《一種高抗黃變白炭黑的生產方法》是福建遠翔化工有限公司於2013年6月5日申請的專利，該專利公布號為CN103318897A，公布日為2013年9月25日，發明人是王升錦、王承輝、王承日。該發明專利屬無機新型功能材料領域，具體涉及一種矽橡膠用高抗黃變白炭黑的生產方法。
《一種高抗黃變白炭黑的生產方法》包括以下步驟：1）矽酸鈉溶解、2）矽酸鈉精製、3）合成反應、4）過濾、洗滌、製漿、5）乾燥、包裝，在白炭黑生產過程中添加除鐵藥劑，使白炭黑中難溶的三價鐵離子還原成較易溶解的二價鐵離子，並與EDTA絡合成離子狀態。在矽酸鈉與濃硫酸反應生成白炭黑後，絡合的鐵離子存留在溶液中。隨後在白炭黑過濾、洗滌階段隨洗滌液洗出。生產出的白炭黑鐵、錳雜質含量大大降低，提升白炭黑產品檔次，用於矽橡膠時提高抗黃變性能，滿足顧客需求。該方法生產的白炭黑產品質量穩定可靠，抗黃性能優越，很好地解決了沉澱法白炭黑用於矽橡膠易黃變的關鍵問題。
2019年9月，《一種高抗黃變白炭黑的生產方法》獲得2019年度福建省專利獎三等獎。
基本介紹
- 中文名：一種高抗黃變白炭黑的生產方法
- 公布號：CN103318897A
- 公布日：2013年9月25日
- 申請號：2013102204263
- 申請日：2013年6月5日
- 申請人：福建遠翔化工有限公司
- 地址：福建省南平市邵武市城郊工業園區
- 發明人：王升錦、王承輝、王承日
- 專利代理機構：福州市鼓樓區博深專利代理事務所
- 代理人：林志崢
- 分類號：C01B33/113(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
沉澱水合二氧化矽俗稱白炭黑，除用作橡膠及橡塑製品的補強劑和高透明製鞋和高性能輪胎等的補強填料外，還廣泛套用於藥品和化妝品的增稠劑、牙膏增稠劑和摩擦劑、油漆和不飽和樹脂增稠劑、塗料消光劑、新聞紙輕量化助劑、農藥載體等。
2013年6月之前，中國生產的白炭黑主要是沉澱法白炭黑，品種主要集中在通用品上，大多屬於中低檔產品，適用於綠色輪胎用的高分散白炭黑、高檔矽橡膠用白炭黑、高檔消光劑用專用白炭黑還需進口。這些高附加值的產品代表著白炭黑的發展方向。隨著矽橡膠、粘合劑、密封材料、高檔的油漆塗料和電子類產品等快速發展，中國對高端白炭黑的需求將會增大。 沉澱法白炭黑與氣相法白炭黑相比具有成本低、投資小，套用於矽橡膠時結構化程度低的優點。但沉澱法白炭黑普遍存在雜質含量高，沉澱法白炭黑是以矽酸鈉為原料生產的，按2013年6月之前的工藝生產時原料矽酸鈉中的鐵、錳雜質幾乎全部轉入產品白炭黑中，使白炭黑產品中鐵、錳雜質含量偏高，特別是鐵含量高，用於矽橡膠時易造成黃變問題，影響了它的使用性能。
發明內容
專利目的
《一種高抗黃變白炭黑的生產方法》為了克服上述技術問題，提供一種生產過程中除掉鐵錳雜質，提升沉澱法白炭黑品質，用於矽橡膠時提高抗黃變性能的白炭黑的生產方法。
技術方案
《一種高抗黃變白炭黑的生產方法》包括以下步驟：
1）矽酸鈉溶解：固體矽酸鈉與工藝用水按質量比1:2的比例進行高壓溶解；
2）矽酸鈉精製：將步驟1）溶解後的液體矽酸鈉用工藝用水稀釋到15-20波美度，濾除不溶物雜質，得到澄清透明的液體矽酸鈉；
3）合成反應：將工藝用水和部分精製好的液體矽酸鈉加入反應釜中，升溫到80-90℃，在攪拌下勻速加入其他精製好的液體矽酸鈉和濃硫酸，反應30分鐘後加入複合除鐵劑，所述複合除鐵劑由還原劑連二亞硫酸鈉和絡合劑EDTA按重量1:1比例混合組成，還原劑使白炭黑中難溶的三價鐵離子還原成較易溶解的二價鐵離子，並與EDTA絡合成離子狀態存留在溶液中，反應90分鐘後停止加液體矽酸鈉、繼續加硫酸調節pH值至4-5得到白炭黑稀漿料；
