石煤尾矿制备白炭黑的研究

合集下载

石棉尾矿盐浸渣制备超细白炭黑的工艺条件研究

硅酸钠浓度和温度对白炭黑的生成率有较大影响，醇洗能够有效控制和减少白炭黑样品的团聚现象，在最佳实验条件下制得的白炭黑样品化学结
构为无定形水合二氧化硅，比表面积（ＢＥＴ）为１０２．４３ｍ，白炭黑生成率达７５％以上。
ｕｎｄｅｒｃｏｎｓｔａｎｔｐＨｖａｌｕｅｏｆ７．５．Ｔｈｅｓｏｄｉｕｍｍｅｔａｓｉｌｉｃａｔｅｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｓａｌｔｌｅａｃｈｉｎｇｒｅｓｉｄｕｅｏｆａｓｂｅｓｔｏｓｔａｉｌｉｎｇｓｖｉａａｌｋａｌｉｎｅｌｅａｃｈｉｎｇ．Ｉｎｌｆｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｒｕｌｔｒａｌｎｆｅｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｈｅｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｏｄｉｕｍｍｅｔａｓｉｌｉｃａｔｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｍｏｔｍｔｏｆｓｕｒｆａｃｔｎｔａｎｄａｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅａｎｄｄｙｉｒｎｇｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｆｔｈｅｓｉｌｉｃａｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，Ｘ— ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ｉｎｆｒｒｅａｄｓｐｅｃｒｏｔｍｅｔｅｒｎｄａｌａｓｅｒｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎａｌｙｚｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｈｅｔｙｉｅｌｄｏｆｓｉｌｉｃａｉｓｇｒｅａｔｌｙｉｎｌｕｆｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｏｄｉｕｍｍｅｔａｓｉｌｉｃａｔｅｎｄａｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｅｔａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎａｏｆｔｈｅｓｉｌｉｃａｃｎａｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｗａｓｈｉｎｇｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔｔｍａｗｉｔｈｅｔｈａｎｏ１．Ｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｈｅｔｓｉｌｉｃａｉｓａｍｏｒｐｈｏｕｓｈｙｄｒａｔｅｄｓｉｌｉｃｏｎｏｘｉｄｅ，ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｃｓｒｆｕａｃｅｒｅａａｉｓ１０２．４３ｍ／ｇｎｄａｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆｔｈｅｓｉｌｉｃａｉｓ

煤矸石氟盐烧结法铝硅分离及制备白炭黑的实验研究

脱石、绿泥石和菱铁矿，其中ＳｉＯ２与Ａｌ２Ｏ３含量见反应生成的ＡｌＦ３属于不易挥发物质，从而使得煤矸
表１；氟盐（ＭＦ含量≥９６％）、氨水均为分析纯。
石中的硅从中分离出来，达到铝硅分离的目的。煤矸
表１煤矸石中ＳｉＯ２与Ａｌ２Ｏ３含量Ｔａｂｌｅ１ＳｉＯ２ａｎｄＡｌ２Ｏ３ｃｏｎｔｅｎｔｏｆｃｏａｌｇａｎｇｕｅ
收稿日期：２０１９０１１１修改稿日期：２０１９０３２０基金项目：贵州省国际科技合作计划项目（黔科合外Ｊ字［２０１１］７００４号）作者简介：朱明燕（１９８９－），女（布依族），贵州贵阳人，助理研究员，硕士，主要研究方向为资源综合利用。电话：
煤矸石是煤矿建设、原煤开采、洗选过程中产生的岩石，其产生量占原煤产量的１０％～２０％［１３］。我国目前煤矸石堆存量累计达７０多亿ｔ，并以１．５亿ｔ／ａ的速度增长，是我国排放量和堆存量最大的工业固体废物。［４７］
煤矸石中含有大量的ＳｉＯ２，可将其从煤矸石中分离后，用于制取硅系产品，利用煤矸石生产白炭黑是我国煤矸石高附加值利用的重要途径之一［８１１］。本实验利用氟盐对煤矸石样品进行处理，使ＳｉＯ２从
（１．ＧｕｉｚｈｏｕＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｓｅ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５０００２，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｚｈｏｕＭｉｎｚｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５，Ｃｈｉｎａ）

