一種利用有機(jī)硅含塵尾氣水解物制備沉淀法白炭黑的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用有機(jī)硅含塵尾氣水解物制備沉淀法白炭黑的方法，該方法包括如下步驟：a、將有機(jī)硅含塵尾氣水解物與助分散劑按照質(zhì)量比1:0.1~0.5混合，助分散劑選自低碳鏈烷烴、小分子醇或低分子芳烴；b、步驟a得到的混合物在攪拌條件下加入燒堿溶液混合，待反應(yīng)結(jié)束后，靜置分層，取中間層清液進(jìn)行過濾、活性炭脫色，得到無色澄清的硅酸鈉溶液；c、向硅酸鈉溶液中加入表面活性劑，升高體系溫度至60℃以上，在攪拌下加入酸液，直至反應(yīng)體系pH=7時(shí)停止加入，靜置陳化，過濾，共沸脫水、烘干即得產(chǎn)品。目前有機(jī)硅單體廠都是將有機(jī)硅含塵尾氣水解物堆積或者填埋，而本發(fā)明通過上述方法可以變廢為寶，利用其轉(zhuǎn)變?yōu)榘滋亢诋a(chǎn)品。
【專利說明】一種利用有機(jī)硅含塵尾氣水解物制備沉淀法白炭黑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化工領(lǐng)域產(chǎn)品沉淀法白炭黑的合成工藝，具體的說，涉及一種利用有機(jī)硅含塵尾氣水解物制備沉淀法白炭黑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]含塵尾氣包括流化床反應(yīng)器放空氣和硅粉輸送排空氣，通常情況下，流化床反應(yīng)器放空氣含塵量較大，溫度較高，并含有一定量的甲基氯硅烷單體，經(jīng)水洗塔除塵后放空，硅粉輸送排空氣則通過布袋除塵器后水洗放空，放空的氣體進(jìn)入水池最終形成聚合物，即含塵尾氣水解聚合物，簡稱含塵尾氣水解物。
[0003]有機(jī)娃含塵尾氣水解物的組份復(fù)雜,通常情況下含有金屬娃、金屬銅、積碳、酸水、混合聚合物等，其中含塵尾氣水解物中金屬硅的含量因反應(yīng)過程和生產(chǎn)工藝的變化而波動，一般硅粉含量約25%飛5%。因含塵尾氣水解成分復(fù)雜、腐蝕性強(qiáng)和處理難等特點(diǎn)，導(dǎo)致其利用價(jià)值較低，大量積壓，這樣既造成嚴(yán)重的環(huán)保問題和安全隱患，又浪費(fèi)資源，不利于有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展。隨著國內(nèi)有機(jī)硅單體總產(chǎn)量的迅速增大及反應(yīng)設(shè)備的陳舊和工藝的欠缺，含塵尾氣水解物的積累量也日益劇增，目前常用的處理方法是將其堆積和填埋。針對以上傳統(tǒng)的處理方式，我們尋求一種有效的解決有機(jī)硅含塵尾氣水解物的工業(yè)化方法，使其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)合適的產(chǎn)品。到目前為止，未見含塵尾氣水解物處理及綜合利用相關(guān)的專利及文獻(xiàn)報(bào)告。
[0004]因沉淀法白炭黑是一種具有多孔性、高分散性、質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、不燃燒和電絕緣性等優(yōu)異性能的有機(jī)硅產(chǎn)品，是一種重要的補(bǔ)強(qiáng)填充劑。在鞋類制品、輪胎、硅橡膠、牙膏、涂料、農(nóng)藥以及飼料等行業(yè)中均需要添加沉淀法白炭黑，由此可見，沉淀法白炭黑在各行業(yè)中的應(yīng)用面甚廣，且需`求量很大。因此，研究利用含塵尾氣水解物制備沉淀法白炭黑對完善有機(jī)硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈及推動下游產(chǎn)品應(yīng)用具有重要意義。同時(shí)，開發(fā)有機(jī)硅含塵尾氣水解物制備沉淀法白炭黑，可有效順應(yīng)有機(jī)硅單體廠固廢物的綜合利用以及有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決有機(jī)硅單體廠對于有機(jī)硅含塵尾氣水解物采用傳統(tǒng)堆積、填埋等處理方式造成污染的缺陷，提供了一種利用有機(jī)硅含塵尾氣水解物制備沉淀法白炭黑的方法，該方法通過采用化學(xué)沉淀法制備了高附加值、性能較好的沉淀法白炭黑。