專利名稱：一種生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)三廢綜合利用和處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種生產(chǎn)細微輕質(zhì)碳酸 鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方法，該方法所用的原材料為聯(lián)堿廢液和電石渣。
背景技術(shù)：
聯(lián)合制純堿法(簡稱聯(lián)堿法)是生產(chǎn)純堿的主要方法，伴隨著純堿的產(chǎn)生，也產(chǎn)生 大量的氯化銨廢液。氯化銨廢液純化后可用于生產(chǎn)氮肥。電石渣是電石水解生產(chǎn)乙炔所產(chǎn)生的殘余物，是含固量在8% -10%的乳液，又名 電石泥，其主要化學成分是氫氧化鈣，還含有硅酸鈣、鋁酸鈣、硅鐵及炭渣等固體雜質(zhì)以及 硫化鈣、氫氧化鈣、乙炔等水溶液，是一種呈強堿性，富含豐富的鈣資源，以其為原料可生產(chǎn) 碳酸鈣、水泥等一系列需要鈣質(zhì)為原料的產(chǎn)品。但由于其中所含雜質(zhì)較多、含水量高、成份 復(fù)雜、未經(jīng)處理的電石渣無法直接利用。另一方面，隨著電石行業(yè)的蓬勃發(fā)展，電石渣的排 放量也日益增加，年生產(chǎn)20萬噸PVC的生產(chǎn)廠排放電石泥漿達360萬噸/年，大量的電石 渣無法有效利用，直接堆積將嚴重污染農(nóng)田和地下水，造成土地人為堿化，對生態(tài)環(huán)境造成 難以恢復(fù)的污染。制備白炭黑(SiO2)的傳統(tǒng)方法是沉淀法即用水玻璃(硅酸鈉)和強酸，如鹽酸 和硫酸，反應(yīng)，生成水合二氧化硅沉淀，以鹽酸為例，其反應(yīng)化學方程式為Na2O · nSi02+2HCl+ (η · m_l) H2O — 2NaCl+n (SiO2 · mH20) I水合二氧化硅沉淀經(jīng)處理制的白炭黑。這種方法生產(chǎn)1噸白炭黑要消耗4 4. 5 噸水玻璃和1. 5噸鹽酸，化工原料消耗大，不經(jīng)濟。為了克服傳統(tǒng)方法的缺陷，人們也探索了其他制備白炭黑的方法，如申請?zhí)枮?200710055061. 8的發(fā)明專利公開了一種以氟硅酸、水玻璃為主要原料制備白炭黑的方法， 該方法中氟硅酸成本較低且原料易得，從而在一定程度上降低了白炭黑的生產(chǎn)成本。然而， 該方法生產(chǎn)工藝十分繁瑣，尤其是產(chǎn)生了大量的副產(chǎn)物氟化鈉，氟化鈉能夠腐蝕皮膚，刺激 粘膜，對神經(jīng)系統(tǒng)有侵害作用，因而對生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備的要求較高。申請?zhí)枮?00810107069. 9的發(fā)明專利公開了樂一種用稻殼灰制備納米級白炭黑 的方法。該方法用稻殼灰的堿法處理制備水玻璃、水玻璃溶液的濃縮后再與硫酸反應(yīng)，從而 制得白炭黑。該方法并沒有擺脫用傳統(tǒng)方法制備白炭黑的缺陷。因而，也是一個不經(jīng)濟的 方法。另一方面，白炭黑主要用作天然橡膠和合成橡膠的補強劑、牙膏摩擦劑，也用作涂 料和不飽和樹脂增稠劑，涂料消光劑、增稠劑、塑料薄膜開口劑等。近年來，隨著我國工業(yè)化 進程的快速發(fā)展，對白炭黑的需求日益增長，這也大大刺激了白炭黑的生產(chǎn)，目前白炭黑的價格也不斷升高，然而，國內(nèi)的產(chǎn)量卻并不能滿足市場的需求。因而，開發(fā)利用聯(lián)堿廢液中的氯化銨和電石渣中的氫氧化鈣，同時生產(chǎn)有工業(yè)價 值的白炭黑和碳酸鈣將是一個十分經(jīng)濟有效的方法。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化 鈉和碳粉的方法，該方法所用的原材料為聯(lián)堿廢液和電石渣。