非晶质二氧化硅及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种非晶质二氧化硅的制造方法，所述制造方法具有：准备含氧化硅的有机系废料作为初始原料的工序、将有机系废料浸渍在具有羟基的羧酸水溶液中的工序、接着对有机系废料进行水洗处理的工序、进而在大气气氛中对有机系废料进行加热的工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种由稻壳、稻草、米糠、木材等有机系废料(生物质原 料)得到的高纯度的。
技术介绍
稻壳、稻草等农作物的非食用部分中，除纤维素、半纤维素等碳氢化合物之外，还含有约20。/。左右的非晶质氧化硅(二氧化硅/SiO2)。所以，以往作为农作物的非食用部分的再利用， 一般尝试着以高纯度提取非晶质二 氧化硅来用作可溶性二氧化硅肥料。另外，这种非晶质的氧化硅具有较高 的火山灰活性，所以，与水泥进行水合反应生成稳定的硅酸钙，其结果， 带来水泥致密化从而强度提高的优点。作为从稻壳中提取二氧化硅的方法，目前己知的方法是，进行炸碎处 理、蒸煮处理、超临界水处理、使用了浓硫酸或盐酸的酸处理清洗，然后 使实施了这些处理的稻壳加热、燃烧。这些方法生成作为燃烧灰的高纯度 二氧化硅。然而，在这里所记载的任一种制造方法中，均能指出如下问题， 即，制造工序复杂，同时生产率低；从耐腐蚀性和耐环境性方面考虑，设 备容器要使用昂贵的高级材质。换言之，这里记载的任一种制造方法，作 为使用稻壳或稻草来大量且廉价地提取燃烧灰二氧化硅的制造方法都存 在经济性方面的问题。这里列举几个记载了由稻壳制造无定形二氧化硅的方法的文献。 曰本特公平7-57684号公报公开有"由稻壳制造高纯度二氧化硅的方 法"。该公报所公开的方法是，用氢氟酸(HF)溶液处理稻壳，提取稻壳中 所含的硅化合物来制造二氧化硅。具体而言，将利用氢氟酸溶液处理所得 的硅化合物以六氟硅酸(H2SiF6)的形式提取出来，在其中加入氨水，经由 六氟硅酸铵分解成氟化铵(NH4F)和二氧化硅(Si02)，将其过滤 分离后，经水洗、干燥工序，制造非晶质的氧化硅粉末。这种方法既存在4因利用昂贵的氢氟酸而带来的经济性下降的问题，又有因为使用侵蚀性强 的氢氟酸所以使用的装置的材质昂贵的问题。日本特开2006-187674号公报公开有"含有硅酸的粉末制造方法及含 有硅酸的粉末制造系统"。该公报所公开的方法是，将稻壳或稻草投入到 处理容器内，向该容器内注入水蒸汽使内压及温度上升，使投入物在不进行燃烧的情况下粉末化。由此可以由稻壳或稻草直接生成单一肥料。曰本特开平5-194007号公报公开有"非晶质二氧化硅微粉的制造方法 及非晶质二氧化硅微粉混入的混凝土产品"。该公报所公开的方法是，通 过将在盐酸溶液中浸渍过的稻壳烧成后进行粉碎，来制造非晶质二氧化硅 微粉。用浓度为5%的盐酸水溶液清洗稻壳，SiCb的纯度为96%左右，不 充分。为了使SK)2纯度为98。/。以上，需要浓度为10% 20%左右的盐酸水 溶液。此时，在600 70(TC左右烧成所得的二氧化硅粉末中有氯(C1)残留， 因而，在将这种二氧化硅粉末用作混凝土原料时，可能会存在氯腐蚀钢筋 的问题。日本特表2004-527445号公报公开有"由生物材料制造高纯度无定形 二氧化硅的方法"。该公报所公开的方法是，通过将稻壳等生物质浸渍在 具有氧化溶质(选自过氧化物、硝酸盐、高锰酸盐中)的溶液中，使木质素 及纤维素等长链烃进一步减少，转化为可燃性(挥发性)的短链烃，使通过 下一个工序的燃烧而生成的二氧化硅中的碳质残渣减少。此时的燃烧温度 优选为500~950°C。在高温区域燃烧会使二氧化硅结晶化。日本特开平7-196312号公报公开有"以稻壳为原料的非晶质二氧化硅 的制造方法"。该公报所公开的方法是，对于稻壳而言，用流动床在640 800 °C、以4 10秒短时间烧成作为第1燃烧工序，接着用外热式旋转炉在 700 95(TC烧成8 15分钟作为第2燃烧工序。用这种方法，可以制造未燃 烧碳少且火山灰反应性高的非晶质二氧化硅。曰本特开平8-48515号公报公开有"以稻壳为原料的非晶质二氧化硅 的制造方法"。该公报所公开的方法是，通过将稻壳浸渍在水中后烧成该 稻壳，或者通过在稻壳烧成前或烧成时供给或喷射水或水蒸汽，制造高纯 度的非晶质二氧化硅。