CN102120582A - 搅拌磨法沉淀白炭黑的反应工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搅拌磨法沉淀白炭黑的反应工艺，采用水玻璃和酸进行反应，包括反应工序和熟化工序，所述的反应工序在酸、水中和搅拌釜中进行，且酸、水中和搅拌釜中投加陶瓷球磨子。本发明搅拌效率大幅度提高，完全杜绝“白点”的生成，而且粒径明显降低，以致可用较高浓度的水玻璃和酸进行反应。

Description

搅拌磨法沉淀白炭黑的反应工艺

技术领域

本发明涉及一种搅拌磨法沉淀白炭黑的反应工艺。

背景技术

白炭黑是一种重要的化工原料，主要生产工艺有四氯化硅高温水解法和硅酸钠酸化沉淀法两大类，在硅酸钠法基础上还派生出溶胶法和碳化法。前者品质好但成本很高，后者廉价但品质较差，产品中往往存在“白点(团聚二氧化硅)”导致使用性能大幅度下降。国内大宗的白炭黑产品为沉淀法白炭黑，如能低成本解决白点问题，可大幅度提高沉淀白炭黑价格。

沉淀白炭黑主要使用的酸性原料有硫酸，盐酸等强酸，碳酸氢铵等，碳酸氢铵成本低，且因酸性低，放热少生成凝胶状水合二氧化硅的量较少，相应“白点”少，但含氮废水环保压力大。工厂目前主要还是使用廉价的高浓度硫酸为酸性原料。

酸和水玻璃中和后生成硅酸，硅酸继续缩聚成为絮状水合二氧化硅和凝胶状水合二氧化硅，偶尔还会生成硬团聚水合二氧化硅。通常水玻璃密度高时产品比表面积过小，密度低比表面积大但凝胶多；硫酸浓度过高时难以搅拌均匀，导致产品结构性差，粒度分布大，硬团聚物也多(也会形成类似白点的东西)，过低产品比表面积减小，两者浓度均高时因硬团聚颗粒太多无法生产合格产品，高速搅拌则明显降低凝胶生成数量，减少颗粒粒度。

絮状水合二氧化硅经熟化陈化洗涤压榨轻烧后即成工业白炭黑，凝胶状水合二氧化硅和一些硬团聚颗粒则生成生产厂家不希望看到到的“白点”。“白点”的生成主要与硅酸钠和硫酸浓度，混合搅拌速度有关，由于设备搅拌速度不可能无限提高，因此目前国内尚不易解决“白点”问题，现有改进技术——投入晶种，过滤胶液等技术只是改进产品质量，或筛除大颗粒的水合二氧化硅，并不能避免凝胶状水合二氧化硅的生成，且明显增大了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种搅拌磨法沉淀白炭黑的反应工艺。本发明搅拌效率大幅度提高，完全杜绝“白点”的生成，而且粒径明显降低，以致可用较高浓度的水玻璃和酸进行反应。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种搅拌磨法沉淀白炭黑的反应工艺，采用水玻璃和酸进行反应，包括反应工序和熟化工序，所述的反应工序在酸、水中和搅拌釜中进行，且酸、水中和搅拌釜中投加陶瓷球磨子。在本发明的反应中加入陶瓷球磨子使酸碱中和在搅拌磨中进行，溶液搅拌效率大幅度提高，避免了因反应快速放热和局部酸浓度过高导致的凝胶状水合二氧化硅或硬团聚颗粒的大量生成；同时，球磨子的存在使凝胶状水合二氧化硅或大型硬团聚颗粒一生成即被磨散，无法形成大型密实凝胶或硬核，因此使用该工艺可完全杜绝“白点”的生成，同时生成的硅酸因强力研磨难以团聚而粒径明显降低，以致可用较高浓度的水玻璃和酸进行反应。

所述的陶瓷球磨子的外表面涂覆有高密度聚乙烯，聚四氟乙烯，聚氨酯中的一种塑料包裹层。

所述的陶瓷球磨子密度最好在1.5-1.8kg/dm³的，外表面优选涂覆有聚氨酯；外表面涂覆有上述塑料包裹层能避免污染料液；球磨子密度最好选择与料液相近，过轻时(如直接使用塑料球)球磨子上浮，中试中发现反应釜底依然存在少量凝胶水合二氧化硅(低浓度反应)或硬团聚水合二氧化硅(高浓度反应)；过重时(如使用氧化铝球磨子)搅拌较困难，且中试发现产品结构性受到影响，另外较常规沉淀法反应时间而言，该工艺的反应时间可根据搅拌磨规模放大程度而相应大幅度缩短。

本工艺所述的水玻璃采用稀释后密度为1.05g/mL-1.3g/mL，模数2.8-3.4的水玻璃；所述的酸采用浓度为30％-92％的硫酸，反应完pH一般控制在7-10之间。

所述的熟化工序也可在酸、水中和搅拌釜中进行；不仅进一步提高产品质量，还可简化工艺。当然也可放出料另行熟化，但由于料较常规沉淀法浓一些，另行熟化时产品性能会有所变化，而且熟化时间较长。熟化后出料时的pH为3-6。

