Способ получения белой сажи

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛОЙ САЖИ, включающий обработку кремнегеля смесью растворов фторида аммония и минеральной кислоты с последующей нейтрализацией полученного кремнефторида аммиаком, отделением, промывкой и сушкой осадка двуокиси кремния, отл ичающийся тем, что, с : : целью повьшения выхода целевого про дукта, в качестве минеральной кислоты используют кремнефтористоводород ную кислоту. 2.Способ по п.1, отличающийся тем, что фторид аммония, кремнефтористоводородную кислоту и кремнегель берут при массовом соотношении 5,0-5,5:0,18-0,37:1. 3.Способ ПОП.1, о тлич ающ и и с я тем, что используют раствор фторида аммония концентрацией 15§ 45 мас.%, а кремнефтористоводород (Л ную кислоту - концентрацией 1018 мас.%. с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН у С 01 В 33/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3624274/23-26 (22) 15. 07. 83 (46) 23,12.84. Бюл. М- 47 (72) А.H. Иурашкевич, И.П. Наркевич, В.В. Печковский, Л.И. Киркач, Т.M. Черевина, В.И. Шестаков, M.Ê. Чистяков и В.М. Введенская (53) 546.28(088.8) (56) 1 ° Худолей И.П. Использование . отходов суперфосфатного производства. . Киев, 1968, с.12-14.

2. Авторское свидетельство СССР

° 9 572431, кл. С 01 В 33/18, 1977. (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛОЙ

САЖИ, включающий обработку кремнеге-. ля смесью растворов фторида аммония и минеральной кислоты с последующей нейтрализацией полученного кремне..Я0„„1130526. А фторида аммиаком, отделением, промывкой и сушкой осадка двуокиси кремния, отличающийся тем, что, с;

: целью повышения выхода целевого продукта, в качестве минеральной кислоты используют кремнефтористоводород

I ную кислоту.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что фторид аммония, кремнефтористоводородиую кислоту и

- кремнегель берут при массовом соотношении 5,0-5,5:0,18-0,37:1.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что используют раствор фторида аммония концентрацией 15- р

45 мас.7, а кремнефтористоводород- Е ную кислоту — концентрацией 1018 мас.X.

С:

1130526

Изобретение относится к способам получения белой сажи, применяемой в качестве минерального наполнителя резиновой иромьппленности.

Известен способ получения белой 5 сажи путем обработки кремнезема бифторидом аммония с последующей нейтрализацией раствора полученного кремне" фторида аммиаком, отделением, промывкой и сушкой осадка двуокиси кремния jl) .

Недостатками этого способа являются невысокий выход белой сажи по SiO (порядка 55 ) и низкая величина удельной поверхности (пе бо15 лее 50 м2/г) .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения белой сажи, состоящий в обработ- 20 ке неактивного кремнегеля смесью растворов фтористого аммония и серной кислоты с последующей нейтрализацией полученного кремнефторида аммиаком, отделением, промывкой и суш кой осадка двуокиси кремния 12). Однако для растворения кремнегеля используется сильная минеральная кислота 1 SO4, поэтому образуется кислый кремнефторсодержащий раствор, ЗО при нейтрализации аммиаком которого осаждение белой сажи идет в присутствии сульфатионов, значительно ухудшающих качество основного продукта.

Недостатками известногб способа 35 являются также невысокий выход конечного продукта по SiO< (80X), использование дефицитной Н SO4, приводящей к образованию в качестве побочного продукта сульфата аммония, при- 40 менение которого весьма ограничено.

Целью изобретения является повышение выхода белой сажи.

Поставленная цель достигается тем, что согласно споообу получения белой 45 .сажи, включающему обработку кремнегеля смесью растворов фторида аммония и минеральной кислоты с последующей нейтрализацией полученного кремнефторида аммиаком, отделением, промыв- 5Q кой и сушкой осадка двуокиси кремния, в качестве минеральной кислоты используют кремнефтористоводородную кислоту.

Причем фторид аммония кремнефто- 55 ри стоводородную кислоту и кремнегель

Оберут при массовом соотношении 5, 5,5:0,18-0,37:1.