在水中的浸渍效果或水分的供给、喷射效果是除去 附着在稻壳表面的杂质，然后在550 60(TC下烧成稻壳。S.Chandrasekhar等(S.Chandmsekhar et.al.)在材料科学学报40(2005) 6535-6544 (JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE)中发表了题为"有机酸 处理对由稻壳制得的二氧化硅的特性的影响"(Effect of organic acid treatment on the properties of rice husk silica)的论文。该论文所公开的方法 是，用醋酸和草酸2种有机酸水溶液，在使浓度约为0.5 30%的各自的水 溶液沸腾的状态下，将稻壳投入到这种水溶液中，搅拌90分钟后取出稻 壳，将该稻壳水洗处理后在U(TC进行干燥处理，进而在70(TC进行2小 时的烧成处理。用这种方法可以制得纯度为93~96.7%的非晶质二氧化硅。日本特开平11-323752号公报公开有"以高含量含有二氧化硅、纤维 素及木质素的原材料的制造方法"。该公报所公开的方法是，对稻壳、稻 草、甘蔗渣等木质系材料进行炸碎或蒸煮处理(将木质系原材料浸渍在盐 酸、硫酸、硝酸等的溶液中进行加温、加压处理)后，在550 90(TC(更优 选为600 70(TC)下使之燃烧。由此可制得SiCb含量为95%左右的非晶质 (无定形)氧化硅。换句话说，为了制造例如纯度为96%以上的高纯度氧化 硅，需要通过在更高的温度下加热、燃烧而将杂质进行热分解并除去。但 这样的高温加热会产生氧化硅的结晶结构方英石化(结晶化)的问题。曰本特开平8-94056号公报公开有"有机系废料的焚烧处理方法"。 该公报所公开的方法是，对稻壳、麦杆等有机系废料在150 100(TC下进行 干馏或加热处理，用酸液或碱液或含有金属螯合剂的水洗液对所得到的碳 化物清洗、脱盐后，焚烧脱盐碳化物。由此制得的脱盐碳化物可以用作水 泥用混合材料。作为酸，使用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸或蚁酸、醋酸等 有机酸。作为金属螯合剂，使用乙二胺四乙酸(EDTA: ethylene diamine tetraacetic acid)、次氮基三乙酸(NTA: nitrilo toriacetic acid)、 EDTP(ethylene diamine tetrapropionic)等具有金属配合物形成能力的盐类。通过如此在焚 烧前进行脱盐处理，焚烧后的燃烧灰中不含盐分，成为良好的水泥混合材 料。并且焚烧废气中几乎不含氯化氢，所以能抑制二噁英的产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，在不使用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸的情况下， 由农作物、草食物、木材等有机系废料中得到高纯度的非晶质二氧化硅。依照该专利技术的非晶质二氧化硅的制造方法，具有准备以含氧化硅的 有机系废料为初始原料的工序、将有机系废料浸渍在具有羟基的羧酸水溶 液中的工序、接着对有机系废料进行水洗处理的工序、进而将有机系废料 在大气气氛中进行加热的工序。羧酸优选的是选自柠檬酸、异柠檬酸、酒石酸、苹果酸以及乳酸中的任一种酸。羧酸水溶液的温度优选为50。C以上8(TC以下。羧酸水溶液的 浓度优选为0.5%以上10°/。以下。上述在大气气氛中的加热温度优选为300'C以上110(TC以下。优选将有机系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非晶质二氧化硅的制造方法，其中，具有：　准备含氧化硅的有机系废料作为初始原料的工序；　将所述有机系废料浸渍在具有羟基的羧酸水溶液中的工序；　接着对所述有机系废料进行水洗处理的工序；　进而在大气气氛中对所述有机系废 料进行加热的工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤胜义，道浦吉贞，梅田纯子，
申请(专利权)人：株式会社栗本铁工所，近藤胜义，
类型：发明
国别省市：JP[日本]