煤灰渣酸浸提取氧化鋁后的殘渣制備納米白炭黑的方法
【專利說明】煤灰渣酸浸提取氧化錯后的殘渣制備納米白炭黑的方法 (-)技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種煤灰渣酸浸提取氧化侶后的殘渣制備納米白炭黑的方法，特別是 設(shè)及用二氧化碳沉淀法制備納米白炭黑的方法。 (二）【背景技術(shù)】 陽00引 白炭黑（Si〇2 ?址2〇)是一種高度分散的無定形粉末，納米白炭黑呈現(xiàn)絮狀或網(wǎng)絡(luò) 狀結(jié)構(gòu)，粒徑1~lOOnm。納米白炭黑W其優(yōu)良的分散性、多孔性、電絕緣性、穩(wěn)定性、補強性 和增稠性，廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、醫(yī)藥、復(fù)合材料、電子和日用化工等行業(yè)。
[0003] 納米白炭黑的主要生產(chǎn)方法有氣相燃燒法、化學(xué)沉淀法和溶膠-凝膠法。近年來， W煤炭固體廢棄物為原料制備白炭黑的研究逐漸增多。中國專利申請CN 101993084 A公 開"一種粉煤灰制備二氧化娃和氧化侶的方法"，W粉煤灰為原料，使用氧化巧苛化碳酸鋼 后得到氨氧化鋼溶液，在高溫高壓與粉煤灰反應(yīng)生成娃酸鋼液和脫娃粉煤灰固體，其中娃 酸鋼液經(jīng)碳分得二氧化娃。中國專利申請CN 102701221 A公開"一種煤桿石制備納米白炭 黑的方法"，使用硝酸先脫除煤桿石中大部分金屬氧化物，再將煤桿石和氣化鋼混合后滴加 濃硫酸得到四氣化娃氣體，通入含表面活性劑的水中發(fā)生水解反應(yīng)生成娃凝膠，再經(jīng)清洗、 干燥得納米白炭黑產(chǎn)品。
[0004] W上所述各種方法中，氣相法能耗較高，原料昂貴，技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備要求高；溶 膠-凝膠法在凝膠干燥過程中粒子的形狀和尺寸無法精確控制；而沉淀法具有設(shè)備簡單， 分散劑、原料廉價易得，投資規(guī)模小等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)上被廣泛應(yīng)用。 (H)
【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]本發(fā)明的目的在于提供一種煤灰渣酸浸提取氧化侶后的殘渣制備納米白炭黑的 方法。W提侶殘渣為娃原料，有效利用碳酸鋼賠燒生成的娃酸鋼和二氧化碳，在一定條件下 制備納米白炭黑。不僅可W提高煤灰渣的附加值，也有利于降低現(xiàn)有方法制備納米白炭黑 的原材料成本和生產(chǎn)成本。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] 一種煤灰渣酸浸提取氧化侶后的殘渣制備納米白炭黑的方法，所述方法包括如下 步驟：
[000引 （1)取煤灰渣酸浸提取氧化侶后的殘渣，檢測其中二氧化娃的含量，然后向所述殘 渣中加入碳酸鋼固體，研磨（一般研磨至粒徑為0. 074mmW內(nèi)，只要稍加研磨即可，物料粒 度對實驗效果并無特別影響）并混合均勻后，在830~930°C下賠燒0. 5~地，收集賠燒固 體產(chǎn)物和賠燒氣體產(chǎn)物（主要為產(chǎn)生的C02氣體，含少量水蒸汽及少量碳酸鋼揮發(fā)物，常規(guī) 方法收集即可），將收集的賠燒固體產(chǎn)物置于蒸饋水中，在60~100°C下浸出0. 5~化，之 后經(jīng)固液分離、洗涂，得到娃酸鋼溶液（固液分離所得液體）和含侶水浸渣（固液分離所得 固體）；