Кроме того, используют раствор фторида аммония с концентрацией 1545 мас.Х, а кремнефтористоводородную кислоту с концентрацией 1018 мас.X.

Способ осуществляют следующим образом.

В смесь раствора фтористого аммония концентрацией 15-45 мас.X NH F и кремнефтористоводородной кислоты концентрацией 10-18 мас.7 вводят кремнегель, нагревают до 100 †1 С о и перемешивают до полного растворения двуокиси кремния. Растворение кремнегеля протекает по уравнениям.

SiOZ+ 6NH4F (NH 4) S F6+4NH- :. w 2H O

2H S iF е 6NB4F 4 SiO 3 (NH4) 8106+

+2 Н«

Для более интенсивног0 удаления аммиака из реакционного объема рекомЕндуют проводить процесс при остаточном давлении 0,1-0,05 МПА. После растворения кремнегеля раствор фильтруют, охлаждают до 40-50 С и обрабао тывают аммиаком или аммиачной водой.

Осадок белой сажи отделяют, промывают и сушат.

Проведение процесса разложения кремнегеля в присутствии любой дру- гой минеральной кислоты, кроме крем.нефтористоводородной, не позволяет достичь высокого выхода конечного продукта и его качества как наполнителя резин, поскольку присутствие других кислых анионов во фтористом раствора отрицательно сказывается на свойствах белой сажй. Как с экономической точки зрения, так и с точки зрения экологии необходимым условием для промьппленной реализации данного процесса является полное использование всех маточных и промывных фторсодержащих растворов.

В случае использования какой-либо минеральной кислоты, например Н> SG4, необходимо на каком-то этапе техно— логического цикла выводить сульфат аммония, который в силу высокой влагоемкости содержит (НН4) SiF что значительно снижает выход основного продукта.

Проведение процесса. при соотношении исходных компонентов, отличном от указанного, не обеспечивает полного растворения кремнегеля и приво дит к значительному разбавлению реакционных объемов. Использование раствора фторида аммония концентрацией

1130

3 выше 45 мас.7. недопустимо в силу. ограниченной взаимной растворимости солей в системе . NHqF — (NH ) SiFg 4 2 — Н О.Применение же более разбавлен2 ных растворов тоже, нежелательно,так как снижает скорость растворения кремнегеля. Концентрация H2SiF< обусловлена концентрацией получаемой в промышленности кислоты путем водной абсорбции отходящих фторсодержащих газов. Температурный и временный режимы растворения кремнегеля выбраны исходя из оптимальных условий перехода кремнегеля в раствор.

Пример 1.Во фторпластовом ре — 15 акторе смешивают при комнатной темпе-ратуре 44,4 г кремнегеля состава, мас. X: S10 g 22 51 А1 О 2,85;

F 2,63; Н О 72,01, 111 r 457-ного раствора -. НН4Г и 18 r 107-.íîãî 20

Н SiF6, т, е, соотношение

SiOg. МН4Г: H2SiFg = 1:5:0,18. Полученную смесь нагревают в термостате до 100 С и выдерживают при данной температуре, остаточном давлении 2

0,1 МПа и интенсивном перемешивании в течение 60 мин до полного растворения кремнегеля. Далее смесь отфильтровывают, отделяя примеси соединений алюминия, которые при этом .образуют аммонийный криолит. В фильтрат вводят 100 г Н О для охлаждения

его до 50 С и разбавления во избежао ние готерь кремнефторида аммония, далее осаждают из полученного раст35 вора 25-ной аммиачной водой белую сажу при рН 7,4-9,0. Аммиачную воду берут в количестве 54 r, т.е. при

1,2 избытке от стехиометрии. После охлаждения суспензию еще перемешивают„„ в течение 20 мин, затем фильтруют на воронке Бюхнера, осадок прямо на воронке промывают водой в количестве

526 4

600 г для отмывки его от соединений фтора. Полученный влажный осадок бео лой сажи высушивают при 120 С, получая 10,1 г конечного продукта состава, мас.7.: SiOZ 89,5; F 0,14;

А1 О О,l. Потери при прокаливании 10,26, удельная поверхность 150 м2/г, концентрация поверхностных гидроксильнык групп 9,18 мИ ОН/м . Выход готового

2 продукта 98Х.