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的 方法，該方法所用的原材料為聯(lián)堿廢液和電石渣，包括如下步驟A 分別折算聯(lián)堿廢液中的氯化銨的質(zhì)量含量和電石渣中的氫氧化鈣的質(zhì)量含 量；B:將電石渣與聯(lián)堿廢液按照氫氧化鈣與氯化銨的純物質(zhì)質(zhì)量比為1 1.08 1.45投入耐腐蝕反應(yīng)器(1)中，進行反應(yīng)，得到含氯化鈣和氨水的混合液；C:將步驟B所得的含氯化鈣和氨水的混合液經(jīng)第一抽濾泵⑵抽濾，第一離心機 (3)離心，得到黑色碳濾餅和澄清的濾液；D 將步驟C所得的澄清的濾液投入碳化塔(4)中，用質(zhì)量濃度為5 10%表面活 性劑進行表面處理，攪拌速率為220 320r/min，而后通入二氧化碳氣體進行碳化反應(yīng)，得 到含碳酸鈣沉淀和氯化銨混合物；E 將步驟D所得的含碳酸鈣沉淀和氯化銨混合物用第二抽濾泵(6)及第二離心機 (7)離心，得到碳酸鈣濾餅和含氯化銨的溶液；F 將步驟E所得的碳酸鈣濾餅依次經(jīng)洗滌離心機(8)洗滌脫水，第一干燥機(9) 干燥，粉碎機(10)粉碎，包裝得到碳酸鈣產(chǎn)品(11)；G 將步驟E所得的含氯化銨的溶液與水玻璃按照氯化銨與硅酸鈉純物質(zhì)質(zhì)量比 為1 0.64 2. 39投入反應(yīng)器(17)中，在徐徐的攪拌下進行雙水解反應(yīng)，氯化銨在水溶液 中水解為氨根離子和氯離子，水玻璃在水溶液中水解為硅酸根離子、鈉離子和氫氧根離子， 氨根離子與硅酸根離子的水解相互促進，從而生成氨氣、氫離子和二氧化硅沉淀，氫離子和 氫氧根離子直接結(jié)合成水分子，二氧化硅沉淀即白炭黑，氨氣逸出溶液，氯離子和鈉離子結(jié) 合形成氯化鈉；H 將步驟G所得的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾器(18)過濾，得到白炭黑粗品和含氯化鈉的溶 液；I 步驟H所得的白炭黑粗品經(jīng)第二干燥器(19)干燥得到白炭黑產(chǎn)品(20)；J 步驟H所得的含氯化鈉的溶液送入減壓蒸餾器(21)中蒸餾得到氯化鈉產(chǎn)品 (22)；K 所述碳濾餅與過量鹽酸于碳粉凈化器(12)中過量反應(yīng)，除去沒有完全反應(yīng)的 電石渣，經(jīng)第三抽濾泵(13)抽濾得到純凈的碳濾餅；L 所述純凈的碳濾餅再經(jīng)脫水、在碳粉干燥箱(14)中干燥，碳粉粉碎機(15)中粉 碎成為碳粉產(chǎn)品(16)。用氯化表(5)控制所述碳化反應(yīng)的碳化終點，當表上讀數(shù)不動為零時即為碳化終
點ο步驟D所述的二氧化碳氣體為純二氧化碳氣體或二氧化碳體積含量大于20%的 混合氣體。所述表面活性劑選自濃乳劑、吐溫80和二者的混合物。
所述氨氣返回制堿系統(tǒng)循環(huán)利用。上述方法涉及到的化學反應(yīng)原理為2NH4C1+Ca (OH) 2 = = = = CaCl2+2NH40H CaCl2+2NH40H+C02 = = = = CaC03+2NH4Cl+H202NH4C1+Na20 · nSi02 = = = = nSi02+2NaCl+2NH3+H20本發(fā)明所述的生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方法，利用工 業(yè)廢品聯(lián)堿廢液和電石渣生產(chǎn)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉，充分利用了工業(yè)廢品中 的有效成分，降低了工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，其生產(chǎn)過程簡單，生產(chǎn)成本極低，是一個十分經(jīng) 濟有效的方法。
