CN101838005B

CN101838005B - 一种生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法

Info

Publication number: CN101838005B
Application number: CN2010101696036A
Authority: CN
Inventors: 王嘉兴
Original assignee: 汪晋强
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: CN101838005A

Abstract

本发明公开了一种生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，该方法所用的原材料为联碱废液和电石渣，先利用联碱废液中的氯化铵和电石渣中的氢氧化钙反应，生产碳滤饼、氯化钙和氢氧化铵，将氯化钙和氢氧化铵投入碳化塔并通入二氧化碳气体，从而进行碳化反应，生成碳酸钙沉淀和氯化铵溶液再与水玻璃反应得到白炭黑和氯化钠。该方法，利用工业废品联碱废液和电石渣生产碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉，充分利用了工业废品中的有效成分，降低了工业产品的生产成本，其生产过程简单，生产成本极低，是一个十分经济有效的方法。

Description

一种生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法

技术领域

本发明涉及工业三废综合利用和处理领域，具体地，涉及一种生产细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，该方法所用的原材料为联碱废液和电石渣。

背景技术

联合制纯碱法(简称联碱法)是生产纯碱的主要方法，伴随着纯碱的产生，也产生大量的氯化铵废液。氯化铵废液纯化后可用于生产氮肥。

电石渣是电石水解生产乙炔所产生的残余物，是含固量在8％-10％的乳液，又名电石泥，其主要化学成分是氢氧化钙，还含有硅酸钙、铝酸钙、硅铁及炭渣等固体杂质以及硫化钙、氢氧化钙、乙炔等水溶液，是一种呈强碱性，富含丰富的钙资源，以其为原料可生产碳酸钙、水泥等一系列需要钙质为原料的产品。但由于其中所含杂质较多、含水量高、成份复杂、未经处理的电石渣无法直接利用。另一方面，随着电石行业的蓬勃发展，电石渣的排放量也日益增加，年生产20万吨PVC的生产厂排放电石泥浆达360万吨/年，大量的电石渣无法有效利用，直接堆积将严重污染农田和地下水，造成土地人为碱化，对生态环境造成难以恢复的污染。

制备白炭黑(SiO₂)的传统方法是沉淀法：即用水玻璃(硅酸钠)和强酸，如盐酸和硫酸，反应，生成水合二氧化硅沉淀，以盐酸为例，其反应化学方程式为：

Na₂O·nSiO₂+2HCl+(n·m-1)H₂O→2NaCl+n(SiO₂·mH₂O)↓

水合二氧化硅沉淀经处理制的白炭黑。这种方法生产1吨白炭黑要消耗4～4.5吨水玻璃和1.5吨盐酸，化工原料消耗大，不经济。

为了克服传统方法的缺陷，人们也探索了其他制备白炭黑的方法，如申请号为200710055061.8的发明专利公开了一种以氟硅酸、水玻璃为主要原料制备白炭黑的方法，该方法中氟硅酸成本较低且原料易得，从而在一定程度上降低了白炭黑的生产成本。然而，该方法生产工艺十分繁琐，尤其是产生了大量的副产物氟化钠，氟化钠能够腐蚀皮肤，刺激粘膜，对神经***有侵害作用，因而对生产环境和设备的要求较高。

申请号为200810107069.9的发明专利公开了一种用稻壳灰制备纳米级白炭黑的方法。该方法用稻壳灰的碱法处理制备水玻璃、水玻璃溶液的浓缩后再与硫酸反应，从而制得白炭黑。该方法并没有摆脱用传统方法制备白炭黑的缺陷。因而，也是一个不经济的方法。

另一方面，白炭黑主要用作天然橡胶和合成橡胶的补强剂、牙膏摩擦剂，也用作涂料和不饱和树脂增稠剂，涂料消光剂、增稠剂、塑料薄膜开口剂等。近年来，随着我国工业化进程的快速发展，对白炭黑的需求日益增长，这也大大刺激了白炭黑的生产，目前白炭黑的价格也不断升高，然而，国内的产量却并不能满足市场的需求。

