Способ получения осаждённого диоксида кремния и продукт, полученный согласно этому способу

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способам получения тонкодисперсного осажденного диоксида кремния и соответствующему продукту, который может быть использован в качестве минерального наполнителя в резиновой промышленности. Способ получения осажденного диоксида кремния включает обработку исходного шлама содовым раствором, введение кислоты с получением осадка диоксида кремния, последующее его отделение, промывку и сушку. В качестве исходного шлама используют шлам борнокислотного производства. Перед обработкой содовым раствором указанный шлам обогащают до 50-65 мас. % содержания диоксида кремния методом флотации при pH 6,8-8,5 и температуре 30-40°С в присутствии жидкого технического мыла. Продукт, полученный согласно указанному способу, содержит, мас. %: 89-91 SiO2, 0.05-0.08 Fe2O3, 0.02-0.07 Na2O, 0.1-0.3 SO4, не более 0.002 MnO и не более 0.002 MgO, имеет влажность 5,2-5,5%, pH водной вытяжки 6.3-6.8 и удельную поверхность 165-170 м2/г. Изобретение позволяет повысить качество полученного диоксида кремния. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способам получения тонкодисперсного осажденного диоксида кремния и соответствующему продукту, который может быть использован в качестве минерального наполнителя в резиновой промышленности.

В промышленности получают пирогенный и осажденный диоксид кремния. Пирогенный диоксид кремния по своим качественным характеристикам превосходит осажденный, однако он более дорогостоящий. Получение осажденного диоксида кремния более дешевым способом, который бы максимально близко соответствовал пирогенному продукту, - одна из важнейших задач в производстве диоксида кремния.

Из уровня техники известен способ получения осажденного диоксида кремния (белой сажи) высокого качества, включающий: приготовление раствора жидкого стекла, карбонизацию раствора углекислым газом, очистку суспензии диоксида кремния от соды, фильтрацию, промывку и сушку; причем приготовление раствора жидкого стекла ведут путем растворения в воде силикат-глыбы под избыточным давлением 0.57-0.59 МПа с последующим разбавлением водой до плотности 1.088-1.081 г/см3 и фильтрованием; карбонизацию ведут в одну стадию при 75-88°С в течение 1.5-2 часов до pH суспензии 9.2-10.6; перед очисткой от соды и перед распылительной сушкой суспензию диоксида кремния подвергают обработке в гидроакустическом аппарате; сушку ведут при 750°С (RU 2156734, С01В 33/18, опубл. 27.09.2000). Недостатками известного способа являются громоздкость технологической схемы и недостаточно высокие качественные характеристики получаемого продукта.

Из уровня техники также известен способ получения белой сажи, включающий обработку раствора жидкого стекла двуокисью углерода с последующей нейтрализацией серной кислотой, промывкой и сушкой, причем серную кислоту разбавляют и промывают Н-катионитовой водой до pH 2-6 единиц, а нейтрализацию ведут до pH 7-8.5 единиц (SU 466849, С01В 33/18, опубл. 30.01.1978). Недостатками этого способа являются сложность, многостадийность производства и повышенное содержание в продукте ионов Ca, Mg, а также сульфатов.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому изобретению являются продукт и соответствующий способ получения осажденного диоксида кремния, включающий обработку исходного шлама содовым раствором, введение кислоты с получением осадка диоксида кремния, последующее его отделение, промывку и сушку (SU 365325, С01В 33/12, опубл. 01.01.1973).

Недостатками известных технических решений являются значительный расход соды, который требуется для разложения шлака; невысокий выход продукта; загрязнение получаемого силикатного раствора содой, что в конечном итоге требует многократной промывки продукта; а также недостаточно высокие качественные характеристики получаемого продукта.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении качества полученного диоксида кремния.

В части способа поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что согласно способу получения осажденного диоксида кремния, включающему обработку исходного шлама содовым раствором, введение кислоты с получением осадка диоксида кремния, последующее его отделение, промывку и сушку, в качестве исходного шлама используют шлам борнокислотного производства, причем перед обработкой содовым раствором указанный шлам обогащают до 50-65% содержания диоксида кремния по массе методом флотации при pH 6.8-8.5 и температуре 30-40°С в присутствии жидкого технического мыла. Флотацию предпочтительно проводят при содержании твердой фазы в пульпе 15-20 мас. %.