[0009]所述煤灰渣酸浸提取氧化侶后的殘渣中含有的二氧化娃與所添加的碳酸鋼的物 質(zhì)的量之比為1 :〇. 95~1. 12 ;所述蒸饋水的體積用量w賠燒固體產(chǎn)物的質(zhì)量計為10~ 30L/kg;
[0010] (2)取步驟（1)得到的娃酸鋼溶液，先檢測其中Si〇2的濃度，再調(diào)節(jié)SiO2的濃度 至0. 25~0. 35mol/l，然后將娃酸鋼溶液溫度控制在60~90°C，添加表面活性劑、分散劑， 得到混合液；將步驟（1)收集的賠燒氣體產(chǎn)物進(jìn)行水洗、干燥后，通入所得混合液中，通氣 速率（氣體流速/混合液體積）為0. 5~5min1;當(dāng)混合液抑=7. 5~8時停止通氣，靜 置陳化1~化，過濾并洗涂沉淀物，再將沉淀物與正下醇混合并加熱至共沸溫度（117°C)， 保溫10~30min，之后直接烘干得到納米白炭黑；
[0011] 所述表面活性劑為聚乙二醇10000 (PEG)、十二烷基苯橫酸鋼或正下醇，所述表面 活性劑的添加質(zhì)量W濃度調(diào)節(jié)后的娃酸鋼溶液體積計為0. 1~0. 4g/L;所述分散劑為氯化 鋼或艦化鋼，所述分散劑的添加質(zhì)量W濃度調(diào)節(jié)后的娃酸鋼溶液體積計為0. 1~0. 4g/L。
[0012] 本發(fā)明制備方法得到的納米白炭黑產(chǎn)品的一次粒徑為10~lOOnm。
[0013] 本發(fā)明所述煤灰渣酸浸提取氧化侶后的殘渣是一種高娃殘渣，由于酸浸浸出煤 灰渣中的大部分金屬元素，其特點是娃含量較高，侶和鐵含量較低。所述煤灰渣酸浸提取 氧化侶后的殘渣按如下方法獲?。涸诔悍磻?yīng)容器中加入硫酸溶液和含侶煤灰渣，加熱至 100~140°C浸潰1~化，過濾并洗涂固體殘渣，烘干后得到所述煤灰渣酸浸提取氧化侶后 的殘渣；所述硫酸濃度為5~12mol/l，所述硫酸溶液的體積用量W所述含侶煤灰渣的質(zhì)量 計為2~化/kg。
[0014] 本發(fā)明所述制備納米白炭黑的方法，步驟（1)中，檢測煤灰渣酸浸提取氧化侶后 的殘渣中二氧化娃的含量使用氣娃酸鐘容量法《GB/T27974-2011建材用粉煤灰及煤桿石 化學(xué)分析方法》。
[0015] 步驟（1)中，優(yōu)選所述煤灰渣酸浸提取氧化侶后的殘渣中含有的二氧化娃與所添 加的碳酸鋼的物質(zhì)的量之比為1 :〇. 95~1. 05;優(yōu)選所述賠燒溫度為850~900°C，賠燒時 間為1. 5~化；優(yōu)選賠燒固體產(chǎn)物在蒸饋水中的浸出溫度為80~100°C。
[0016] 所述步驟（2)中，娃酸鋼溶液中Si〇2的濃度根據(jù)國標(biāo)《GB/T4209-2008工業(yè)娃酸 鋼》進(jìn)行檢測。
[0017] 步驟（2)中，優(yōu)選所述通氣速率為0. 5~Imin1;優(yōu)選所述表面活性劑為聚乙二醇 10000 (PEG)，優(yōu)選所述表面活性劑的添加質(zhì)量W濃度調(diào)節(jié)后的娃酸鋼溶液體積計為0. 2g/ L;優(yōu)選所述分散劑為氯化鋼，優(yōu)選所述分散劑的添加質(zhì)量W濃度調(diào)節(jié)后的娃酸鋼溶液體積 計為 0.Ig/L。
[0018] 本發(fā)明所述步驟（1)、（2)中，所有反應(yīng)過程均在常壓條件下進(jìn)行。