4）過濾、洗滌、製漿：將步驟3）所得的白炭黑稀漿料經板框壓濾機進行固液過濾分離，並用工藝用水洗滌，於打漿槽中製漿製得白炭黑濃漿料；
5）乾燥、包裝：將步驟4）所得的白炭黑濃漿料經離心噴霧乾燥後，包裝成成品。
為了實現更好的溶解效果，提高固體矽酸鈉的利用率，對該發明步驟1）中的高壓溶解在蒸球內進行，啟動蒸球通蒸汽使蒸球內壓力達到0.6-0.8兆帕，並保壓溶解1-2小時。 其中，步驟3）合成反應中反應釜中先加入工藝用水和部分精製好的液體矽酸鈉的體積比20:1-5，在攪拌下加入液體矽酸鈉和濃硫酸的體積比為20:1-5。
為了提高過濾效果和過濾效率，該發明步驟2）和步驟4）的過濾均採用板框壓濾機進行過濾。
改善效果
《一種高抗黃變白炭黑的生產方法》的有益效果為：在白炭黑生產過程中添加除鐵藥劑，使白炭黑中難溶的三價鐵離子還原成較易溶解的二價鐵離子，並與EDTA絡合成離子狀態。在矽酸鈉與濃硫酸反應生成白炭黑後，絡合的鐵離子存留在溶液中。隨後在白炭黑過濾、洗滌階段隨洗滌液洗出。生產出的白炭黑鐵、錳雜質含量大大降低，提升白炭黑產品檔次，用於矽橡膠時提高抗黃變性能，滿足顧客需求。該方法生產的白炭黑產品質量穩定可靠，抗黃性能優越，很好地解決了沉澱法白炭黑用於矽橡膠易黃變的關鍵問題。
權利要求
1.《一種高抗黃變白炭黑的生產方法》其特徵在於，包括以下步驟：
1）矽酸鈉溶解：固體矽酸鈉與工藝用水按質量比1:2的比例進行高壓溶解；
2）矽酸鈉精製：將步驟1）溶解後的液體矽酸鈉用工藝用水稀釋到15-20波美度，濾除不溶物雜質，得到澄清透明的液體矽酸鈉；
3）合成反應：將工藝用水和部分精製好的液體矽酸鈉加入反應釜中，升溫到80-90℃，在攪拌下勻速加入其他精製好的液體矽酸鈉和濃硫酸，反應30分鐘後加入複合除鐵劑，所述複合除鐵劑由還原劑連二亞硫酸鈉和絡合劑EDTA組成，還原劑使白炭黑中難溶的三價鐵離子還原成較易溶解的二價鐵離子，並與EDTA絡合成離子狀態存留在溶液中，反應90分鐘後停止加液體矽酸鈉、繼續加硫酸調節pH值至4-5得到白炭黑稀漿料；
4）過濾、洗滌、製漿：將步驟3）所得的白炭黑稀漿料經進行固液過濾分離，並用工藝用水洗滌，打漿製得白炭黑濃漿料；
5）乾燥、包裝：將步驟4）所得的白炭黑濃漿料經離心噴霧乾燥後，包裝成成品。
2.根據權利要求1所述的高抗黃變白炭黑的生產方法，其特徵在於，步驟1）中的高壓溶解在蒸球內進行，啟動蒸球通蒸汽使蒸球內壓力達到0.6-0.8兆帕，並保壓溶解1-2小時。
3.根據權利要求1所述的高抗黃變白炭黑的生產方法，其特徵在於，步驟3）合成反應中反應釜中先加入工藝用水和部分精製好的液體矽酸鈉的體積比20:1-5，在攪拌下加入液體矽酸鈉和濃硫酸的體積比為20:1-5。
根據權利要求1所述的高抗黃變白炭黑的生產方法，其特徵在於，步驟2）和步驟4）的過濾均採用板框壓濾機進行過濾。
實施方式
操作內容
沉澱法白炭黑生產工藝流程：矽酸鈉溶解→原料精製→合成→過濾、洗滌、製漿→乾燥、包裝。
沉澱法白炭黑在矽橡膠套用上黃變問題與白炭黑中高價金屬雜質有關，特別是與白炭黑中鐵、錳雜質的含量高有直接關係。沉澱法白炭黑是以矽酸鈉為原料生產的，按2013年6月之前的工藝生產時原料矽酸鈉中的鐵、錳雜質幾乎全部轉入產品白炭黑中，使白炭黑產品中鐵、錳雜質含量偏高，影響了它的使用性能。特別是在矽橡膠套用上易黃變。