本发明的有益效果为：本发明的工艺可沿用现有白炭黑生产工艺，基本无需设备改造。因球磨子的研磨作用，消除了凝胶状水合二氧化硅的团聚，使产品粒度分布较好，无“白点”。同时生成的硅酸因强力研磨难以团聚而粒径明显降低，以致可用较高浓度的水玻璃和酸进行反应。其次由于搅拌效率大幅度提高加快了加料速度，从而大幅抵消了球磨子投入搅拌釜后导致的搅拌釜容积减少问题，高浓度进行反应也使得生产效率基本不下降。由于产品质量上升，导致经济效益反而大幅提高。再是简化了工艺设备和步骤，解决了目前反应釜经常堵塞而停工冲洗的问题。

具体实施方式

实施例1

本实施例的一种搅拌磨法沉淀白炭黑的反应工艺，采用水玻璃和硫酸进行反应，包括反应工序和熟化工序，所述的反应工序在5升的酸、水中和搅拌釜中进行，在酸、水中和搅拌釜中先投加陶瓷球磨子，陶瓷球磨子的密度为1.8kg/m³，外表面涂覆有聚氨酯塑料包裹层。也可以涂覆高密度聚乙烯，聚四氟乙烯中的一种塑料包裹层。然后未加底液即投入1升稀释到密度为1.1g/mL，模数3.2的水玻璃，开动搅拌釜(比原有的搅拌釜电机增大电机功率10倍)，搅拌转速为60转/分钟，5分钟内均匀滴入30％硫酸；保证反应液终点pH8-9。然后在保持搅拌下进行熟化工序，熟化时间为5-10分钟即可，熟化过程中用30％硫酸滴加调节料pH为4-5。

跟踪反应发现料液温度因搅拌速度变化而改变(摩擦发热)，本实施例属于中试，不需要加热，转速60转/分即可使熟化温度保持在正常生产的70-80℃，反应出料为淡乳白色胶液体，刮板测试无5μm以上尺寸凝胶状二氧化硅存在。

重复试验可得；保持水玻璃密度为1.1g/mL，硫酸浓度提高至92％时依然可得到无凝胶或大型颗粒的料液。保持硫酸浓度30％，水玻璃密度提高到1.3g/mL也可进行生产，此时料的粘度上升，结构性稍差，出料较稠厚，但产物熟化洗涤煅烧后性能仍然略优于市售白炭黑且无“白点”，因此最适合的反应条件是高硫酸浓度，低水玻璃浓度。其次是增加搅拌熟化时间，料液中颗粒粒度进一步减小，料液颜色变白，产物比表面积较大，仍无“白点”。

本实施例的重点是在酸——水玻璃中和搅拌釜中投入球磨子，使溶液搅拌效率大幅度提高，避免了因低浓度反应和局部酸浓度过高，大量放热导致的凝胶状水合二氧化硅获硬团聚颗粒的大量生成；同时，球磨子的存在使凝胶状水合二氧化硅或大型硬团聚颗粒一生成即被磨散，无法形成大型密实凝胶或硬核，使用该工艺可完全杜绝“白点”的生成。另外生成的硅酸因强力研磨而粒径明显降低，以致可用较高浓度的水玻璃和酸进行反应。

实施例2

本实施例的一种搅拌磨法沉淀白炭黑的反应工艺，包括反应工序和熟化工序，其基本步骤与实施例1相同，不同之处：陶瓷球磨子的密度为1.6kg/m³，水玻璃采用密度为1.3g/mL，模数2.8的水玻璃；所述的酸采用浓度为30％硫酸，反应工序中反应终点pH7-8。而且熟化工序不在酸、水中和搅拌釜中进行，反应后即放料，另外在别的反应釜中，80℃下熟化，刮板测试发现产物粒度有小的上升趋势，但最终制成白碳黑除了比表面积较小外，也未发现“白点”；同时发现常规熟化工序与实施例1的同釜熟化工序相比，酸、水中和搅拌釜内熟化温度对最终产品比表面没有很明显的影响，也就是说实施例1的方法明显简化了生产工艺。

Claims (4)

1.一种搅拌磨法沉淀白炭黑的反应工艺，采用水玻璃和酸进行反应，包括反应工序和熟化工序，其特征在于：所述的反应工序在酸、水中和搅拌釜中进行，且酸、水中和搅拌釜中投加陶瓷球磨子。

2.如权利要求1所述的搅拌磨法沉淀白炭黑的反应工艺，其特征在于：所述的陶瓷球磨子的外表面涂覆有高密度聚乙烯，聚四氟乙烯，聚氨酯中的一种塑料包裹层，球磨子密度为1.5-1.8kg/dm³。

3.如权利要求1所述的搅拌磨法沉淀白炭黑的反应工艺，其特征在于：所述的水玻璃采用密度为1.05g/mL-1.3g/mL，模数2.8-3.4的水玻璃；所述的酸采用浓度为30％-92％的硫酸，反应完pH控制在7-10之间。

4.如权利要求1所述的搅拌磨法沉淀白炭黑的反应工艺，其特征在于：所述的熟化工序在酸、水中和搅拌釜中进行，熟化后出料时的pH为3-6。