漿送入陳化槽陳化3小時；(4)過濾將得到的陳化液送去壓濾機過濾，過濾得白炭黑濾餅和氟化銨溶液；(5)洗滌將過濾得到的白炭黑濾餅進行五次逆流洗滌，一洗液和氟化銨濾液合并得質量濃度為17%的氟化銨母液，送入氟化銨母液貯槽，第二至五次的洗液分別進入相應的貯槽中，用于下一次的第一至四次洗滌，第五次洗滌用清水；(6)干燥經五次洗滌得到的白炭黑濾餅送入干燥工段，通過離心噴霧干燥得到白炭黑產品，其DBP吸收值為2. 3cm7g，比表面積為180m2/g。
實施例2一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，包括下述步驟(1)一步氨化帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應釜中加入20m3質量濃度為18%的氟硅酸溶液，連續通入壓力為0. 05Mpa、氨體積濃度為50%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應溫度在40 80°C，攪拌速率在30rpm，反應至PH值為4. 5，得一步氨化液；(2)二步氨化一步氨化液進入帶攪拌器及冷卻裝置的二步氨化反應釜，連續通入壓力為0. 05Mpa、氨體積濃度為50%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應溫度在40 65°C，攪拌速率在20rpm，反應至PH值為8. 5，得白炭黑料漿；(3)陳化將白炭黑料漿送入陳化槽陳化2小時；(4)過濾將得到的陳化液送去壓濾機過濾，過濾得白炭黑濾餅和氟化銨溶液；(5)洗滌將過濾得到的白炭黑濾餅進行五次逆流洗滌，一洗液和氟化銨濾液合并得質量濃度為26 %的氟化銨母液，送入氟化銨母液貯槽，第二至五次的洗液分別進入相應的貯槽中，用于下一次的第一至四次洗滌，第五次洗滌用清水；(6)干燥經五次洗滌得到的白炭黑濾餅送入干燥工段，通過離心噴霧干燥得到白炭黑產品，其DBP吸收值為2. 8cm7g，比表面積為200m2/g。
實施例3一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，包括下述步驟(1)一、二步氨化連續進料向帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應釜連續進質量濃度為30%的氟硅酸溶液，向帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應釜、二步氨化反應釜連續進壓力為0. 08Mpa、氨體積濃度為80%的氣氨與壓縮空氣的混合氣，控制一、二步氨化反應溫度在50 70°C，攪拌速率分別為60rpm、60rpm ；在一步氨化反應釜里反應至物料PH值為 6. 0時引入二步氨化反應釜，二步氨化反應釜的物料反應至PH值為9. 8時，得白炭黑料漿；(2)陳化經一、二步氨化連續進料反應得到的PH值為9.8的白炭黑料漿送入陳化槽陳化1小時；(3)過濾將得到的陳化液送去壓濾機過濾，過濾得白炭黑濾餅和氟化銨溶液；(4)洗滌將過濾得到的白炭黑濾餅進行五次逆流洗滌，一洗液和氟化銨濾液合并得質量濃度為42%的氟化銨母液，送入氟化銨母液貯槽，第二至五次的洗液分別進入相應的貯槽中，用于下一次的第一至四次洗滌，第五次洗滌用清水；(5)干燥經五次洗滌得到的白炭黑濾餅送入干燥工段，通過離心噴霧干燥得到白炭黑產品，其DBP吸收值為3. 3cm7g，比表面積為250m2/g。
本發明所述并不限于具體實施方式
中所述的實施例，本領域技術人員根據本發明的技術方案得出其它的實施方式，同樣屬于本發明的技術創新范圍。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，包括下述步驟(1)一步氨化帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應釜中按其容量加入質量濃度為 12 30%的氟硅酸溶液，通入壓力為0. 03 0. 08Mpa、氨體積濃度為30 80%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應溫度在20 80°C，攪拌速率在30 60rpm，反應至PH值為 4.0 6.0，得一步氨化液；(2)二步氨化所得一步氨化液進入帶攪拌器及冷卻裝置的二步氨化反應釜，通入壓力為0. 03 0. 08Mpa、氨體積濃度為30% 80%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應溫度在30 70°C，攪拌速率在20 60rpm，反應至PH值為8. 5 9. 8，得白炭黑料漿；(3)陳化將白炭黑料漿送入陳化槽陳化1 3小時；(4)過濾將得到的陳化液送去壓濾機過濾，過濾得白炭黑濾餅和氟化銨溶液；(5)洗滌將過濾得到的白炭黑濾餅進行五次逆流洗滌，一洗液和氟化銨濾液合并送入氟化銨母液貯槽，第二至五次的洗液分別進入相應的貯槽中，用于下一次的第一至四次洗滌，第五次洗滌用清水；(6)干燥經五次洗滌得到的白炭黑濾餅送入干燥工段，通過離心噴霧干燥得到白炭黑女口廣 PFt ο
2.如權利要求1所述的一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，其中一、二步氨化采用連續進料方法為向帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應釜連續進質量濃度為12 30% 的氟硅酸溶液，向帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應釜、二步氨化反應釜連續進壓力為 0. 03 0. 08Mpa、氨體積濃度為30 80%的氣氨與壓縮空氣的混合氣，控制一、二步氨化反應溫度在20 80°C，攪拌速率分別為30 60rpm、20 60rpm ；在一步氨化反應釜里反應至物料PH值為4.0 6.0時引入二步氨化反應釜，二步氨化反應釜的物料反應至PH值為 8. 5 9. 8時，得白炭黑料漿。
全文摘要
本發明公開了一種氟硅酸氣氨化制備白炭黑的方法，包括帶攪拌器及冷卻裝置的一步氨化反應釜中按其容量加入質量濃度為12～30％的氟硅酸溶液，通入壓力為0.03～0.08MPa、氨體積濃度為30～80%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應溫度在20～80℃，攪拌速率在30～60rpm，反應至pH值為4.0～6.0，得一步氨化液；然后進入帶攪拌器及冷卻裝置的二步氨化反應釜，通入壓力為0.03～0.08MPa、氨體積濃度為30%～80%的氣氨和壓縮空氣的混合氣，控制氨化反應溫度在30～70℃，攪拌速率在20～60rpm，反應至pH值為8.5～9.8，得白炭黑料漿；經陳化、過濾、洗滌、干燥得到白炭黑產品。本發明工藝簡單、設備少、操作簡便、能耗低、生產成本低、氨化效果好且易于實現工業化生產。
文檔編號C01B33/12GK102491342SQ201110358118
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者劉松林, 張啟云, 湯仁恒, 駱吉林 申請人:貴州甕福藍天氟化工股份有限公司