纯碱-白碳黑联合制造方法技术

一种以含钠化合物、含硅石物料和二氧化碳为原料的纯碱－白碳黑联合制备方法。该方法首先使含硅石的物料与除纯碱外的含钠化合物反应生成中间化合物硅酸钠，硅酸钠再与二氧化碳按式（Ⅰ）反应制备纯碱和白碳黑，或与碳酸氢钠按式（Ⅱ）反应制备纯碱和白碳黑。含钠化合物原料为烧碱、芒硝、食盐等；含硅石的物料为高硅含量的石英砂、石英岩、硅藻土、铁矿石、高岭土、粉煤灰、煤矸石等金属、非金属矿物。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
纯碱—白碳黑联合制造方法本专利技术涉及纯碱和白碳黑的制造方法，特别是与二者联产有关的方法。已有的纯碱与白碳黑制造方法，均相互无关；经检索，尚未见有二者联合生产的报导。纯碱属于规模生产的原材型化工产品。我国有关纯碱生产的“八五”计划完成后，已成为纯碱生产大国之一，年产纯碱已超过700万吨(1998年产量为744万吨)。在全球所生产的纯碱中，估计有85％采用了氨碱法(席德立，无废工艺，221页，清华大学出版社，1990)。氨碱法系以氯化钠和碳酸钙为基本原料，通过如下所示的总反应来制造纯碱：     由于反应中氯化钠的转化率不高，特别是生成的氯化钙得不到应用而被废弃，故氨碱法的原材料利用率很低。根据《纯碱工学》给出的消耗定额，每生产一吨纯碱，需投入氯化钠1.6吨和碳酸钙1.3吨(中国纯碱工业协会主编，纯碱工学，31页，化学工业出版社，1990)，这就意味着伴随1吨纯碱的产出向环境排放了1.9吨废弃物。据此推算，我国生产纯碱所废弃的物料，每年要在1000万吨以上：这不仅浪费掉巨量资源，更成问题的是已经造成并在继续加剧的对生态环境的影响，尚未找到有效的解决办法。如何克服纯碱生产存在的上述问题，是本专利技术的目的之一。为此，本专利技术给出一个新的纯碱制造方法，这一方法将纯碱的制造与白碳黑的制造结合起来，形成所谓的纯碱—白碳黑联合制造法，原材料利用合理，不存在废弃物大量排放引起的环境问题。本专利技术给出的这一纯碱—白碳黑联合制造方法，与白碳黑的已有制法密切相关。有关白碳黑的制造，到目前为止，沉淀法仍是已有方法中的最主要方法。所谓沉淀法，一般指以硅酸钠为原料与无机酸(通常为HCl、H2SO4、CO2)反应，沉淀出分散态二氧化硅的一类方法(化工百科全书编委会编，化工-->百科全书，第三卷，968～972页，化学工业出版社，1993；CN1069244A；CN1036990C；CN1048956C；CN1148567A；CN1230936A)。沉淀法在生成二氧化硅沉淀的同时，还生成可溶的钠盐，而钠盐通常并不考虑回收。故沉淀法的原料利用状况并不理想，废弃的物料亦占有很高的比例。如何回收钠盐，尤其能按设定的反应生成碳酸钠回收，也就是把沉淀法改造成为一个白碳黑—纯碱联合生产方法，为本专利技术的另一目的。显然，沉淀法若局限于硅酸钠为起始原料，不仅钠盐回收的经济意义有限，而需进一步采取的合理回收措施，也不存在多少可回旋的余地。因此，突破限制，将富含硅石(SiO2)的物料，尤其那些富含硅石的废弃物料，如稻壳灰、锅炉灰、煤矸石、黄磷炉渣、锆英石分解液、硅灰石等转变成硅酸钠后，再与无机酸反应制白碳黑，应认为是沉淀法的一种进展。CN1174168A、CN1134916A、CN1113216A、CN1115774A、CN1120016A、CN1058381A、CN1039000A等专利公开的内容，就属于这一类方法。