Способ получения белой сажи из силикатно-кальциевых шлаков фосфорного производства

(51) 01 33/18 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ косметической,фармацевтической и других отраслях. Способ получения белой сажи из силикатнокальциевых шлаков фосфорного производства включает содовое выщелачивание, карбонизацию в 2 стадии, с получением осадка диоксида кремния, с последующим его отделением, нейтрализацией фосфорной кислотой, промывкой и сушкой, при этом, первую стадию карбонизации проводят в пульпе,полученной на стадии содового выщелачивания, с последующей фильтрацией,нерастворимый продукт направляют на регенерацию соды, а нейтрализацию осадка диоксида кремния осуществляют фосфорной кислотой при рН 4,0-6,0. Техническим результатом изобретения является упрощение технологического процесса, регенерация соды и повышение удельной поверхности белой сажи.(72) Абишева Зинеш Садыровна Бочевская Елена Геннадьевна Каршигина Зауре Байтасовна Загородняя Алина Николаевна Франгулиди Леонид Харлампович Шарипова Айнаш Сугурбековна(73) Акционерное общество Центр наук о земле,металлургии и обогащения(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,используемой в качестве усиливающего наполнителя в химической, шинной, бумажной,пищевой,резинотехнической,парфюмерно 24434 Изобретение относится к области неорганической химии, к способам получения высокодисперсного диоксида кремния - белой сажи,применяемой в качестве усиливающего наполнителя в химической, шинной, бумажной, пищевой,резинотехнической,парфюмерно-косметической,фармацевтической и других отраслях промышленности. Известен способ получения белой сажи из силикатных растворов. Раствор (50-60 г/дм 3 2),приготовленный из силикат-глыбы, карбонизируют углекислым газом (35 СО 2) при температуре 7585 С до рН 9,2-9,5. Полученный осадок нейтрализуют подкисленной водой (324) до рН 5-6, затем его отделяют, промывают горячей водой и высушивают при 105 С (А.с. СССР 331031, кл. С 01 В 33/12, 1972). Получить качественную белую сажу из силикатно-кальциевых шлаков фосфорного производства по данному способу невозможно из-за сильного загрязнения продукта примесями, присутствующими в шлаке. Известен способ получения белой сажи из силикатно-кальциевых шлаков фосфорного производства, в котором шлак подвергают содовому выщелачиванию, карбонизации с получением осадка диоксида кремния и последующим его отделением,нейтрализацией фосфорсодержащим реагентом,промывкой и сушкой. Нейтрализацию осадка диоксида кремния проводят кислыми стоками производства термической фосфорной кислоты при мольном соотношении 225 10,1-0,4 (патент РК 13800, кл. С 01 В 33/18, 2003). Кислые стоки получают при промывке шламов, образующихся при производстве термической фосфорной кислоты,путем сжигания желтого фосфора в орошаемых водой камерах сгорания. Шлам содержит до 50 фосфора и примеси алюминия, кальция и железа,которые, попадая в кислые стоки, приводят к снижению качества конечного продукта и не позволяют получить стандартную белую сажу. 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-ой стадии при рН 11,8-12,2 для очистки содово-силикатного раствора от алюминия,а на 2-ой стадии при рН 9,8-9,9 для осаждения из раствора белой сажи. Полученный осадок диоксида кремния отделяют и нейтрализуют фосфорной кислотой при градиенте рН 0,22-0,3 ед. рН/мин, что соответствует диапазону рН 6,4-6,6, затем промывают и сушат при температуре 105 С (Патент РК 1062, кл. С 01 В 33/18, 1996 г.). К недостаткам способа относятся- сложность технологического процесса, так как проведение 2-стадийной карбонизации после стадии выщелачивания требует дополнительной операции фильтрации- потери соды с осадком гидроалюмосиликата натрия (ГАСН), полученным на 1-ой стадии карбонизации,который выводится из технологического цикла и выбрасывается в отвал- полученная белая сажа характеризуется недостаточно высокой удельной поверхностью 120124 м 2/г. Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение процесса, регенерация соды и увеличение удельной поверхности белой сажи. Указанный результат обеспечивается в способе получения белой сажи из силикатно-кальциевых шлаков фосфорного производства, включающем содовое выщелачивание, карбонизацию в 2 стадии, с получением осадка диоксида кремния,с последующим его отделением, нейтрализацией фосфорной кислотой, промывкой и сушкой, в котором первую стадию карбонизации проводят непосредственно в пульпе, полученной на стадии содового выщелачивания,с последующей фильтрацией, нерастворимый продукт направляют на промывку для регенерации соды,а нейтрализацию осадка диоксида кремния осуществляют фосфорной кислотой при рН 4,0-6,0. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. В заявляемом способе предложено проводить 1 ую стадию карбонизации непосредственно в пульпе,после окончания процесса содового выщелачивания. Такая возможность связана с режимным технологическим параметром процесса выщелачивания - высокой температурой, которая позволяет осуществить процесс 1-ой стадии карбонизации, в одном аппарате. В результате исключается стадия фильтрации после выщелачивания и упрощается процесс. Кроме того,проведение в одном аппарате последовательных процессов выщелачивания и 1-ой стадии карбонизации приводит к сокращению оборудования и снижению затрат на тепло и электроэнергию. Как отмечалось выше,первая стадия карбонизации проводится с целью очистки раствора от алюминия, с переводом его в гидроалюмосиликат натрия, который выпадает в осадок. При этом, после проведения 1-ой стадии карбонизации на осадке ГАСН соосаждается и сода, присутствующая в растворе, что способствует ее потере и выводу из технологического цикла. При использовании заявляемого способа, в результате последовательного проведения процессов выщелачивания и 1-ой стадии карбонизации, после фильтрации получается нерастворимый продукт, содержащий осадок гидроалюмосиликата натрия и кек от выщелачивания. Сода, соосажденная с этим продуктом,регенерируется в процессе последующей промывки, т.е. растворяется и переходит в фильтрат, который затем направляется на выщелачивание новой партии шлака. Таким образом, предлагаемый способ позволяет не только упростить процесс, за счет исключения одной стадии фильтрации, но и регенерировать соду. В заявляемом способе нейтрализацию белой сажи проводят фосфорной кислотой при рН 4,0-6,0. 24434 Проведение нейтрализации в указанном диапазоне позволяет обеспечить, в отличие от известного способа, изменение размера частиц белой сажи,которые приобретают сфероидальную форму с пористой структурой (фиг. а). При этом, средний размер частиц белой сажи находится в диапазоне 520 нм и удельная поверхность составляет 140-160 м 2/г. Высокая удельная поверхность объясняется наличием большого количества пор, содержащихся в сфероидальных частицах белой сажи. При рН менее 4,0, частицы белой сажи представлены рыхлыми,термодинамически неустойчивыми дендритовидными агрегатами,способными преобразовываться под пучком электронов в крупные (более 80 нм) округлые однородные частицы, которые часто имеют сложные формы (фиг. б). Удельная поверхность белой сажи составляет 80 м 2/г. При нейтрализации белой сажи при рН более 6,0 в образце присутствуют крупные плотные агрегативные частицы и пластинчатые образования(фиг. в). Размеры частиц образца 20-50 нм и удельная поверхность составляет 120 м 2/г. Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить технологический процесс, регенерировать соду и повысить удельную поверхность белой сажи до 140-160 м 2/г, по сравнению со способом по прототипу (120-124 м 2/г). Примеры осуществления способа. Пример 1. Содово-силикатный шлак фосфорного производства, измельченный до фракции 0,05 мм,состава, масс.2- 39,25 А 2 О 3 - 4,23, массой 250 г выщелачивали в 1500 мл содового раствора 3(300 г/дм а 2 СО 3) при температуре 95 С в течение 2-х часов. После окончания выщелачивания, не останавливая перемешивания, непосредственно в пульпу пропускали диоксид углерода (100 СО 2) и выдерживали в течение 15-20 мин (1-ая стадия карбонизации). Затем фильтровали, полученный продукт - осадок гидроалюмосиликата натрия с кеком от выщелачивания, отделяли фильтрацией. В результате фильтрации получили 245 г продукта,содержащего, масс.2 - 22,26 А 2 О 3 - 3,95 и 23 - 31,80. Продукт направляют на стадию промывки, после которой промводы, содержащие соду, возвращают на стадию выщелачивания новой партии силикатно-кальциевого шлака фосфорного производства. 