圖1展示了本發(fā)明所述生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方 法的工藝步驟，其中(1)——耐腐蝕反應(yīng)器，(2)——第一抽濾泵，(3)——第一離心機，(4)——碳化塔，(5)——氯化表， (6)——第二抽濾泵，(7)——第一離心機，(8)——洗滌離心機，(9)——第一干燥機，(10)——粉碎機， (11)——碳酸鈣產(chǎn)品，(12)——碳粉凈化器，(13)——第三抽濾泵，(14)——碳粉干燥箱，(15)——碳粉粉碎機，(16)——碳粉產(chǎn)品，(17)——反應(yīng)器， (18)——過濾器，(19)——第二干燥器，(20)——白炭黑產(chǎn)品，(21)——減壓蒸餾器，(22)——氯化鈉產(chǎn)品。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明所述生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉 和碳粉的方法做進一步描述和說明。實施例一一種生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方法，先折算聯(lián)堿法產(chǎn) 生的廢液中的氯化銨質(zhì)量含量和電石渣中的氫氧化鈣質(zhì)量含量；將含500kg氫氧化鈣的電 石渣與聯(lián)堿廢液按照氫氧化鈣與氯化銨的純物質(zhì)質(zhì)量比為1 1.08投入耐腐蝕反應(yīng)器(1) 中，攪拌均勻，進行反應(yīng)，得到含氯化鈣和氨水的混合液；將所得的含氯化鈣和氨水的混合 液經(jīng)第一抽濾泵⑵抽濾，第一離心機⑶離心，得到黑色碳濾餅和澄清的液體；黑色的碳 濾餅用于制備碳粉；澄清的液體投入碳化塔(4)中，用質(zhì)量濃度為5%表面活性劑濃乳劑處 理，攪拌速率為220r/min，而后通入二氧化碳氣體進行碳化反應(yīng)，用氯化表(5)控制所述碳 化反應(yīng)的碳化終點，當表上讀數(shù)不動為零時即為碳化終點；碳化反應(yīng)得到含碳酸鈣沉淀和 氯化銨的混合物；將含碳酸鈣和氯化銨混合物用第二抽濾泵(6)過濾及第二離心機(7)離 心，得到碳酸鈣濾餅和含氯化銨的溶液；所得碳酸鈣濾餅依次經(jīng)洗滌離心機(8)洗滌脫水， 干燥機(9)干燥，粉碎機(10)粉碎，包裝得到含504. 67kg碳酸鈣的碳酸鈣產(chǎn)品(11)；所述 含氯化銨的溶液與水玻璃按照氯化銨與硅酸鈉純物質(zhì)質(zhì)量比為1 2. 39投入反應(yīng)器(17) 中，在徐徐的攪拌下進行雙水解反應(yīng)，而生成氨氣、白炭黑和氯化鈉；氨氣逸出，返回制堿系統(tǒng)循環(huán)利用；用過濾器(18)過濾反應(yīng)產(chǎn)物，得到白炭黑粗品和含氯化鈉的溶液；所述白炭 黑粗品經(jīng)第二干燥器(19)干燥得到白炭黑產(chǎn)品(20)；所述含氯化鈉的溶液送入減壓蒸餾 器(21)中蒸餾得到氯化鈉產(chǎn)品(22)。所述碳濾餅與過量鹽酸于碳粉凈化器(12)中過量反應(yīng)，除去沒有完全反應(yīng)的電 石渣，經(jīng)第三抽濾泵(13)抽濾，得到純凈的碳粉；所述純凈的碳粉再經(jīng)脫水、在碳粉干燥箱 (14)中干燥，碳粉粉碎機(15)中粉碎成為碳粉產(chǎn)品(16)。實施例二一種生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方法，先折算聯(lián)堿廢液 中的氯化銨的質(zhì)量含量和電石渣中的氫氧化鈣的質(zhì)量含量；將含500kg氫氧化鈣的電石渣 與聯(lián)堿廢液按照氫氧化鈣與氯化銨的純物質(zhì)質(zhì)量比為1 1.45投入耐腐蝕反應(yīng)器(1)中， 攪拌均勻，進行反應(yīng)，得到含氯化鈣和氨水的混合液；將所得的含氯化鈣和氨水的混合液經(jīng) 第一抽濾泵⑵抽濾，第一離心機⑶離心，得到黑色碳濾餅和澄清的液體；黑色的碳濾餅 用于制備碳粉；澄清的液體投入碳化塔(4)中，用質(zhì)量濃度為8%表面活性劑處理，攪拌速 率為280r/min，其中表面活性劑中含有質(zhì)量濃度為6%的濃乳劑和質(zhì)量濃度為2%吐溫80， 而后通入含二氧化碳氣體25%的混合氣體進行碳化反應(yīng)，用氯化表(5)控制所述碳化反應(yīng) 的碳化終點，當表上讀數(shù)不動為零時即為碳化終點；碳化反應(yīng)得到含碳酸鈣沉淀和氯化銨 混合物；將含碳酸鈣和氯化銨混合物用第二抽濾泵(6)及第二離心機(7)離心，得到碳酸鈣 濾餅和含氯化銨的溶液；所得碳酸鈣濾餅依次經(jīng)洗滌離心機(8)洗滌脫水，干燥機(9)干 燥，粉碎機(10)粉碎，包裝得到含677. 