石煤钒浸出渣碱浸提取白炭黑研究

１试验方法
１１试验原料及试剂
某公司石煤钒矿采用空白焙烧—酸浸工艺产出
的浸出渣，对浸出渣主要成分进行分析，主要成分见
表１。
表１浸出渣主要成分分析
元素Ｖ２Ｏ５Ａｌ２Ｏ３ＳｉＯ２
ＳＫ２ＯＣａＯＦｅ总
含量／％０１３０８７７２５０４５２０７１３３５０２３
基金项目：国家自然科学基金（５１６７４１７９）作者简介：张著（１９８６－），男，工程师，主要从事有色金属冶炼和废
石煤钒矿是我国重要的钒资源，且储量巨大，占我国Ｖ２Ｏ５总储量的８７％［１］。根据石煤中矿物杂质的主次，分为硅质石煤、钙质石煤等［２］，硅质石煤钒矿含二氧化硅高达４０％～９０％。石煤钒矿提取Ｖ２Ｏ５方法有拌酸熟化—水浸、直接酸浸、空白焙烧—酸浸／碱浸、钠法焙烧—水浸／酸浸等工艺，除采用空白焙烧—碱浸出能回收石煤钒矿中的部分硅外，其它提取Ｖ２Ｏ５工艺都无法回收石煤钒矿中的硅，导致资源的浪费，且提钒工艺浸出渣产量大。充分利用空白焙烧—酸浸法提取Ｖ２Ｏ５产生的浸出渣制备白炭黑产品，可提高资源综合利用率，大幅减少提取Ｖ２Ｏ５过程中的渣量。试验研究氢氧化钠用量、浸出温度、浸出时间、浸出液固比等条件对二氧化硅浸出率的影响，确定石煤钒浸出渣提取白炭黑的最佳工艺条件。
图４为ＮａＯＨ加入量为１１５ｇ、浸出温度为９８℃、浸出时间为４ｈ时，选择液固比为４∶１、６∶１、８∶１、１０∶１，考察不同液固比对ＳｉＯ２和Ａｌ２Ｏ３浸出率的影响。
图２浸出温度对浸出率的影响
试验结果表明，浸出温度由４０℃增长至９８℃ 时，ＳｉＯ２浸出率由２５％增长至９１％，Ａｌ２Ｏ３浸出率由１０％增长至３６％。因此，确定浸出温度为９８℃。２１３浸出时间对浸出率的影响

210977856_利用废弃物制备白炭黑的研究现状及发展趋势

【开发利用】利用废弃物制备白炭黑的研究现状及发展趋势王柏昆，丁浩（中国地质大学(北京)材料科学与工程学院，北京 100083）【摘　要】本文详细阐述了利用废弃物制备白炭黑的研究现状，重点介绍利用农业固体废物、矿山尾矿和工业废渣、废水等回收白炭黑，探讨了其发展趋势。

【关键字】废弃物；白炭黑；回收利用；研究现状；趋势【中图分类号】X754;TQ127.2 【文献标识码】A 【文章编号】1007-9386(2010)06-0013-04Present Situation and Trend of Preparing White Carbon Black From WastesWANG Bai-kun, DING Hao(School of Materials Science and Technology, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083, China)Abstract: The present situation of preparing white carbon black from wastes was described in detail. That is white carbon black prepared with agricultural wastes, mineral tailings, and industrial waste residue and water, etc. The trend of recycling white carbon black from wastes was also analyzed.Key words: waste; white carbon black; recycling utilization; researching situation; trend白炭黑，又称无定形二氧化硅，化学式为SiO2·n H2O，是一种白色的无毒、质轻、多孔和高分散性的微细粉状物，具有分散性好，纯度高，形貌规则，比表面积大及电学和热学稳定性优异等优点，被广泛应用于橡胶、电子电器、有机硅材料、胶黏剂、化妆品、造纸、医学和农业等众多领域。

