Способ получения белой сажи из силикатно-кальциевых шлаков фосфорного производства
Номер патента: 13800
Опубликовано: 15.06.2006
Авторы: Барлыбаев Манат Рахимович, Оразбаев Марат Ергалиевич, Франгулиди Леонид Харлампович, Голиков Александр Николаевич, Абишева Зинеш Садыровна
Формула / Реферат
Изобретение относится к областинеорганической химии, к способам получениявысокодисперсного кремнезема - белой сажи,применяемой в качестве усиливающего наполнителяв шинной, резинотехнической, химической и другихотраслях. Способ получения белой сажи изсиликатно-кальциевых шлаков фосфорногопроизводства включает содовое выщелачивание,карбонизацию с получением осадка диоксидакремния, отделение осадка, нейтрализацию кислымистоками производства термической фосфорнойкислоты при мольном соотношении SiО2:P2О5,равном 1:0,1-0,4, промывку и сушку. Техническимрезультатом изобретения является упрощениепроцесса и снижение расходов реагентов.
Текст
(51)7 01 33/18 КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Абишева Зинеш Садыровна Голиков Александр Николаевич Франгулиди Леонид Харлампович Барлыбаев Манат Рахимович Оразбаев Марат Ергалиевич(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт металлургии и обогащения Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Центр химико-технологических исследований Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛОЙ САЖИ ИЗ СИЛИКАТНО-КАЛЬЦИЕВЫХ ШЛАКОВ ФОСФОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА(57) Изобретение относится к области неорганической химии, к способам получения высокодисперсного кремнезема - белой сажи, применяемой в качестве усиливающего наполнителя в шинной, резинотехнической, химической и других отраслях. Способ получения белой сажи из силикатнокальциевых шлаков фосфорного производства включает содовое выщелачивание, карбонизацию с получением осадка диоксида кремния, отделение осадка, нейтрализацию кислыми стоками производства термической фосфорной кислоты при мольном соотношении О 22 О 5, равном 10,1-0,4, промывку и сушку. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса и снижение расходов реагентов. 13800 Изобретение относится к области неорганической химии, к способам получения высокодисперсного кремнезема - белой сажи, применяемой в качестве усиливающего наполнителя в шинной, резинотехнической, химической и других отраслях. Известен способ получения белой сажи из силикатных растворов, по которому приготовленное из силикат-глыбы жидкое стекло разбавляют до плотности 1,065-1,085 г/см 3 и карбонизируют при температуре 75-85 С до рН 9,2-10,6 печным газом(СО 220 ). Полученную суспензию нейтрализуют 92-94 серной кислотой до рН 5-8,5, осадок отделяют, промывают горячей водой, пульпируют и высушивают (Технологический регламент цеха белой сажи Ленинского горно-химического завода (ЛГХЗ) г. Тула, 1985). Недостатком способа является получение белой сажи с низкими усиливающими свойствами, а именно, сопротивление на разрыв вулканизата, наполненного стандартной белой сажей марки БС-120,изготовленной данным способом, не превышает 23,5-23,8 МПа при нормальной температуре. Известен способ получения белой сажи из силикатных растворов, в котором вести нейтрализацию предлагается разбавленной 32 О 4. Приготовленный из силикат-глыбы раствор (50-60 г/л 2) карбонизируют углекислым газом (35 СО 2) при температуре 75-85 С до рН 9,2-9,5. Полученный осадок нейтрализуют подкисленной водой (32 О 4) до рН 5-6, осадок отделяют, промывают горячей водой и высушивают при 105 С (а. с. СССР 331031, кл. С 01 В 33/12, 1972). Недостатком способа также является получение белой сажи с низкими усиливающими свойствами,аналогично вышеуказанному способу. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения белой сажи из силикатно-кальциевых шлаков фосфорного производства. Шлаки подвергают содовому выщелачиванию и 2-стадийной карбонизации, на 1 стадии при рН 11,8-12,2, а на 2-ой стадии при рН 9,9. Полученный осадок диоксида кремния отделяют и нейтрализуют фосфорной кислотой при градиенте рН 0,220,3 ед. рН/мин до рН 6,0, затем промывают и сушат при температуре 105 С (патент РК 1062, 1996). К недостаткам способа относятся сложность процесса, связанная с 2-стадийной карбонизацией и значительный расход фосфорной кислоты для нейтрализации осадка диоксида кремния (2,2 т на 1 т белой сажи). Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение процесса и снижение расхода реагентов. Указанный результат обеспечивается в способе получения белой сажи из силикатно-кальциевых шлаков фосфорного производства, включающем содовое выщелачивание, карбонизацию с получением осадка диоксида кремния с последующим его отделением, нейтрализацией фосфорсодержащим реагентом, промывкой и сушкой, в котором нейтрализацию осадка диоксида кремния проводят кислыми стоками производства термической фосфорной 2 кислоты при мольном соотношении О 22510,1-0,4. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Силикатно-кальциевые шлаки фосфорного производства содержат значительное количество примеси А 23, которая в дальнейшем загрязняет конечный продукт. При переработке силикатно-кальциевых шлаков фосфорного производства концентрация А 23 достигает 1,5 г/л. В прототипе отмывку от примесей осуществляют на стадии 2-ступенчатой карбонизации. В заявляемом способе отмывку от А 23 осуществляют на стадии карбонизации, а также при нейтрализации за счет использования кислых стоков производства термической фосфорной кислоты. Кислые стоки получают при промывке шламов, образующихся при производстве термической фосфорной кислоты путем сжигания желтого фосфора в орошаемых водой камерах сгорания. Стоки содержат до 75 г/л 25, 0,13 г/л СаО,0,07 г/ли 0,06 г/л е 23. Примеси кальция,магния и железа находятся в низких концентрациях,но обладают высокой активностью. Они, вступая в реакции с примесью алюминия, образуют различные двойные соли, которые переходят в раствор в кислой и слабокислой среде, тем самым не загрязняют получаемую белую сажу после фильтрации,оставаясь в растворе. Таким образом, так как в предлагаемом способе отмывку от примесей осуществляют дополнительно на стадии нейтрализации,становится возможным проведение карбонизации встадию, что упрощает процесс. Кроме того, использование кислых стоков производства термической фосфорной кислоты при нейтрализации осадка диоксида кремния позволило исключить использование чистого реагента - фосфорной кислоты и соответственно снизить расход реагентов. Так, в прототипе расходуется 2,2 т фосфорной кислоты, в предлагаемом способе - 1,1 т кислых стоков, используемых в качестве фосфорсодержащего реагента. При нейтрализации белой сажи стоками фосфорного производства необходимо соблюдать мольное соотношение 22510,1-0,4. В процессе нейтрализации диоксида кремния кислыми стоками производства термической фосфорной кислоты, содержащими фосфор в виде ионов 3 ,4 образуются полифосфаты натрия. Фосфорные ионы взаимодействуют не только с щелочными примесями, но и непосредственно с самим диоксидом кремния, образуя на внешней поверхности фосфатные. группы типа Эти образования вместе с силанольными ОНгруппами, имеющимися на поверхности осажденного диоксида кремния, взаимодействуют при изготовлении резины с радикалами каучука, увеличивая тем самым сцепление молекул наполнителя и полимера и повышая сопротивление вулканизата разрыву и раздиру. 13800 Известно, что полифосфаты натрия хорошо растворимы в воде, однако даже после многократной водной промывки диоксида кремния содержание фосфора составило 0,2-0,5 , что подтверждает реакцию фосфора с диоксидом кремния. При соотношении 22 О 5 более 10,1 заметно ухудшаются усиливающие свойства белой сажи в резине (уменьшается сопротивление вулканизата разрыву и раздиру) за счет снижения степени присадки ионов фосфора на поверхности диоксида кремния. При соотношении 2 Р 2 О 5 менее 10,4 также ухудшаются усиливающие свойства белой сажи в резине вследствие полимеризации фосфонатных групп между собой, что уменьшает степень их взаимодействия с каучуком, и приводит к снижению сопротивления вулканизата разрыву и раздиру. Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить технологию получения белой сажи по сравнению со способом по прототипу. Полученный продукт полностью соответствует основным требованиям ГОСТа 18307-78 к чистоте продукта на 1 сорт технический. Примеры осуществления способа. Пример 1 Молотый до 0,074 мм электротермофосфорный шлак состава, мас. СаО - 44,2 О 2 - 40,5 А 23 3,9- 3,8 23 - 0,7 25 - 2,0 весом 100 г выщелачивают в 500 мл содового раствора (300 г/л а 2 СО 3) при температуре 95 С в течение 2-х часов. Полученный содово - силикатный раствор (31,06 г/л 2) карбонизовали углекислым газом (10 С 2) при температуре 50 С до рН 9,9. Полученный влажный осадок диоксида кремния отделяют и нейтрализуют кислыми стоками производства термической фосфорной кислоты, содержащими 75 г/л Р 25,в количестве 54 мл (соотношение 22510,1) и выдерживают при комнатной температуре в течение 15 минут при постоянном перемешивании. Затем суспензию отфильтровывают. Осадок промывают катионированной водой и высушивают при 105 С. Полученную белую сажу (17,0 г 2) подвергают физико-химическим анализам и испытывают в резиновой