3 Фильтрат, содержащий, г/дм 33,20 2, 0,07 А 2 О 3 карбонизировали на 2-ой стадии диоксидом углерода (100 СО 2) при температуре 50 С до рН 9,8. Отфильтрованный влажный осадок диоксида кремния (белая сажа) нейтрализовали фосфорной кислотой до рН 4,0 в течение 1 часа при комнатной температуре и постоянном перемешивании. Затем суспензию отфильтровывали. Осадок промывали катионированной водой и сушили при 105 С. Удельная поверхность полученной белой сажи образец, полученный при рН 4,0, состоит из агрегатов объмных пористых округлых частиц со средним размером 10-15 нм (фиг. а). Пример 2. Содово-силикатный шлак фосфорного производства, измельченный до фракции 0,05 мм,состава, масс.2 - 39,25 А 2 О 3 - 4,23 массой 250 г выщелачивали в 1500 мл содового раствора (300 г/дм 23) при температуре 95 С в течение 2-х часов. После окончания выщелачивания, не останавливая перемешивания,непосредственно в пульпу пропускали диоксид углерода (100 СО 2) и выдерживали в течение 15-20 мин (1-ая стадия карбонизации). Затем фильтровали, полученный продукт - осадок гидроалюмосиликата натрия с кеком от выщелачивания, отделяли фильтрацией. В результате фильтрации промводы, содержащие соду,возвращают на стадию выщелачивания новой партии силикатно-кальциевого шлака фосфорного производства. 3 Фильтрат, содержащий, г/дм 33,72 2, 0,075 А 2 О 3 карбонизировали на 2-ой стадии диоксидом углерода (100 СО 2) при температуре 50 С до рН 9,9. Отфильтрованный влажный осадок диоксида кремния (белая сажа) нейтрализовали фосфорной кислотой до рН 5,5 в течение 1 часа при комнатной температуре и постоянном перемешивании. Затем суспензию отфильтровывали. Осадок промывали катионированной водой и сушили при 105 С. Удельная поверхность полученной белой сажи(38,9 г 2) составляет 160 м 2/г. Электронномикроскопические исследования показали, что образец, полученный при рН 4,0, состоит из агрегатов объмных пористых округлых частиц со средним размером 10 нм (фиг. а). Пример 3. Содово-силикатный шлак фосфорного производства, измельченный до фракции 0,05 мм,состава, масс.2 - 39,25 А 2 О 3 - 4,23 массой 250 г выщелачивали в 1500 мл содового раствора(300 г/дм 3 23) при температуре 95 С в течение 2-х часов. После окончания выщелачивания, не останавливая перемешивания, непосредственно в пульпу добавляли бикарбонат натрия (из расчета 50 г/дм 3) и выдерживали в течение 15-20 мин (1-ая стадия карбонизации). Затем фильтровали,полученный продукт - осадок гидроалюмосиликата натрия с кеком от выщелачивания, отделяли фильтрацией. В результате фильтрации получили 243 г продукта, содержащего, масс.2- 22,20 А 2 О 3 - 3,90 и 23- 35,75. Продукт направляют на стадию промывки, после которой промводы,содержащие соду, возвращают на стадию выщелачивания новой партии силикатнокальциевого шлака фосфорного производства. 3 Фильтрат, содержащий, г/дм 33,20 2, 0,07 А 2 О 3 карбонизировали на 2-ой стадии диоксидом углерода (100 СО 2) при температуре 50 С до рН 9,8. Отфильтрованный влажный осадок диоксида кремния (белая сажа) нейтрализовали фосфорной 3 24434 кислотой до рН 6,0 в течение 1 часа при комнатной температуре и постоянном перемешивании. Затем суспензию отфильтровывали. Осадок промывали катионированной водой и сушили при 105 С. Удельная поверхность полученной белой сажи(39,0 г 2) составляет 154 м/г. Электронномикроскопические исследования показали, что образец, полученный при рН 6,0, состоит из агрегатов объмных, пористых, округлых частиц, со средним размером 10-12 нм (фиг. а). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения белой сажи из силикатнокальциевых шлаков фосфорного производства,включающий содовое выщелачивание,карбонизацию в 2 стадии, с получением осадка диоксида кремния, с последующим его отделением нейтрализацией фосфорной кислотой, промывкой и сушкой, отличающийся тем, что первую стадию карбонизации проводят непосредственно в пульпе,полученной на стадии содового выщелачивания, с последующей фильтрацией, нерастворимый продукт направляют па промывку для регенерации соды, а нейтрализацию осадка диоксида кремния осуществляют фосфорной кислотой при рН 4,0-6,0.