因而，开发利用联碱废液中的氯化铵和电石渣中的氢氧化钙，同时生产有工业价值的白炭黑和碳酸钙将是一个十分经济有效的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，该方法所用的原材料为联碱废液和电石渣。

本发明的技术方案为：一种生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，该方法所用的原材料为联碱废液和电石渣，包括如下步骤：

A：分别折算联碱废液中的氯化铵的质量含量和电石渣中的氢氧化钙的质量含量；

B：将电石渣与联碱废液按照氢氧化钙与氯化铵的纯物质质量比为1∶1.08～1.45投入耐腐蚀反应器(1)中，进行反应，得到含氯化钙和氨水的混合液；

C：将步骤B所得的含氯化钙和氨水的混合液经第一抽滤泵(2)抽滤，第一离心机(3)离心，得到黑色碳滤饼和澄清的滤液；

D：将步骤C所得的澄清的滤液投入碳化塔(4)中，用质量浓度为5～10％表面活性剂进行表面处理，搅拌速率为220～320r/min，而后通入二氧化碳气体进行碳化反应，得到含碳酸钙沉淀和氯化铵混合物；

E：将步骤D所得的含碳酸钙沉淀和氯化铵混合物用第二抽滤泵(6)及第二离心机(7)离心，得到碳酸钙滤饼和含氯化铵的溶液；

F：将步骤E所得的碳酸钙滤饼依次经洗涤离心机(8)洗涤脱水，第一干燥机(9)干燥，粉碎机(10)粉碎，包装得到碳酸钙产品(11)；

G：将步骤E所得的含氯化铵的溶液与水玻璃按照氯化铵与硅酸钠纯物质质量比为1∶0.64～2.39投入反应器(17)中，在徐徐的搅拌下进行双水解反应，氯化铵在水溶液中水解为氨根离子和氯离子，水玻璃在水溶液中水解为硅酸根离子、钠离子和氢氧根离子，氨根离子与硅酸根离子的水解相互促进，从而生成氨气、氢离子和二氧化硅沉淀，氢离子和氢氧根离子直接结合成水分子，二氧化硅沉淀即白炭黑，氨气逸出溶液，氯离子和钠离子结合形成氯化钠；

H：将步骤G所得的反应产物经过滤器(18)过滤，得到白炭黑粗品和含氯化钠的溶液；

I：步骤H所得的白炭黑粗品经第二干燥器(19)干燥得到白炭黑产品(20)；

J：步骤H所得的含氯化钠的溶液送入减压蒸馏器(21)中蒸馏得到氯化钠产品(22)；

K：所述碳滤饼与过量盐酸于碳粉净化器(12)中过量反应，除去没有完全反应的电石渣，经第三抽滤泵(13)抽滤得到纯净的碳滤饼；

L：所述纯净的碳滤饼再经脱水、在碳粉干燥箱(14)中干燥，碳粉粉碎机(15)中粉碎成为碳粉产品(16)。

用氯化表(5)控制所述碳化反应的碳化终点，当表上读数不动为零时即为碳化终点。

步骤D所述的二氧化碳气体为纯二氧化碳气体或二氧化碳体积含量大于20％的混合气体。

所述表面活性剂选自浓乳剂、吐温80和二者的混合物。

所述氨气返回制碱***循环利用。

上述方法涉及到的化学反应原理为：

2NH₄Cl+Ca(OH)₂＝＝＝＝CaCl₂+2NH₄OH

CaCl₂+2NH₄OH+CO₂＝＝＝＝CaCO₃+2NH₄Cl+H2O

2NH₄Cl+Na₂O·nSiO₂＝＝＝＝nSiO₂+2NaCl+2NH₃+H₂O

本发明所述的生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，利用工业废品联碱废液和电石渣生产碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉，充分利用了工业废品中的有效成分，降低了工业产品的生产成本，其生产过程简单，生产成本极低，是一个十分经济有效的方法。