смеси. Результаты приведены в табл. 1-2. Пример 2 Молотый до 0,074 мм электротермофосфорный шлак того же состава, что и в примере 1, весом 100 г выщелачивают в 500 мл содового раствора (300 г/л 23) при температуре 90 С в течение 2-х часов. Полученный содово - силикатный раствор, содержащий 30,92 г/л 2, карбонизуют углекислым газом (8 СО 2) до рН 9,8. Влажный осадок отделяют и обрабатывают кислыми стоками производства термической фосфорной кислоты, содержащими 75 г/л Р 25, в количестве 216 мл (соотношение 22510,4) и выдерживают при комнатной температуре в течение 15 минут при постоянном перемешивании. Затем суспензию отфильтровывают. Осадок промывают катионированной водой и высушивают при 105 С. Полученную белую сажу(17,05 г) подвергают физико-химическим анализам и испытывают в резиновой смеси. Результаты приведены в табл. 1-2. Пример 3 Молотый до 0,074 мм электротермофосфорный шлак того же состава, что и в примере 1, весом 100 г выщелачивают в 500 мл содового раствора (300 г/л а 2 СО 3) при температуре 95 С в течение 2-х часов. Полученный содово-силикатный раствор, содержащий 31,2 г/л 2, карбонизуют углекислым газом(10 С 2) до рН 9,8. Влажный осадок отделяют и обрабатывают кислыми стоками производства термической фосфорной кислоты, содержащими 75 г/л 25, в количестве 136 мл (соотношение 22510,25) и выдерживают при комнатной температуре в течение 15 минут при постоянном перемешивании. Затем суспензию отфильтровывают. Осадок промывают катионированной водой и высушивают при 105 С. Полученную белую сажу(17,1 г) подвергают физико-химическим анализам и испытывают в резиновой смеси. Результаты приведены в табл. 1-2. Образцы белой сажи, полученные по предлагаемому способу, были испытаны для оценки физикохимических свойств. Для сравнения были использованы образцы серийной стандартной белой сажи БС-120, а также образец, полученный по прототипу. Данные приведены в табл. 1. 13800 Таблица 1 Физико-химические свойства белой сажи Показатели Удельная поверхность по адсорбции фенола, м 2/г Насыпная плотность, г/дм 3- для уплотненной рН водной вытяжки Мас.доля диоксида кремния,Влага,Сульфатов,Оксидов, мас. кальция и магния железа алюминия натрия Образцы модифицированной белой сажи были также испытаны в брекерной резине на основе 100 мас. частей каучука и 5 мас. частей белой сажи. Сравнение проводилось с серийной резиной, содерПоказатели жащей в качестве усиливающего наполнителя стандартную белую сажу марки БС-120 (аналог) и белую сажу, полученную способом по прототипу. Данные приведены в табл. 2. Таблица 2 Свойства невулканизованных смесей Вязкость по Муни, при темп. 100 С 61 60 Пластичность по Карреру 0,49 0,48 Твердость по Дефо, Н 6,9 6,9 27 26 Склонность к подвулканизации 5, 120 С Свойства вулканизатов, 155 С, 15 мин Напряжение при 300 удл. 20 С, МПа 11,6 11,5 Сопротивление разрыву, МПа 23,9 23,8 20 С 12,5 12,6 100 С Сопротивление раздиру, МПа 10,6 10,5 20 С 6,0 6,5 100 С Твердость по Шору, 20 С 68 68 Эластичность по отскоку 43 43 20 С 60 62 100 С Как видно из табл. 1, белая сажа, полученная по предлагаемому способу, соответствует стандартной белой саже по физико-химическим свойствам и по этим показателям не уступает белой саже, полученной по прототипу. Как видно из табл. 2, невулканизированные резиновые смеси, содержащие испытуемую белую сажу, практически равноценны. Вулканизат с белой сажей, полученной предлагаемым способом по прочностным характеристикам (сопротивление разрыву и раздиру), не уступает вулканизату с белой сажей, полученной по прототипу. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения белой сажи из силикатнокальциевых шлаков фосфорного производства,включающий содовое выщелачивание, карбонизацию с получением осадка диоксида кремния с последующим его отделением, нейтрализацией фосфорсодержащим реагентом, промывкой и сушкой,отличающийся тем, что нейтрализацию осадка диоксида кремния проводят кислыми стоками производства термической фосфорной кислоты при мольном соотношении 225, равном 10,1-0,4.
МПК / Метки
МПК: C01B 33/18
Метки: силикатно-кальциевых, шлаков, получения, способ, сажи, белой, производства, фосфорного
Код ссылки
<a href="https://kz.patents.su/4-13800-sposob-polucheniya-belojj-sazhi-iz-silikatno-kalcievyh-shlakov-fosfornogo-proizvodstva.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ получения белой сажи из силикатно-кальциевых шлаков фосфорного производства</a>
Предыдущий патент: Способ получения модифицированного шунгита
Следующий патент: Способ выщелачивания полиметаллического сырья и устройство для его осуществления
Случайный патент: Способ получения акролеина