CN102234116A

CN102234116A - 一种利用铁尾矿制备纳米白炭黑的方法

Info

Publication number: CN102234116A
Application number: CN2011100713734A
Authority: CN
Inventors: 沈毅; 李锋锋; 张明熹; 李红生; 唐晓飞; 王庆辉
Original assignee: Hebei United University
Current assignee: Hebei United University
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: CN102234116B

Abstract

本发明为一种以铁尾矿为原料制备纳米白炭黑的方法。将高温活化后的铁尾矿和烧碱于400～500℃混合煅烧，然后直接倒入70～90℃的水浴中充分反应，经过滤得到硅酸钠溶液，在硅酸钠溶液中加入分散剂NaCl和表面活性剂正丁醇，并在搅拌状态下缓慢滴加5～10wt％的HCl酸化，产生大量白色絮状沉淀，再经陈化，过滤，洗涤，干燥得到纳米白炭黑产品。该种方法操作简单、成本低，产品产量高、粒度细，适于工业化生产。

Description

一种利用铁尾矿制备纳米白炭黑的方法

技术领域

本发明涉及一种铁尾矿制备纳米白炭黑的方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

随着科学技术的不断进步，工业生产不断朝着智能型、低能耗、高环保方向发展，如何实现现有资源的充分利用，已成为社会各界广泛关注的问题。铁尾矿是一种固体废弃物，随着钢铁工业的迅猛发展，铁尾矿在工业固体废弃物中所占的比例也越来越大。在技术及选矿工艺等因素的限制下，我国历史上铁矿资源回收率偏低。再加上铁尾矿本身的数量庞大、结构性能复杂、类型较多等特点，使其在我国利用率非常低，仅为7％。一方面给我们的环境造成困扰，另一方面也是资源的浪费。它不仅使我国的矿产资源不能得到充分利用，还占用了大量的土地资源，消耗了大量的资金，影响了企业的经济效益。铁尾矿中主要成分为SiO₂以及少量的Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、CaO等(产地不同，成分略有差异)。其中，SiO₂的含量一般大于50wt％，具有很大的开发利用价值。因此，从铁尾矿中提取白炭黑(即水合二氧化硅)，能够实现资源更大限度的有效利用，并且提高产品的附加值。

申请号为200710012954.4的发明专利提出了一种利用铁尾矿制备白炭黑的方法，该方法经过碱溶、酸化、沉淀、水洗等步骤制备出白炭黑，但这种方法由于碱溶温度较低，为50-120℃，白炭黑的产率不高，产品粒度也较粗。申请号为96115532.9的发明专利提出了一种用煤矸石生产活性白炭黑的方法，该方法采用粉碎煤矸石与纯碱混料，并于1400-1500℃高温冶溶、水淬、浸溶、浓缩、酸化、陈化、水洗等步骤制备出白炭黑，由于这种方法需要高温冶溶，因此能耗太高，另外高温条件下也容易发生副反应，导致难溶硅酸盐等杂质产生，降低白炭黑产品的纯度和产率。

本发明与上述报道不同，主要针对我国铁尾矿的利用现状，提出了一种利用铁尾矿制备纳米白炭黑的新技术和新工艺。该工艺具有工艺简单、能耗低、成本低、产品粒径可达纳米级、产品附加值高、尾矿综合利用率高等特点，适于工业化生产，对于铁尾矿的综合利用、环境保护乃至全民经济的发展都具有十分重要的意义。

发明内容

本发明主要涉及一种以铁尾矿为原料制备纳米白炭黑的方法，具体发明内容如下：

1)铁尾矿的煅烧活化：将铁尾矿球磨至200目以下，马弗炉800～900℃煅烧2～4h。

2)铁尾矿和烧碱混合煅烧：将活化后的铁尾矿与固体NaOH按质量分数铁尾矿∶NaOH＝100∶200～300混合均匀，置于马弗炉中于400～500℃煅烧0.5～2h。

3)配制硅酸钠溶液：将上述混合料从煅烧温度下取出按质量比混合料∶水＝15∶100～200迅速倒入70～90℃的水中淬冷，并在搅拌状态下反应0.5～2h，令SiO₂与NaOH充分反应，过滤后，所得滤液即为硅酸钠溶液。

4)沉析纳米白炭黑：在上述硅酸钠溶液中，按质量比活化铁尾矿∶NaCl＝100∶40～60，加入固体NaCl作为分散剂，按体积比硅酸钠溶液∶正丁醇＝100∶4～6，加入正丁醇作为表面活性剂，并在缓慢搅拌状态下滴加5～10wt％的HCl酸化，直至溶液pH值调节至7～9，产生大量白色絮状沉淀，陈化1～2h，过滤得到纳米白炭黑的粗产品。