В части продукта поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что продукт, полученный согласно указанному способу, содержит 89-91% SiO2, 0.05-0.08% Fe2O3, 0.02-0.07% Na2O, 0.1-0.3% SO4, не более 0.002% MnO и не более 0.002% MgO по массе, имеет влажность 5.2-5.5%, pH водной вытяжки 6.3-6.8 и удельную поверхность 165-170 м2/г.

Согласно предлагаемому способу осажденный диоксид кремния получают из отходов-шламов борнокислотного производства, содержащих до 30 мас. % диоксида кремния и до 60 мас. % сульфата кальция. Если перерабатывать необогащенный шлам (как в прототипе), то кроме «полезной» реакции - растворения SiO2 щелочным агентом (содой Na2CO3) - протекает реакция с сульфатом кальция:

CaSO4+Na2CO3=Na2SO4+CaCО3.

При этом дополнительно расходуется сода, которая в виде сульфата натрия загрязняет раствор силиката натрия и в конечном итоге - готовый продукт (что требует дополнительных затрат на отмывку).

Для того чтобы снизить расход соды (т.е. сократить затраты на стадии разложения); уменьшить переход сульфатов в раствор, а значит, улучшить качество продукта (т.е. сократить расходы на стадии отмывки продукта за счет сокращения количества стадий); и увеличить выход готового продукта (т.е. сократить расходы по всем стадиям производства), предлагается перед подачей на содовое разложение шлам предварительно обогатить.

Шламы обогащают до 50-65 мас. % содержания диоксида кремния методом флотации (т.е. выделяют диоксид кремния в виде кремниевого концентрата) при pH 6.8-8.5 и температуре 30-40°С в присутствии жидкого технического мыла. Флотацию проводят при содержании твердой фазы в пульпе 15-20 мас. %.

Схема флотации предусматривает основную и контрольную обратную флотацию с возвратом концентрата контрольной флотации в голову основной флотации. За счет возврата пенного продукта контрольной флотации снижаются потери основного компонента (SiO2). В результате флотации сульфат кальция извлекается в пенный продукт флотации, а диоксид кремния остается в камерном продукте.

Оптимальной областью pH флотации является интервал 6.8-8.5 единиц. При pH ниже чем 6.8 единиц флотационное разделение происходит плохо: SiO2 в кремниевом концентрате не превышает 38 мас. % (против 30%). При pH выше чем 8.5 единиц - качество кремниевого концентрата не изменяется (от достигнутого при pH 8.5 единиц), но при этом дополнительно расходуются реагенты для создания более щелочного pH.

Оптимальной областью температур являются значения 30-40°С. При температуре меньше 30°С эффективность флотации снижается. При температуре более 40°С возрастают потери основного компонента с пенным продуктом и увеличиваются теплозатраты.

Использование в качестве собирателя жидкого технического мыла обусловлено его селективностью: обеспечивается отделение сульфатов кальция от диоксида кремния. Кроме того, этот реагент имеется в большом количестве, доступен и технологичен. Использование жидкого мыла не требует дополнительного омыления (т.к. оно само уже щелочное) и не требует дополнительных пенообразователей (т.к. оно само создает пену).

При содержании твердого <15 мас. % процесс флотации протекает с понижением выхода кремниевого концентрата, что приводит к повышению затрат всего процесса (за счет увеличения удельных норм расхода по всем статьям). При содержании твердого в пульпе более чем 20 мас. % возрастают потери основного компонента (SiO2) и ухудшается качество кремниевого концентрата.

Дальнейшее разложение предварительно обогащенного шлама проводят содовым раствором при pH не <11.1/40°С в течение 1 часа при температуре не <80°С.

Значение pH не <11.1/40°С необходимо для перевода в раствор диоксида кремния. Ведение процесса при рН <11 Л/40°С ведет к «загеливанию» раствора по всей технологической цепочке.

Для ведения процесса разложения необходимо оптимальное значение Т:Ж=1:10-1:20 по массе, которое позволяет снизить продолжительность процесса разложения до 1 часа (против 2 часов - по прототипу) и обеспечить получение стабильных во времени растворов силиката натрия.

В результате разложения шламов диоксид кремния переходит в раствор в виде силиката натрия, а нерастворенные вещества выпадают в осадок. Раствор силиката натрия (1.5-3.0 мас. % SiO2) отделяют от осадка фильтрацией.