白炭黑的制备及研究发展趋势

工程技术47科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONDOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.14.047白炭黑的制备及研究发展趋势①李志伟1 张羽熙2 韩威1 杨国华3 崔兆纯1 韩苗苗1 王玲1* 李存国4(1.华北理工大学矿业工程学院河北唐山 063000;2.华北理工大学机械工程学院河北唐山 063000;3. 河北省矾山磷矿有限公司河北张家口 075000;4.唐山学院河北唐山 063000)摘要：作为重要的化工添加剂，白炭黑在现代工业中需求巨大，且需求量逐年递增。

本文对当前白炭黑制备方法及其优缺点进行对比分析。

针对当前白炭黑研究现状，指出进一步降低气相法白炭黑生产成本，提高传统的沉淀法白炭黑产品质量是未来白炭黑生产的重要发展方向；非金属矿是丰富而廉价的Si原料来源，禾本科植物矿物杂质含量少，生产工艺简单，利用非金属矿与禾本科植物制备白炭黑产品的生产方法，原料廉价，生产成本低，未来具有极大的市场潜力。

关键词：白炭黑气相法沉淀法非金属矿稻壳灰中图分类号：TQ127 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)05(b)-0047-02①基金项目：河北省高等学校科学研究计划项目（项目编号：QN2015091）；唐山市科技局项目（项目编号：17110219a ）。

作者简介：李志伟（1996—）,男,汉族,河北保定人,本科在读，研究方向:矿物加工工程。

通讯作者：王玲（1977—）,女,汉族,河北张家口人,博士,副教授,主要从事材料及环境矿物学研究,E-mail:WangLings_@。

白炭黑，化学分子式为SiO 2·nH 2O，又称为水合二氧化硅，是一种白色无定形纳米二氧化硅物质。

白炭黑不溶于水和酸，化学性质稳定，具有多孔性、比表面积大、分散性高、耐高温、不燃烧及优良的电绝缘性等多种性能[1]，广泛应用于橡胶、塑料、造纸、油墨、农药、饲料、化妆品、抗菌材料及其他化学工业等多领域。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

2013年第1期广东化工第40卷总第243期 · 5 · 石煤尾矿制备白炭黑的研究雷纯，颜文斌*，华骏，高峰，李莹(吉首大学化学化工学院，湖南吉首 416000)[摘要]利用石煤尾矿制备白炭黑，考察了氢氧化钠浓度、固液比、反应温度、反应时间对二氧化硅浸出率的影响。

结果表明：在氢氧化钠浓度为4 mol/L、固液比为1∶4、反应温度为100 ℃和反应时间为5 h条件下，二氧化硅浸出率为61.8 %，白炭黑产品中二氧化硅含量超过90 %，主含量达到行业标准。

[关键词]石煤尾矿；白炭黑；制备[中图分类号]TQ09 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2013)01-0005-02Preparation of Amorphous Silica from Tailings of Stone CoalLei Chun, Yan Wenbin*, Hua Jun, Gao Feng, Li Ying(College of Chemistry and Chemical Engineering, Jishou University, Jishou 416000, China)Abstract: The tailings of stone coal was used in the preparation of amorphous silica, effects of NaOH concentration, solid-liquid ratio, reaction temperature and reaction time on leaching rate of silica were investigated. The results showed that under the condition of NaOH concentration was 4 mol/L,solid-liquid ratio was 1∶4, reaction temperature was 100 ℃, reaction time was 5 h, the leaching rate of silica was 61.8 %, the content of silica in the production of amorphous silica was over 90 %, the main content reached the requirements of industry standard.Keywords: tailings of stone coal；amorphous silica；preparation白炭黑，又名水合二氧化硅，分子式SiO2.nH2O，因其结构上的羟基易与有机物的化学键结合，具有耐高温、不燃烧、多孔性、高表面活性和大比表面积等特点，是橡胶、塑料不可缺少的补强剂，是重要的化工原料[1-3]。