附图说明

图1展示了本发明所述生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法的工艺步骤，其中：

(1)——耐腐蚀反应器，(2)——第一抽滤泵， (3)——第一离心机，

(4)——碳化塔， (5)——氯化表， (6)——第二抽滤泵，

(7)——第二离心机， (8)——洗涤离心机， (9)——第一干燥机，

(10)——粉碎机， (11)——碳酸钙产品，(12)——碳粉净化器，

(13)——第三抽滤泵，(14)——碳粉干燥箱，(15)——碳粉粉碎机，

(16)——碳粉产品， (17)——反应器， (18)——过滤器，

(19)——第二干燥器，(20)——白炭黑产品，(21)——减压蒸馏器，

(22)——氯化钠产品。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明所述生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法做进一步描述和说明。

实施例一

参照图1，一种生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，先折算联碱法产生的废液中的氯化铵质量含量和电石渣中的氢氧化钙质量含量；将含500kg氢氧化钙的电石渣与联碱废液按照氢氧化钙与氯化铵的纯物质质量比为1∶1.08投入耐腐蚀反应器1中，搅拌均匀，进行反应，得到含氯化钙和氨水的混合液；将所得的含氯化钙和氨水的混合液经第一抽滤泵2抽滤，第一离心机3离心，得到黑色碳滤饼和澄清的液体；黑色的碳滤饼用于制备碳粉；澄清的液体投入碳化塔4中，用质量浓度为5％表面活性剂浓乳剂处理，搅拌速率为220r/min，而后通入二氧化碳气体进行碳化反应，用氯化表5控制所述碳化反应的碳化终点，当表上读数不动为零时即为碳化终点；碳化反应得到含碳酸钙沉淀和氯化铵的混合物；将含碳酸钙和氯化铵混合物用第二抽滤泵6过滤及第二离心机7离心，得到碳酸钙滤饼和含氯化铵的溶液；所得碳酸钙滤饼依次经洗涤离心机8洗涤脱水，干燥机9干燥，粉碎机10粉碎，包装得到含504.67kg碳酸钙的碳酸钙产品11；所述含氯化铵的溶液与水玻璃按照氯化铵与硅酸钠纯物质质量比为1∶2.39投入反应器17中，在徐徐的搅拌下进行双水解反应，而生成氨气、白炭黑和氯化钠；氨气逸出，返回制碱***循环利用；用过滤器18过滤反应产物，得到白炭黑粗品和含氯化钠的溶液；所述白炭黑粗品经第二干燥器19干燥得到白炭黑产品20；所述含氯化钠的溶液送入减压蒸馏器21中蒸馏得到氯化钠产品22。

所述碳滤饼与过量盐酸于碳粉净化器12中过量反应，除去没有完全反应的电石渣，经第三抽滤泵13抽滤，得到纯净的碳粉；所述纯净的碳粉再经脱水、在碳粉干燥箱14中干燥，碳粉粉碎机15中粉碎成为碳粉产品16。