Осаждают диоксид кремния путем введения кислого агента, в частности серной кислоты, в раствор силиката натрия. Дозировка серной кислоты осуществляется небольшими порциями в течение 30 минут. Конечное значение pH в растворе, после окончания дозировки кислоты, должно быть в пределах 7.0-8.5/40°С. Температура процесса осаждения задается в пределах 25°С-55°С (в зависимости от требуемого качества готового продукта). После достижения заданного значения pH суспензия выдерживается в течение 15-30 минут и фильтруется.

Влажный продукт 2-кратно промывают горячей водой при рН=5.8-6.2 единиц. Отмытый продукт подают на сушку, которую осуществляют при температуре 250°С.

Предложенный способ позволяет получить осажденный диоксид кремния, содержащий 89-91% SiO2, 0.05-0.08% Fe2O3, 0.02-0.07% Na2O, 0.1-0.3% SO4, не более 0.002% MnO и не более 0.002% MgO по массе, имеет влажность 5.2-5.5%, pH водной вытяжки 6.3-6.8 и удельную поверхность 165-170 м2/г. Таким образом, полученный продукт по своим качественным характеристикам превосходит качество белой сажи (БС-120). Необходимость ведения процессов разложения, осаждения, промывки при определенном задаваемом значении рН дает возможность осуществить технологию непрерывно и автоматизировать вышеуказанные стадии. Более того, предлагаемое техническое решение сокращает материальные и энергетические затраты.

Диоксид кремния, полученный по предлагаемому способу, в сравнении с прототипом содержит меньше примесей, что обеспечивает высокое содержание основного компонента, уровень которого определяется требованием потребителя. Таким образом, полученный продукт обладает более высоким качеством: он меньше загрязнен примесями, а значит, снижается отрицательное влияние примесей при использовании продукта потребителем в качестве кремниевого наполнителя в резиновой промышленности. Физико-химические свойства (удельная поверхность, дисперсность, pH) полученного продукта также свидетельствуют о том, что указанные характеристики находятся на более высоком уровне и более приемлемы для потребителя, чем белая сажа.

Необходимость достижения указанных характеристик диоксида кремния, в частности, для шинного производства обусловлена тем, что:

- повышенное содержание окислов железа может отрицательно повлиять на стойкость резин к тепловому старению;

- невысокое содержание основного компонента (SiO2) может ухудшить усиливающие свойства кремниевого наполнителя;

- повышенное содержание общей щелочности (в пересчете на Na2O) вызывает ускорение процесса вулканизации и в итоге перевулканизацию резиновой смеси;

- низкая удельная поверхность (впрочем, как и сильно высокая) продукта снижает упругопрочностные свойства резиновых смесей; приемлемой считается величина удельной поверхности 165±25 м2/г;

- содержание влаги в продукте оказывает влияние на усиливающий эффект кремниевого наполнителя (ориентировочная величина 5-6%).

ПРИМЕР 1 (по прототипу)

50 г шламовой пульпы с содержанием 20 мас. % твердого с содержанием SiO2 30 мас. % подают на стадию разложения содовым раствором. Условия разложения: t°C=95°С, τ=2 часа, Т:Ж=1:5 по массе. Расход соды - 15 г.

Раствор силиката натрия, полученный после разложения, отделяют от осадка фильтрацией. В полученный фильтрат вводят кислоту (H2SO4) до рН=9.8 при t°C=50°С.

Полученный влажный осадок в количестве 38 г отмывают, нейтрализуют и сушат. Количество высушенного продукта (белой сажи) составляет 3.7 г. Продукт подвергают физико-химическому анализу.

ПРИМЕР 2 (по предлагаемому способу)

Перед подачей шламовой пульпы на стадию содового разложения шлам проходит стадию обогащения методом флотации. Условия флотации: содержание твердого в пульпе 20 мас. %, pH=7.5 единиц, t°C=35°С, собиратель - жидкое техническое мыло.

50 г шламовой пульпы, содержащей 10 г. обогащенной до 60 мас. % SiO2 шлама, подают на стадию разложения содовым раствором. Разложение проводят при температуре 90°С в течение 1 часа при Т:Ж=1:20 по массе. Расход соды 12 г.

Раствор силиката натрия, полученный после разложения, отделяют от осадка фильтрацией. В полученный фильтрат вводят кислоту (H2SO4) до pH=7.0 при t°C=50°С.

Полученный влажный осадок в количестве 66 г подают на промывку. Промывку осуществляют горячей водой (70°С) в 2 стадии, причем 2-ю промывку проводят при pH=6.0 единиц. Отмытый влажный продукт сушат при t°C=250°С. Количество высушенного продукта - осажденного диоксида кремния составляет 6.6 г. Продукт подвергают физико-химическому анализу.