57kg碳酸鈣的碳酸鈣產(chǎn)品(11)；所述含氯化銨的溶 液與水玻璃按照氯化銨與硅酸鈉純物質(zhì)質(zhì)量比為1 0.64投入反應(yīng)器((17)中，在徐徐的 攪拌下進行雙水解反應(yīng)，而生成氨氣、白炭黑和氯化鈉；氨氣逸出，返回制堿系統(tǒng)循環(huán)利用； 用過濾器(18)過濾反應(yīng)產(chǎn)物，得到白炭黑粗品和氯化鈉溶液；所述白炭黑粗品經(jīng)第二干燥 器(19)干燥得到白炭黑產(chǎn)品(20)；所述含氯化鈉的溶液送入減壓蒸餾器(21)中蒸餾得到 氯化鈉產(chǎn)品(22)。所述碳濾餅與過量鹽酸于碳粉凈化器(12)中過量反應(yīng)，除去沒有完全反應(yīng)的電 石渣，經(jīng)第三抽濾泵(13)抽濾，得到純凈的碳粉；所述純凈的碳粉再經(jīng)脫水、在碳粉干燥箱 (14)中干燥，碳粉粉碎機(15)中粉碎成為碳粉產(chǎn)品(16)。實施例三一種生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方法，先折算聯(lián)堿廢液 中的氯化銨的質(zhì)量含量和電石渣中的氫氧化鈣的質(zhì)量含量；將含500kg氫氧化鈣的電石渣 與聯(lián)堿廢液按照氫氧化鈣與氯化銨的純物質(zhì)質(zhì)量比為1 1.32投入耐腐蝕反應(yīng)器(1)中， 攪拌均勻，進行反應(yīng)，生成含氯化鈣和氨水的混合液；將所得的含氯化鈣和氨水的混合液經(jīng) 第一抽濾泵⑵抽濾，第一離心機⑶離心，得到黑色碳濾餅和澄清的液體；黑色的碳濾餅 用于制備碳粉；澄清的液體投入碳化塔(4)中，用質(zhì)量濃度為10%表面活性劑吐溫80處 理，攪拌速率為320r/min，而后含二氧化碳氣體40 %的混合氣體進行碳化反應(yīng)，用氯化表 (5)控制所述碳化反應(yīng)的碳化終點，當表上讀數(shù)不動為零時即為碳化終點；碳化反應(yīng)得到 含碳酸鈣沉淀和氯化銨混合物；將含碳酸鈣沉淀和氯化銨的混合物用第二抽濾泵(6)過濾 及第二離心機(7)離心，得到含碳酸鈣濾餅和氯化銨的溶液；所得碳酸鈣濾餅依次經(jīng)洗滌 離心機(8)洗滌脫水，干燥機(9)干燥，粉碎機(10)粉碎，包裝得到碳酸鈣的碳酸鈣產(chǎn)品(11)；所述含氯化銨的溶液與水玻璃按照氯化銨與硅酸鈉純物質(zhì)質(zhì)量比為ι 1.50投入 反應(yīng)器((17)中，在徐徐的攪拌下進行雙水解反應(yīng)，而生成氨氣、白炭黑和氯化鈉；氨氣逸 出，返回制堿系統(tǒng)循環(huán)利用；用過濾器(18)過濾反應(yīng)產(chǎn)物，得到白炭黑粗品和含氯化鈉的 溶液；所述白炭黑粗品經(jīng)第二干燥器(19)干燥得到白炭黑產(chǎn)品(20)；所述含氯化鈉的溶液 送入減壓蒸餾器(21)中蒸餾得到氯化鈉產(chǎn)品(22)。所述碳濾餅與過量鹽酸于碳粉凈化器(12)中過量反應(yīng)，除去沒有完全反應(yīng)的電 石渣，經(jīng)第三抽濾泵(13)抽濾，得到純凈的碳粉；所述純凈的碳粉再經(jīng)脫水、在碳粉干燥箱 (14)中干燥，碳粉粉碎機(15)中粉碎成為碳粉產(chǎn)品(16)。上述實施例，只是本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限制本發(fā)明實施范圍，故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述的特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方法，該方法所用的原材料為聯(lián)堿廢液和電石渣，其特征在于，包括如下步驟A分別折算聯(lián)堿廢液中的氯化銨的質(zhì)量含量和電石渣中的氫氧化鈣的質(zhì)量含量；B將電石渣與