实施例二

参照图1，一种生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，先折算联碱废液中的氯化铵的质量含量和电石渣中的氢氧化钙的质量含量；将含500kg氢氧化钙的电石渣与联碱废液按照氢氧化钙与氯化铵的纯物质质量比为1∶1.45投入耐腐蚀反应器1中，搅拌均匀，进行反应，得到含氯化钙和氨水的混合液；将所得的含氯化钙和氨水的混合液经第一抽滤泵2抽滤，第一离心机3离心，得到黑色碳滤饼和澄清的液体；黑色的碳滤饼用于制备碳粉；澄清的液体投入碳化塔4中，用质量浓度为8％表面活性剂处理，搅拌速率为280r/min，其中表面活性剂中含有质量浓度为6％的浓乳剂和质量浓度为2％吐温80，而后通入含二氧化碳气体25％的混合气体进行碳化反应，用氯化表5控制所述碳化反应的碳化终点，当表上读数不动为零时即为碳化终点；碳化反应得到含碳酸钙沉淀和氯化铵混合物；将含碳酸钙和氯化铵混合物用第二抽滤泵6及第二离心机7离心，得到碳酸钙滤饼和含氯化铵的溶液；所得碳酸钙滤饼依次经洗涤离心机8洗涤脱水，干燥机9干燥，粉碎机10粉碎，包装得到含677.57kg碳酸钙的碳酸钙产品11；所述含氯化铵的溶液与水玻璃按照氯化铵与硅酸钠纯物质质量比为1∶0.64投入反应器17中，在徐徐的搅拌下进行双水解反应，而生成氨气、白炭黑和氯化钠；氨气逸出，返回制碱***循环利用；用过滤器18过滤反应产物，得到白炭黑粗品和氯化钠溶液；所述白炭黑粗品经第二干燥器19干燥得到白炭黑产品20；所述含氯化钠的溶液送入减压蒸馏器21中蒸馏得到氯化钠产品22。

实施例三

参照图1，一种生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，先折算联碱废液中的氯化铵的质量含量和电石渣中的氢氧化钙的质量含量；将含500kg氢氧化钙的电石渣与联碱废液按照氢氧化钙与氯化铵的纯物质质量比为1∶1.32投入耐腐蚀反应器1中，搅拌均匀，进行反应，生成含氯化钙和氨水的混合液；将所得的含氯化钙和氨水的混合液经第一抽滤泵2抽滤，第一离心机3离心，得到黑色碳滤饼和澄清的液体；黑色的碳滤饼用于制备碳粉；澄清的液体投入碳化塔4中，用质量浓度为10％表面活性剂吐温80处理，搅拌速率为320r/min，而后含二氧化碳气体40％的混合气体进行碳化反应，用氯化表5控制所述碳化反应的碳化终点，当表上读数不动为零时即为碳化终点；碳化反应得到含碳酸钙沉淀和氯化铵混合物；将含碳酸钙沉淀和氯化铵的混合物用第二抽滤泵6过滤及第二离心机7离心，得到含碳酸钙滤饼和氯化铵的溶液；所得碳酸钙滤饼依次经洗涤离心机8洗涤脱水，干燥机9干燥，粉碎机10粉碎，包装得到碳酸钙的碳酸钙产品11；所述含氯化铵的溶液与水玻璃按照氯化铵与硅酸钠纯物质质量比为1∶1.50投入反应器17中，在徐徐的搅拌下进行双水解反应，而生成氨气、白炭黑和氯化钠；氨气逸出，返回制碱***循环利用；用过滤器18过滤反应产物，得到白炭黑粗品和含氯化钠的溶液；所述白炭黑粗品经第二干燥器19干燥得到白炭黑产品20；所述含氯化钠的溶液送入减压蒸馏器21中蒸馏得到氯化钠产品22。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述的特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims

1.一种生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，该方法所用的原材料为联碱废液和电石渣，其特征在于，包括如下步骤：

G：将步骤E所得的含氯化铵的溶液与水玻璃按照氯化铵与硅酸钠纯物质质量比为1∶0.64～2.39投入反应器(17)中，在徐徐的搅拌下进行双水解反应，生成氨气、二氧化硅沉淀，水和氯化钠；

2.如权利要求1所述的生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，其特征在于，步骤D中用氯化表(5)控制所述碳化反应的碳化终点，当表上读数不动为零时即为碳化终点。

3.如权利要求1所述的生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，其特征在于，步骤D所述的二氧化碳气体为纯二氧化碳气体或二氧化碳体积含量大于20％的混合气体。

4.如权利要求1所述的生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，其特征在于，所述表面活性剂选自浓乳剂、吐温80和二者的混合物。

5.如权利要求1所述的生产超细微轻质碳酸钙和白炭黑联产氯化钠和碳粉的方法，其特征在于，所述氨气返回制碱***循环利用。