Пример 2.В герметичномфтор-пластовом реакторе, снабженном устройством для разрежения, смешивают 13,6 г кремнегеля состава, мас.Х: Si02 73,1; А120 5,88; F. 7,43;

Н О 13,59, 367 r 15X-ного раствора

ИН4Р и 12,9 r 14X-ного раствора

H>SiF, т.е. соотношение исходных реагентов по примеру 1. Полученную о смесь в реакторе нагревают до 100 С и выдерживают при данной температуре, остаточном давлении 0,05 ИПа и интенсивном перемешивании в течение 1,5 ч, до полного растворения кремнегеля.

Одновременно с растворением кремнегеля в газовую фазу выделяется аммиак и вода, при конденсации которых образуется аммиачная вода. Фильтрат о охлаждают до 40 С и из него проводят осаждение белой сажи с помощью газообразного аммиака и аммиачной воды. Соотношение аммиачной воды и

NH5ra oosp равное 1:1, т.е. берут

27 г 25Х-ного NH40H и 6,75 r NH „о, Далее работают по примеру 1. Получают 9,8 r осадка состава, мас.7:

SiO2 9l.4; F 0,09 А1гО О 3

П.п.п 8,21, удельная поверхность

100 м /r концентрация поверхностных

2 гидроксильных групп 8,6 мИ ОН/м

Выход готового продукта 95Х. Примеры 3-9 приведены в таблице.

)f30526 еО а

ССЪ

В ССЪ С0

1 л а а

00 00 00

° ° I/7 а ° \

ОЪ ф

O0 W ф л ° а л а

Л В Л ф С0

О О О О О сч е л о о

СЧ СЧ о о сч

СЧ С0

»ф л лл в еф С Ъ л « л а

О0 О0 л о в

В л сЪ о о л а а о о о

ССЪ еО а . а л о о о еО СЧ а ° о о

° » Се! а а о о

ОЪ

О сЧ а л о о о сЪ со

СЧ «СЧ л л л а о о о о о в о л л о о

ССЪ -1 СЪ а л л л л в о О Со

O0 Ch ОЪ В С0 В сЧ л. л ° \ в ф с0 00

ССЪ л а

В ° °

О0 ОЪ о о чэ о. а

° \ ° \ ° \ а A

О а0 Е сО

ОЪ ОЪ ОЪ В В о о а а

O0 CO в в ф о о а а ф ССЪ

ОЪ Ch, И о Р о

+ / о

° еа

Ро

Са еС

I и И о ф СЧ лсс Ъ

04 Ch ф О со О

О

СЧ

СЪ О

СеЪ

О иЪ СЪ О ССЪ

Се) еФ! . I

1 I, 1

1 л л ь е а

СЧ е «4

it) о а а о о

«е «е а ° В а л о о съ о ь о о о оо лф о о съ о о о о о о о о о о

I н

0 В3

ССЪ СО Л е еФ

СЧ а СЧ о ф

О0 а о

ССЪ л

СеЪ а о

° е

Ill 1 л

О Ъ 1

СЪ л л

СЧ

СЪ

СЧ л

ССЪ

СЪ л о л о о ж о

Й мЪ л о л о о

С л о

О \

« о

СЧ л

1130526

Составитель В. Назаров

Редактор Н. Джуган Техред Т.Маточка Корректрр И. Эрдейи

Заказ 9504/18 Тираж 463 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, IK-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Как видно .из таблицы, предлагаемым способом получают белую сажу с . удельной поверхностью 100-270 м /г .и

Z концентрацией поверхностных сила.нольных групп 7,4-9,18 мМ ОН/MZ, что очень важно, поскольку при использовании. белой сажи как наполнителя шинных резин прочность связи резины с кордом определяется именно наличием на поверхности белой сажи активных rpyanSi — ОН. К тому же выход по сравнению с известным способом увеличивается на 15-1 SX ° Кроме этого,, использование Н SiF< для растворения кремнегеля взамен серной кислоты значительно упрощает процесс, поскольку Н SiF в процессе полностью перерабатывается на конечный продукт, а в известном способе использование Н,Б0 влечет за собой образование побочного

10 (NH4 ) SO ° Выделение которого из фторид» ного раствора сложно ине эффективно.