传统的白炭黑生产方法主要有气相法和沉淀法。

气相法以SiCl4为原料价格昂贵，设备要求高，工艺复杂，仅用于少数特殊用途。

沉淀法主要采用水玻璃为原料，其中硫酸沉淀和盐酸沉淀法较常用。

由于该方法工艺简单、设备成本低，在工业生产上应用广泛。

近年来，以非金属矿为原料制备白炭黑的工艺研究较为活跃，由于该方法原料来源丰富，所以在白炭黑的生产中占绝对的地位[4-5]。

我国白炭黑生产始于1958年，第一套沉淀法白炭黑工业化装置在广州人民化工厂建成投产。

随着我国橡胶、涂料等行业的迅猛发展，我国的白炭黑工业生产得到了快速发展。

目前我国正在推进循环经济建设，我国的专家学者试图采用一些工业废渣来制备白炭黑，所制备的白炭黑性能与传统的沉淀法差不多，但具有很大的成本优势，同时具备较好的环境效益和社会效益[6-8]。

为了更有效的利用石煤资源，本研究考察了利用石煤尾矿制备白炭黑的具体工艺条件，为工业化生产提供参考。

1 实验部分1.1 实验试剂氢氧化钠(分析纯，湖南汇虹试剂有限公司)；盐酸(分析纯，南省株洲开发区石英化玻有限责任公司)；聚环氧乙烷、无水碳酸钠、氢氟酸(分析纯，湖南邵阳市万华化工有限公司)。

1.2 实验仪器马弗炉，(长沙精细化工实业有限公司)；电热恒温水浴锅(LSY，北京医疗设备厂)；电子天平，(FA2104型，上海民桥精密科学仪器有限公司)；电热干燥箱(FN202-24型，武汉市无线电元件厂)；循环水式多用真空泵(SHB-Ⅲ，郑州长城科工贸有限公司)。

1.3 实验原理石煤尾矿中二氧化硅含量较高，用NaOH溶液浸出，可使其中的SiO2转变为可溶性的Na2SiO3，而Fe2O3与NaOH不反应，过滤即可除去铁化合物及其他沉淀，滤液用HCl调节pH，Na2SiO3可转变为SiO2白色沉淀[9-10]。

1.4 实验方法称取一定质量的石煤尾矿放入圆底烧瓶中，加入一定浓度的NaOH溶液，在一定温度下搅拌一段时间，趁热抽滤，滤液用盐酸调至一定pH，得到二氧化硅沉淀，干燥后即得白炭黑产品。

2 实验结果与讨论2.1 氢氧化钠浓度对二氧化硅浸出率的影响称取10 g的石煤尾矿，分别加入1、2、3、4和5 mol/L氢氧化钠溶液，控制固液比1∶4，在90 ℃下搅拌反应4 h，滤液用HCl酸化至pH=8~9，经沉淀、过滤、水洗和干燥后得白炭黑产品，计算二氧化硅浸出率。

结果如图1所示。

Leachingrate/%NaOH concentration/(mol.L-1)图1 氢氧化钠浓度对浸出率的影响Fig.1 Effect of NaOH concentration on leaching rate 由图1可知，白炭黑的浸出率随氢氧化钠浓度的增大而增加，在氢氧化钠浓度达到4 mol/L后，再增加氢氧化钠浓度，浸出率增加较小，因此实验选择4 mol/L进行实验。

2.2 固液比对浸出率的影响称取10 g的石煤尾矿，加入4mol/L氢氧化钠溶液，控制固液比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4和1∶5，在90 ℃下搅拌反应4 h，滤液用HCl酸化至pH=8~9，经沉淀、过滤、水洗和干燥后得白炭黑产品，计算二氧化硅浸出率，结果如图2所示。

Leachingrate/%Solid-liquid ratio图2 固液比对浸出率的影响Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on leaching rate[收稿日期] 2012-12-07[基金项目] 国家科技支撑计划项目(2012BAE06B04)；吉首大学2012年大学生研究性学习与创新性实验计划项目(JSU-CX-2012-37) [作者简介] 雷纯(1990-)，女，学士，研究方向为矿产资源加工与应用。

*为通讯作者。

广东化工 2013年第1期· 6 · 第40卷总第243期由图2可知，白炭黑的浸出率随固液比的增加而增加，这是因为随固液比升高，溶液中氢氧化钠的量增加，提高了反应物的碰撞几率，增加了反应的接触面，从而提高了提取率，当固液比达到1∶4后，白炭黑产量增幅较小，固液比越大，氢氧化钠用量越大，从成本考虑，选择固液比1∶4适宜。