聯(lián)堿廢液按照氫氧化鈣與氯化銨的純物質(zhì)質(zhì)量比為1∶1.08～1.45投入耐腐蝕反應(yīng)器(1)中，進行反應(yīng)，得到含氯化鈣和氨水的混合液；C將步驟B所得的含氯化鈣和氨水的混合液經(jīng)第一抽濾泵(2)抽濾，第一離心機(3)離心，得到黑色碳濾餅和澄清的濾液；D將步驟C所得的澄清的濾液投入碳化塔(4)中，用質(zhì)量濃度為5～10％表面活性劑進行表面處理，攪拌速率為220～320r/min，而后通入二氧化碳氣體進行碳化反應(yīng)，得到含碳酸鈣沉淀和氯化銨混合物；E將步驟D所得的含碳酸鈣沉淀和氯化銨混合物用第二抽濾泵(6)及第二離心機(7)離心，得到碳酸鈣濾餅和含氯化銨的溶液；F將步驟E所得的碳酸鈣濾餅依次經(jīng)洗滌離心機(8)洗滌脫水，第一干燥機(9)干燥，粉碎機(10)粉碎，包裝得到碳酸鈣產(chǎn)品(11)；G將步驟E所得的含氯化銨的溶液與水玻璃按照氯化銨與硅酸鈉純物質(zhì)質(zhì)量比為1∶0.64～2.39投入反應(yīng)器(17)中，在徐徐的攪拌下進行雙水解反應(yīng)，生成氨氣、二氧化硅沉淀，水和氯化鈉；H將步驟G所得的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾器(18)過濾，得到白炭黑粗品和含氯化鈉的溶液；I步驟H所得的白炭黑粗品經(jīng)第二干燥器(19)干燥得到白炭黑產(chǎn)品(20)；J步驟H所得的含氯化鈉的溶液送入減壓蒸餾器(21)中蒸餾得到氯化鈉產(chǎn)品(22)；K所述碳濾餅與過量鹽酸于碳粉凈化器(12)中過量反應(yīng)，除去沒有完全反應(yīng)的電石渣，經(jīng)第三抽濾泵(13)抽濾得到純凈的碳濾餅；L所述純凈的碳濾餅再經(jīng)脫水、在碳粉干燥箱(14)中干燥，碳粉粉碎機(15)中粉碎成為碳粉產(chǎn)品(16)。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方法，其 特征在于，步驟D中用氯化表(5)控制所述碳化反應(yīng)的碳化終點，當表上讀數(shù)不動為零時即 為碳化終點。
3.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方法，其 特征在于，步驟D所述的二氧化碳氣體為純二氧化碳氣體或二氧化碳體積含量大于20%的 混合氣體。
4.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方法，其 特征在于，所述表面活性劑選自濃乳劑、吐溫80和二者的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方法，其 特征在于，所述氨氣返回制堿系統(tǒng)循環(huán)利用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生產(chǎn)超細微輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉的方法，該方法所用的原材料為聯(lián)堿廢液和電石渣，先利用聯(lián)堿廢液中的氯化銨和電石渣中的氫氧化鈣反應(yīng)，生產(chǎn)碳濾餅、氯化鈣和氫氧化銨，將氯化鈣和氫氧化銨投入碳化塔并通入二氧化碳氣體，從而進行碳化反應(yīng)，生成碳酸鈣沉淀和氯化銨溶液再與水玻璃反應(yīng)得到白炭黑和氯化鈉。該方法，利用工業(yè)廢品聯(lián)堿廢液和電石渣生產(chǎn)碳酸鈣和白炭黑聯(lián)產(chǎn)氯化鈉和碳粉，充分利用了工業(yè)廢品中的有效成分，降低了工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，其生產(chǎn)過程簡單，生產(chǎn)成本極低，是一個十分經(jīng)濟有效的方法。
文檔編號C01B33/12GK101838005SQ20101016960
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者王嘉興 申請人:汪晉強