Результаты проведенных анализов представлены в таблице ниже, которая отражает сравнительные характеристики предлагаемого способа с прототипом по качеству продукта, расходу соды и выходу продукта. Из представленных данных видно, что при получении осажденного диоксида кремния по предлагаемому способу по сравнению с прототипом происходит снижение расхода соды при увеличении выхода продукта, качественные характеристики которого соответствуют более высокому уровню.

1. Способ получения осажденного диоксида кремния, включающий обработку исходного шлама содовым раствором, введение кислоты с получением осадка диоксида кремния, последующее его отделение, промывку и сушку, отличающийся тем, что в качестве исходного шлама используют шлам борнокислотного производства, причем перед обработкой содовым раствором указанный шлам обогащают до 50-65 мас. % содержания диоксида кремния методом флотации при рН 6,8-8,5 и температуре 30-40°С в присутствии жидкого технического мыла.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что флотацию проводят при содержании твердой фазы в пульпе 15-20 мас. %.

3. Продукт, полученный согласно способу по п. 1, отличающийся тем, что содержит, мас. %: 89-91 SiO2, 0,05-0,08 Fe2O3, 0,02-0,07 Na2O, 0,1-0,3 SO4, не более 0,002 MnO и не более 0,002 MgO, имеет влажность 5,2-5,5%, рН водной вытяжки 6,3-6,8 и удельную поверхность 165-170 м2/г.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к зимней шине для автомобильных колес, в частности к шине, пригодной для езды по обледенелым дорогам. Шина (1) включает структуру (2) каркаса, структуру (6) брекерного пояса, нанесенную в радиально наружном положении к структуре (2) каркаса, и беговой пояс (7) шины, нанесенный в радиально наружном положении к структуре (6) брекерного пояса.
Изобретение раскрывает способ получения наполненного эластомера, в котором каучуковую композицию получают путем смешивания I) сырого каучука, II) сшивающего агента, способного вызывать сшивку сырого каучука (I), III) наполнителя, содержащего функциональные группы, реакционноспособные по отношению к изоцианатам, IV) композиции полимера с концевыми изоцианатными группами и, необязательно, V) других добавок и путем сшивки каучуковой композиции, где каучуковая композиция содержит, помимо соединений (I)-(V), менее 10% мас., от всей каучуковой композиции, соединений, имеющих функциональные группы, являющиеся реакционноспособными по отношению к изоцианатам, и где композицию полимера с концевыми изоцианатными группами (IV) применяют в количестве от 1 до 200 % мас., в пересчете на вес наполнителя (III).Технический результат заключается в получении эластомера с хорошими физическими свойствами, подобными высокому модулю, высокому пределу прочности, высокой прочности на раздир, высокой износостойкости и хорошей усталостной характеристике.

Изобретение относится к сополимеру, содержащему мономерные звенья, образованные фарнезеном, способу получения сополимера, резиновой композиции, содержащей сополимер, и шине, полученной с использованием резиновой композиции.

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к резиновым смесям на основе насыщенных уретановых каучуков. Полиуретановая резиновая смесь в первом варианте получена на основе насыщенного уретанового каучука, на 100 мас.

Изобретение относится к полиизоциануратным и/или полиуретановым огнестойким пенам и к способам их получения. Композиция огнестойкой пены содержит частицы диоксида кремния и полиизоциануратную или полиуретановую пену.

Изобретение относится к резиновой смеси и пневматической шине. Резиновая смесь содержит 0.5-100 мас.ч.

Изобретение относится к резиновой смеси и пневматической шине. Резиновая смесь содержит 0,5-100 мас.ч.

Изобретение относится к резиновой композиции, включающей каучуковый компонент (А), фарнезеновый полимер (B) и диоксид кремния (С). Резиновая композиция содержит каучуковый компонент, выбранный из группы, состоящей из бутадиен-стирольного каучука, натурального каучука и изопренового каучука, а также 0,1-100,0 мас.ч.
Изобретение относится к композиции на основе фторкаучука и поперечно-сшитому резиновому изделию, полученному с использованием такой композиции. Композиция содержит фторкаучук, гидрофобный диоксид кремния, гидрофобизированный с помощью гексаметилдисилазана или силиконовой жидкостью, поперечно-сшивающий агент, являющийся органическим пероксидом, и вспомогательное поперечно-связывающее соединение.

Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе этиленпропилендиеновых каучуков, которые могут использоваться в авиа- и ракетостроении. Теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука, содержащий серу, оксид цинка, стеарин, технический углерод П-324, тетраметилтиурамдисульфид, 2-меркаптобензотиазол, дитиоморфолин, канифоль сосновую, белую сажу и модифицирующую добавку - фосфорборазотсодержащий олигомер, материал, отличается тем, что содержит фосфорборазотсодержащий олигомер, предварительно обработанный коллоидной кремнекислотой в виде белой сажи БС-120, при следующем соотношении компонентов, масс.

Изобретение относится к технологии переработки минерального сырья. Предложен способ получения тонкодисперсного аморфного микрокремнезема золь-гель методом.
Группа изобретений относится к материалам на основе обработанного диоксида кремния, а также способам изготовления таких материалов. Способ приготовления материала на основе термически обработанного диоксида кремния включает термическую обработку материала на основе преципитированного диоксида кремния, содержащего металл, где металл имеет значение твердости по Моосу, по меньшей мере, примерно 5,5 в его оксидной форме.
Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при изготовлении подложек катализаторов, абсорбентов, средств против комкования или повышающих вязкость структурообразователей, добавок к зубным пастам и бумаге, наполнителей для полимерных композиций.
Настоящее изобретение относится к способу получения осажденного диоксида кремния. Способ получения включает осуществление реакции силиката с подкисляющим средством с получением суспензии осажденного диоксида кремния с последующим этапом разделения с получением осадка и последующим этапом высушивания указанного осадка.
Настоящее изобретение относится к способу получения осажденного диоксида кремния. Способ получения включает реакцию взаимодействия силиката и кислоты в присутствии электролита.

Изобретение относится к производству высокочистого гранулированного диоксида кремния, для дальнейшего получения из него кварцевого стекла. Гранулированный диоксид кремния, согласно изобретению, имеет содержание щелочных металлов от 0,01 до 10,0 част./млн, содержание щелочноземельных металлов от 0,01 до 10,0 част./млн, содержание бора от 0,001 до 1,0 част./млн, содержание фосфора от 0,001 до 1,0 част./млн.
Изобретение относится к способу получения осажденного диоксида кремния. Способ включает реакцию силиката с кислотой с получением суспензии диоксида кремния, последующее разделение и высушивание суспензии.
Настоящее изобретение относится к способу получения осажденного диоксида кремния, включающему реакцию силиката с подкисляющим средством с получением суспензии осажденного диоксида кремния (S1), последующий этап разделения с получением осадка, этап дробления указанного осадка с получением суспензии осажденного диоксида кремния (S2), высушивание данной суспензии.
Изобретение относится к способу получения осажденных диоксидов кремния. Способ включает реакцию силиката с кислотой, в результате чего получают суспензию диоксида кремния, затем ее разделяют и высушивают.
Настоящее изобретение относится к способу получения осажденного диоксида кремния. Способ включает взаимодействие силиката с подкисляющим средством с получением суспензии осажденного диоксида кремния (S1), выделение осадка, дробление указанного осадка с получением суспензии осажденного диоксида кремния (S2) и высушивание данной суспензии.

Изобретение относится к технологии переработки минерального сырья. Предложен способ получения тонкодисперсного аморфного микрокремнезема золь-гель методом.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способам получения тонкодисперсного осажденного диоксида кремния и соответствующему продукту, который может быть использован в качестве минерального наполнителя в резиновой промышленности. Способ получения осажденного диоксида кремния включает обработку исходного шлама содовым раствором, введение кислоты с получением осадка диоксида кремния, последующее его отделение, промывку и сушку. В качестве исходного шлама используют шлам борнокислотного производства. Перед обработкой содовым раствором указанный шлам обогащают до 50-65 мас. содержания диоксида кремния методом флотации при pH 6,8-8,5 и температуре 30-40°С в присутствии жидкого технического мыла. Продукт, полученный согласно указанному способу, содержит, мас. : 89-91 SiO2, 0.05-0.08 Fe2O3, 0.02-0.07 Na2O, 0.1-0.3 SO4, не более 0.002 MnO и не более 0.002 MgO, имеет влажность 5,2-5,5, pH водной вытяжки 6.3-6.8 и удельную поверхность 165-170 м2г. Изобретение позволяет повысить качество полученного диоксида кремния. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

Наверх