2.3 反应温度对浸出率的影响称取10 g 的石煤尾矿，加入4 mol/L 的氢氧化钠溶液，控制固液比1∶5，在80、85、90、95和100 ℃下搅拌反应4 h ，滤液用HCl 酸化至pH=8~9，经沉淀、过滤、水洗和干燥后得白炭黑产品，计算二氧化硅浸出率，结果如图3所示。

L e a c h i n g r a t e /%Leaching temperature/℃图3 温度对浸出率的影响Fig.3 Effect of temperature on leaching rate由图3可知，随温度升高二氧化硅浸出率不断增加，到100 ℃达到最大值，这是因为SiO 2与NaOH 的反应为吸热反应，温度升高有利于反应向右进行，水浴加热最高温度为100 ℃，实验选择100 ℃进行研究。

2.4 反应时间对浸出率的影响L e a c h i n g r a t e /%Leaching time/h图4 时间对浸出率的影响 Fig.4 Effect of time on leaching rate称取10 g 的石煤尾矿，加入4 mol/L 的氢氧化钠溶液，控制固液比1∶5，在100 ℃下搅拌反应1、2、3、4和5 h ，滤液用HCl 酸化至pH=8~9，经沉淀、过滤、水洗和干燥后得白炭黑产品，计算二氧化硅浸出率，结果如图4所示。

由图4可知，随反应时间的延长，二氧化硅浸出率迅速增加，当反应时间为5 h 时二氧化硅浸出率为61.8 %，再延长反应时间，浸出率增加缓慢，因此，反应时间为5 h 适宜。

2.5 白炭黑产品中二氧化硅含量的检测称取10 g 石煤尾矿3份，在氢氧化钠浓度4 mol/L 、固液比1∶4、浸出温度100 ℃和反应时间5 h 条件下浸出，浸出液用HCl 酸化至pH=8~9，再经沉淀、过滤、水洗、干燥，得白炭黑产品，测定产品中的二氧化硅含量如表1所示。

表1 白炭黑产品含量测定结果Tab.1 Measured results of content of precipitated silica序号二氧化硅含量/%1 90.42 90.83 90.2由表1可知，采用沉淀法从石煤酸浸渣中制备白炭黑，产品二氧化硅含量高于90 %，主含量符合行业标准。

3 结论(1)在氢氧化钠浓度4 mol/L 、固液比1∶4、反应温度100 ℃和反应时间5 h 条件下利用石煤酸浸渣制备白炭黑，二氧化硅浸出率为61.8 %。

(2)白炭黑产品中二氧化硅含量达到90 %以上，主含量符合行业标准要求。

参考文献[1]陈种菊，杨昆山．从硅藻土中提取白炭黑[J]．四川化工，1997(1)：8-9． [2]哈丽丹，卢晓泉．沉淀法制取白炭黑[J]．牙膏工业，2004(4)：23-25． [3]李株．白炭黑应用新领域[J]．当代化工，2001，30(2)：114-116． [4]鞠馥阳．用煤矸石生产活性白炭黑的方法：中国，96115532．9[P]．1998-02-25．[5]李勇，薛向欣，冯宗玉，等．用油页岩渣制备白炭黑的工艺[J]．过程工程学报，2007，7(4)：751-754．[6]张晓静，丁浩．锆硅渣制备白炭黑的现状和发展趋势[J]．中国非金属矿工业导刊，2011(11)：12-14． [7]朱跃刚，李灿华．利用工业废渣制备白炭黑研究进展[J]．武钢技术，2008，46(1)：52-55．[8]谭鑫，钟宏．白炭黑的制备研究进展[J]．化工技术与开发，2010，39(7)：25-30．[9]于洪浩，薛向欣，黄大成．铁尾矿制备白炭黑的实验研究[J]．过程工程学报，2008，8(2)：300-303．[10]郑林义，王超瑞，徐初阳，等．煤矸石制备白炭黑的试验及机理研究[J]．非金属矿，2010，33(6)：34-36．(本文文献格式：雷纯，颜文斌，华骏，等．石煤尾矿制备白炭黑的研究[J]．广东化工，2013，40(1)：5-6)。