这些方法，尽管未能将钠盐回收，但由于将白碳黑的制备扩展到了从含硅石的原料开始，这就为进一步采取钠盐回收措施，创造了有利条件。第一个考虑钠盐回收的方法，由CN1065051A给出。稍后，CN1096524A及CN1039219C也给出了类似的方法。专利CN1065051A所给出的方法，应认为由硅石与纯碱生成硅酸钠的反应及二氧化碳与硅酸钠生成白碳黑的反应构成。由这两个反应可以看到，反应(2)所需的硅酸钠和二氧化碳，可由反应(1)提供，而反应(1)所需的纯碱又可从反应(2)取得；如此反复循环。而每次循环，除了硅石由晶态的石英转变为非晶型的粉末外，别无其它变化。故此一回收纯碱的白碳黑制造方法，实际上是一个除原料石英砂外，理论上无其它物料消耗的硅石的结构与形态转变过程，与传统的沉淀法相比，明显具有原材料利用合理所带来的诸多优点。但由于反应(2)生成的纯碱需用于制备硅酸钠，故无法实现-->白碳黑与纯碱同时作为产品产出。在CN1096524A所给出的方法中，除了以富含硅石的稻壳、稻草、麦秸等取代石英砂外，有关制备的原理及化学反应，与CN1065051A基本相同。CN1039219C给出的方法，系由硅石与芒硝经由碳热还原生成硅酸钠的反应及白碳黑的生成反应构成。反应(4)除从反应(3)得到原料硅酸钠外，所需的硫酸也是将反应(3)生成的二氧化硫进一步转化制得，而从反应(4)除得到白碳黑外，还制得芒硝，芒硝则被循环用于反应(3)，将硅石转变成硅酸钠。这一方法与CN1065051A和CN1096524A基本相似，都将回收的钠盐循环用于硅酸钠的制备，故除白碳黑外，无其它产品产出。为了将废弃的钠盐转变成碳酸钠回收，从而使沉淀法成为纯碱与白碳黑的联合生产方法，本专利技术给出如下技术方案：首先使含硅石的原料与除纯碱外的含钠化合物反应，生成中间化合物硅酸钠；硅酸钠再直接或间接与二氧化碳反应，生成纯碱和白碳黑。所谓直接反应，是指硅酸钠与二氧化碳按照反应生成纯碱和白碳黑，而间接反应则指将二氧化碳通入纯碱溶液，按如下反应转化成碳酸氢钠(溶液)后，再与硅酸钠按照反应生成纯碱和白碳黑。按照本专利技术的由反应(2)制备纯碱和白碳黑的实施方案，是首先将硅酸钠稀释到每升含二氧化硅40～80克，取适量加入反应器，搅拌并升温至60～85℃，保持恒温通入用1～3倍体积的干燥空气或氮稀释的二氧化碳，二氧化碳通入量以-->所加硅酸钠中的Na2O重量为基准，按照Na2O∶CO2＝1∶1.2～2.0，优选1∶1.4～1.8，例如1∶1.6计算，二氧化碳通入速度控制在30～90分钟全部通入，之后，保持恒温搅拌30～90分钟，结束反应；生成的悬浮液经固液分离后，将固渣洗涤、干燥和和必要时粉碎，即产品白碳黑；从母液中析出晶体，再经160～200℃煅烧即得产品纯碱，煅烧产生的二氧化碳，可回收送入二氧化碳贮柜备用。按照本专利技术的由反应(2′)制备纯碱和白碳黑的实施方案，是首先确定投入反应的硅酸钠数量，然后以硅酸钠中的Na2O重量为基准按照Na2O∶NaHCO3＝1∶3～5，优选1∶4.1算出所需的碳酸氢钠并配制成10％的碳酸氢钠溶液(在30～40℃的水温下配制和保存；仅首次制备反应配制，以后循环使用回收的碳酸氢钠母液)；向反应器加入硅酸钠溶液全部和碳酸氢钠溶液的20～40％，搅拌并升温至60～85℃，保持恒温将剩余的碳酸氢钠溶液加入，加入速度控制在30～90分钟全部加完，之后，保持恒温搅拌30～90分钟，结束反应；生成的悬浮液经固液分离后，固渣经洗涤、干燥和必要时粉碎，即产品白碳黑，母液蒸发至其体积等于所加入的碳酸氢钠溶液体积时，降温至30℃，保持恒温通入二氧化碳直至母液的pH≤8.6，停止通二氧化碳，待晶析过程完成，分离出的母液可直接用于下次制备反应，晶体经160～200℃煅烧即得产品纯碱，煅烧产生的二氧化碳回收送入二氧化碳贮柜备用。