[0019] 值得一提的是，本發(fā)明制備方法步驟（1)得到的含侶水浸渣可經(jīng)硫酸酸浸除去金 屬氧化物，得到普通白炭黑，可回收提侶殘渣中其余所有的二氧化娃。
[0020] 本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：
[0021] 1、制備白炭黑的娃源為廉價的固體廢棄物，而不是工業(yè)上常用的娃酸鋼溶液，納 米白炭黑產(chǎn)品回收了提侶殘渣中80 %W上的二氧化娃，經(jīng)濟性較好；
[0022] 2、賠燒過程所添加碳酸鋼的利用率較高，直接用賠燒產(chǎn)生的二氧化碳作酸性介 質(zhì)，不用額外添加鹽酸或硫酸，碳分法制備納米白炭黑產(chǎn)生的溶液成分主要為碳酸鋼，可結(jié) 晶提純后循環(huán)利用；
[0023] 3、含侶水浸渣可經(jīng)硫酸酸浸除去金屬氧化物，得到普通白炭黑，可回收提侶殘渣 中其余所有的二氧化娃；
[0024] 4、整個工藝技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)先進(jìn)，娃資源回收率為接近100%，絕大部分碳酸鋼可循 環(huán)利用，物耗低，生產(chǎn)中基本上無廢渣、廢氣產(chǎn)生，環(huán)境友好，資源利用率高。 (四）
【附圖說明】 陽0巧]圖1為本發(fā)明制備方法工藝流程圖；
[0026] 圖2為實施例1制備的納米白炭黑一次顆粒的透射電鏡圖；
[0027] 圖3為實施例2制備的納米白炭黑一次顆粒的透射電鏡圖；
[002引圖4為實施例3制備的納米白炭黑一次顆粒的透射電鏡圖；
[0029] 圖5為實施例4制備的納米白炭黑一次顆粒的透射電鏡圖。 (五）
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于 此。 W31] 實施例中所用煤灰渣酸浸提取氧化侶后的殘渣的化學(xué)成分根據(jù)《GB/T27974-2011建材用粉煤灰及煤桿石化學(xué)分析方法》檢測，結(jié)果見表1 :
[0032] 表1煤灰渣酸浸提取氧化侶后的殘渣的化學(xué)成分
[0033]
[0034] 實施例1
[0035](1)取上述酸浸提侶殘渣（4g)，按殘渣中Si〇2與化2〔〇3摩爾比為1:〇.95添加碳酸 鋼巧.6808g)，磨細(xì)混勻，置于管式爐中升溫到880°C保溫化，收集賠燒固體產(chǎn)物和賠燒氣 體產(chǎn)物，將收集的賠燒固體產(chǎn)物（7. 0491g)置于蒸饋水（80mL)中，在100°C下浸出30min， 之后經(jīng)固液分離、洗涂，即得娃酸鋼溶液（lOOmL)和含侶水浸渣（1.0582g)。
[0036] (2)將步驟（1)中收集的賠燒氣體產(chǎn)物依次通過洗氣瓶水洗、濃硫酸干燥，收集備 用。取步驟（1)所得娃酸鋼溶液（100血)，測得其中Si〇2濃度為0.4860mol/L，加水（49血） 調(diào)節(jié)娃酸鋼溶液中Si〇2濃度至0. 326mol/l，并控制溶液溫度為75°C，添加表面活性劑聚乙 二醇10000 (PEG) 0. 03g，分散劑氯化鋼0. 015g。然后將收集備用的賠燒氣體產(chǎn)物（主要為 C〇2)W0. 5min1的通氣速率通入上述溶液中，當(dāng)抑=8時停止通氣，靜置陳化比后，過濾 并洗涂沉淀物。再將正下醇（lOOmL)與沉淀物混合后加熱，當(dāng)共沸物的溫度達(dá)到117°C時保 持lOmin，最后直接烘干得到納米白炭