5)白炭黑的洗涤：将白炭黑的粗产品进行水洗，直到检查产品中Na⁺、Cl^-含量合格为止，其中Na⁺＜1wt％、Cl^-＜1wt％。

6)白炭黑的煅烧：洗涤后的产品于100～200℃干燥1～2h，粉碎，得到最终产品。

附图说明

图1为本发明的铁尾矿制备纳米白炭黑的工艺流程图。

图2为以实例1工艺条件下制备出的纳米白炭黑的扫描电镜图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，本发明不受这些制造实例所限。

实例1

将铁尾矿球磨至200目以下，马弗炉850℃煅烧3h，将活化后的100g铁尾矿与300g的NaOH混合，并置于马弗炉中于500℃煅烧1h；将煅烧后的混合料从煅烧温度下取出后迅速倒入4500ml，90℃水浴中，并搅拌反应2h，过滤，得到硅酸钠溶液；于硅酸钠溶液中加入60gNaCl和正丁醇200ml，并在缓慢搅拌状态下滴加5wt％的HCl酸化，直至溶液pH值调节至7，产生大量白色絮状沉淀，陈化1h，过滤得到纳米白炭黑的粗产品；将白炭黑的粗产品进行水洗，检查Cl^-、Na⁺含量均小于1wt％为止；产品洗涤后于200℃干燥2h，粉碎，得到最终产品，产品粒径可达30～50nm。

实例2

将铁尾矿球磨至200目以下，马弗炉800℃煅烧4h，将活化后的100g铁尾矿与250g的 NaOH混合，并置于马弗炉中于400℃煅烧2h；将煅烧后的混合料从煅烧温度下取出后迅速倒入3000ml，80℃水浴中，并搅拌反应1h，过滤，得到硅酸钠溶液；于硅酸钠溶液中加入50gNaCl和正丁醇150ml，并在缓慢搅拌状态下滴加10wt％的HCl酸化，直至溶液pH值调节至9，产生大量白色絮状沉淀，陈化1.5h，过滤得到纳米白炭黑的粗产品；将白炭黑的粗产品进行水洗，检查Cl^-、Na⁺含量均小于1wt％为止；产品洗涤后于200℃干燥1h，粉碎，得到最终产品，产品粒径可达50～100nm。

实例3

将铁尾矿球磨至200目以下，马弗炉900℃煅烧3h，将活化后的100g铁尾矿与200g的NaOH混合，并置于马弗炉中于450℃煅烧1h；将煅烧后的混合料从煅烧温度下取出后迅速倒入2000ml，70℃水浴中，并搅拌反应0.5h，过滤，得到硅酸钠溶液；于硅酸钠溶液中加入45gNaCl和正丁醇90ml，并在缓慢搅拌状态下滴加10wt％的HCl酸化，直至溶液pH值调节至8，产生大量白色絮状沉淀，陈化1h，过滤得到纳米白炭黑的粗产品；将白炭黑的粗产品进行水洗，检查Cl^-、Na⁺含量均小于1wt％为止；产品洗涤后于100℃干燥2h，粉碎，得到最终产品，产品粒径可达50～80nm。

Claims

1.一种从铁尾矿中制备纳米白炭黑的方法，其特征在于其工艺步骤为：

将铁尾矿球磨至200目以下，并于马弗炉800～900℃煅烧2～4h活化，活化后的铁尾矿与固体NaOH按质量比活化铁尾矿∶NaOH＝100∶200～300混合均匀，置于马弗炉中于400～500℃煅烧0.5～2h，上述混合料从煅烧温度下直接取出，并按质量比混合料∶水＝15∶100～200迅速倒入70～90℃的水中冷却，并在搅拌状态下反应0.5～2h，过滤后，所得滤液即为硅酸钠溶液，在硅酸钠溶液中，按质量比活化铁尾矿∶NaCl＝100∶40～60，加入固体NaCl作分散剂，按体积比硅酸钠溶液∶正丁醇＝100∶4～6，加入正丁醇作表明活性剂，并在缓慢搅拌状态下滴加5～10wt％的HCl酸化，直至溶液pH值调节至7～9，产生大量白色絮状沉淀，陈化1～2h，过滤得到纳米白炭黑的粗产品，将白炭黑的粗产品进行水洗，直到检查产品中Na⁺、Cl^-含量合格为止，其中Na⁺＜1wt％、Cl^-＜1wt％，洗涤后的产品于100～200℃干燥1～2h，粉碎，得到最终产品。