從化工手冊上查得難溶化合物的溶度積常數：Fe（OH）28.0×10、Fe（OH）34.0×10，由此可見二價鐵離子要比三價鐵離子更容易在溶液里存留。該發明在白炭黑反應階段加入複合除鐵、錳藥劑（複合除鐵、錳藥劑由還原劑連二亞硫酸鈉和絡合劑EDTA組成），還原劑使白炭黑中難溶的三價化合鐵還原成較易溶解的二價鐵離子，並與EDTA絡合成離子狀態。在矽酸鈉與濃硫酸反應生成白炭黑後，絡合的鐵離子存留在溶液中。隨後在白炭黑過濾、洗滌階段隨洗滌液洗出。再經過製漿、乾燥、包裝等過程製得高抗黃變白炭黑。
該發明關鍵工序操作方法如下：
1.矽酸鈉溶解
固體矽酸鈉與工藝用水按質量1:2的比例投入到溶解蒸球內。啟動蒸球通蒸汽使蒸球內壓力達到0.6-0.8兆帕，並保壓溶解1-2小時。出料到液體矽酸鈉儲槽。
2.矽酸鈉精製
液體矽酸鈉用工藝用水稀釋到15-20波美度，然後用板框壓濾機過濾除掉水不溶物雜質，得到澄清透明的液體矽酸鈉。
3.合成
將工藝用水和部分精製好的液體矽酸鈉加入反應釜中，升溫到80-90℃。在攪拌下
按一定的比例同時勻速加入精製好的液體矽酸鈉和硫酸。反應30分鐘後加入複合除鐵劑，反應90分鐘後停止加液體矽酸鈉、繼續加硫酸調節pH值4-5得到白炭黑稀漿料。同時物料中三價鐵還原成二價鐵，在弱酸性條件下溶解電離並與絡合劑絡合成離子狀態存留在溶液中。
4.過濾、洗滌、製漿
白炭黑稀漿料經板框壓濾機進行固液分離，並用工藝用水洗滌。洗出硫酸鈉和絡合的鐵、錳等雜質離子。洗滌合格的白炭黑濾餅製成濃漿料。
5.乾燥、包裝
白炭黑濃漿料經離心噴霧乾燥後，包裝成成品。
化驗結果：採用低鐵固體矽酸鈉通過常規工藝生產的白炭黑鐵含量在150-200ppm；
採用相同原材料通過該發明工藝（添加複合除鐵劑）生產的白炭黑鐵含量在50-80ppm。
實施案例
- 實施例1
1、往溶解蒸球內投入7噸固體矽酸鈉和14噸工藝用水，通蒸汽到0.65兆帕，並保壓溶解1.5小時，出料到液體矽酸鈉儲槽。
2、從液體矽酸鈉儲槽中取出20立方米液體矽酸鈉到配製槽中，用工藝用水稀釋到18波美度，然後用板框壓濾機過濾除掉水不溶物雜質，得到澄清透明的液體矽酸鈉。
3、反應釜中加入20立方米工藝用水和2立方米配製好的液體矽酸鈉，升溫到85℃，在攪拌下按液體矽酸鈉：濃硫酸=20:1（體積比）的比例同時均勻加入反應物料。在反應進行到30分鐘時，加入複合除鐵劑5.0公斤。反應90分鐘停止加液體矽酸鈉，繼續加硫酸到pH值4.8得到白炭黑稀漿料。
4、把白炭黑稀漿料泵入板框壓濾機進行固液分離，並用工藝用水洗滌。洗出硫酸鈉和絡合的鐵、錳等雜質離子。通過檢測出水電導率為750微秒/厘米達到洗滌終點，把洗滌合格的白炭黑濾餅製成濃漿料。
5、把白炭黑濃漿料泵入離心噴霧乾燥塔乾燥後，經袋濾捕集後包裝成成品。經檢測白炭黑成品中鐵含量為63ppm。
- 實施例2
1、往溶解蒸球內投入7噸固體矽酸鈉和14噸工藝用水，通蒸汽到0.75兆帕，並保壓溶解1小時。出料到液體矽酸鈉儲槽。
2、從液體矽酸鈉儲槽中取出20立方米液體矽酸鈉到配製槽中，用工藝用水稀釋到16波美度，然後用板框壓濾機過濾除掉水不溶物雜質，得到澄清透明的液體矽酸鈉。
3、反應釜中加入20立方米工藝用水和3立方米配製好的液體矽酸鈉，升溫到85℃，在攪拌下按液體矽酸鈉：濃硫酸=18:1（體積比）的比例同時均勻加入反應物料。在反應進行到30分鐘時，加入複合除鐵劑6.0公斤。反應90分鐘停止加液體矽酸鈉，繼續加硫酸到pH值4.6得到白炭黑稀漿料。
4、把白炭黑稀漿料泵入板框壓濾機進行固液分離，並用工藝用水洗滌。洗出硫酸鈉和絡合的鐵、錳等雜質離子。通過檢測出水電導率為760微秒/厘米到洗滌終點。把洗滌合格的白炭黑濾餅製成濃漿料。
5、把白炭黑濃漿料泵入離心噴霧乾燥塔乾燥後，經袋濾捕集後包裝成成品。經檢測白炭黑成品中鐵含量為55ppm。
榮譽表彰
2019年9月，《一種高抗黃變白炭黑的生產方法》獲得2019年度福建省專利獎三等獎。