按照本专利技术的由反应(2′)制备纯碱和白碳黑的另一实施方案，是首先向反应器加入碳酸氢钠溶液总量的20～40％，搅拌并升温至45～65℃，保持恒温再将硅酸钠和剩余的碳酸氢钠溶液分二处同时加入，加入速度控制在30～90分钟全部加完，接着经约10分钟升温至60～85℃，保持恒温搅拌30～90分钟，结束反应，生成的悬浮液按前述实施方案有关方法处理。按照本专利技术的由反应(2′)制备纯碱和白碳黑的又本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纯碱－白碳黑联合制造方法，其特征是，将含硅石的原料与除纯碱外的含钠化合物反应生成中间化合物硅酸钠，硅酸钠再与二氧化碳按如下反应 ＊＊＊ 制备纯碱和白碳黑，或与碳酸氢钠按如下反应 ＊＊＊ 制备纯碱和白碳黑。

【技术特征摘要】
1.一种纯碱—白碳黑联合制造方法，其特征是，将含硅石的原料与除纯碱外的含钠化合物反应生成中间化合物硅酸钠，硅酸钠再与二氧化碳按如下反应制备纯碱和白碳黑，或与碳酸氢钠按如下反应制备纯碱和白碳黑。2.如权利1所述的纯碱—白碳黑联合制造方法，其特征是，由硅酸钠与二氧化碳反应所构成的如下的纯碱—白碳黑制备方法：将硅酸钠溶液稀释到每升含二氧化硅40～80克，取适量加入反应器，搅拌并升温至60～85℃，保持恒温通入用1～3倍体积的干燥空气或氮稀释的二氧化碳，二氧化碳通入量以所加硅酸钠中的Na2O重量为基准，按照Na2O∶CO2＝1∶1.2～2.0计算，二氧化碳通入速度控制在30～90分钟全部通入，之后，保持恒温搅拌30～90分钟，结束反应；生成的悬浮液经固液分离后，将固渣洗涤、干燥和必要时粉碎，即产品白碳黑；从母液中析出晶体，再经煅烧转化成产品纯碱，煅烧产生的二氧化碳回收送入二氧化碳贮柜备用。3.如权利1所述的纯碱—自碳黑联合制造方法，其特征是，由硅酸钠与碳酸氢钠反应所构成的如下的纯碱—白碳黑制备方法：在确定投入反应的硅酸钠数量后，以硅酸钠中的Na2O重量为基准按照Na2O∶NaHCO3＝1∶3～5算出所需的碳酸氢钠并配制成10％的碳酸氢钠溶液(在30～40℃的水温下配制和保存；仅首次制备反应配制，以后循环使用回收的碳酸氢钠母液)；向反应器加入硅酸钠溶液全部和碳酸氢钠溶液的20～40％，搅拌并升温至60～85℃，保持恒温将剩余的碳酸氢钠溶液全部加入，加入速度控制在30～90分钟全部加完，之后，保持恒温搅拌30～90分钟，结束反应；生成的悬浮液经固液分离后，固渣经洗涤、干燥和必要时粉碎，即产品白碳黑，母液蒸发至其体积等于所加入的碳酸氢钠溶液体积时，降温至30℃，保持恒温通入二氧化碳直至母液的pH≤8.6，停止通二氧化碳，待晶析过程完成，分离出的母液直接用于下次制备反应，晶体经煅烧转化成产品纯碱，煅烧产生的二氧化碳回收送入二氧化碳贮柜备用。4.如权利3所述的由硅酸钠与碳酸氢钠反应所构成的纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶天润，叶阳，
申请(专利权)人：叶天润，叶阳，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]