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種利用有機(jī)硅含塵尾氣水解物制備沉淀法白炭黑的方法，該方法包括如下步驟:a、將有機(jī)硅含塵尾氣水解物與助分散劑按照質(zhì)量比1:0.r0.5混合，助分散劑選自低碳鏈烷烴、小分子醇或低分子芳烴；b、步驟a得到的混合物在攪拌條件下加入燒堿溶液混合，待反應(yīng)結(jié)束后，靜置分層，取中間層清液進(jìn)行過濾、活性炭脫色，得到無色澄清的硅酸鈉溶液；C、向硅酸鈉溶液中加入表面活性劑，升高體系溫度至60°C以上，在攪拌下加入酸液，直至反應(yīng)體系pH=7時(shí)停止加入，靜置陳化，過濾，共沸脫水、烘干即得產(chǎn)品。所述有機(jī)硅含塵尾氣水解物是指采用美國GE公司羅喬發(fā)明的直接法合成甲基氯硅烷工藝中，經(jīng)流化床反應(yīng)器放空氣和硅粉輸送排空氣等經(jīng)水洗塔洗滌后沉降在酸水池底的聚合物。目前有機(jī)硅單體廠都是將有機(jī)硅含塵尾氣水解物堆積或者填埋，而本發(fā)明通過上述方法可以變廢為寶，利用其轉(zhuǎn)變?yōu)榘滋亢诋a(chǎn)品。
[0007]本發(fā)明利用有機(jī)硅含塵尾氣水解物與燒堿在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后體系靜置分層、過濾、脫色，后將濾液與酸液進(jìn)行中和，經(jīng)陳化、過濾、共沸脫水、烘干即得產(chǎn)品。本發(fā)明的方法是將有機(jī)硅單體廠產(chǎn)生的含塵尾氣水解物進(jìn)行綠色經(jīng)濟(jì)循環(huán)利用，該種方法可以解決有機(jī)硅單體廠含塵尾氣水解物綜合利用的問題，同時(shí)還可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈吒郊又档某恋矸ò滋亢?，另外此工藝技術(shù)簡單，生產(chǎn)成本較低、社會經(jīng)濟(jì)效益顯著。
[0008]作為優(yōu)選，所述的低碳鏈烷烴為石油醚，小分子醇選自甲醇、乙醇、異丙醇或正丁醇，低分子芳烴選自二甲苯、甲苯或苯乙烯。
[0009]作為優(yōu)選，有機(jī)硅含塵尾氣水解物與助分散劑的質(zhì)量比為1:0.2^0.3。因有機(jī)硅含塵尾氣水解物形態(tài)類似于膠體，常規(guī)機(jī)械攪拌難以分散，故用助分散劑將其溶脹、分散，讓其成漿糊固液態(tài)，其助分散劑比例適中即可，太多不僅浪費(fèi)溶劑且增加回收成本，太少則起不到良好的分散效果。
[0010]作為優(yōu)選，步驟a得到的混合物在60°C ~100°C溫度下進(jìn)行均速攪拌，然后再加入燒堿溶液。因添加助分散劑的試劑沸點(diǎn)均不高，只要控制在回流范圍即可，這樣既起到良好分散作用又節(jié)省能耗。
[0011]作為優(yōu)選，所述步驟b中，有機(jī)硅含塵尾氣水解物與燒堿溶液的質(zhì)量比為1: 1.0-2.0 (優(yōu)選1: 1.3^1.7)，燒堿溶液的質(zhì)量濃度為30%±5%。有機(jī)硅含塵尾氣水解物中金屬硅粉含量一般在25%飛5%之間，因此與硅粉反應(yīng)的堿量需要稍微過量，控制好二者比例，有利于提聞廣品的收率和品質(zhì)。
`[0012]作為優(yōu)選，所述步驟b中活性炭的用量為硅酸鈉溶液總質(zhì)量的1%，脫色時(shí)間為25^35min,因有機(jī)硅含塵尾氣水解物成分復(fù)雜，在制備硅酸鈉溶液過程中難免夾帶一些小分子雜質(zhì)，因此有必要進(jìn)行脫色處理。
[0013]作為優(yōu)選，所述步驟c中酸液是指無機(jī)酸或有機(jī)硅單體副產(chǎn)物，所述無機(jī)酸為鹽酸或硫酸中的一種或兩種，有機(jī)硅單體副產(chǎn)物為三甲基氯硅烷、甲基三氯硅烷、四氯化硅中的一種或幾種，為了使廢酸和副產(chǎn)物得到綜合利用且降低生產(chǎn)成本，所以采用有機(jī)硅工業(yè)廢酸和二甲基二氯硅烷單體副產(chǎn)物中和硅酸鈉溶液。
[0014]作為優(yōu)選，所述步驟c中表面活性劑為聚乙二醇、十三烷基磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉，表面活性劑的用量為硅酸鈉溶液總質(zhì)量的2%±0.5%，為了防止制備的沉淀法白炭黑粒徑偏大，中和工序采用表面活性劑來改善二氧化硅分子中羥基之間的鍵合作用。
[0015]作為優(yōu)選，所述步驟b中的攪拌轉(zhuǎn)速為35(T450r/min ;步驟c中的攪拌轉(zhuǎn)速為750~850r/min。
[0016]作為優(yōu)選，所述步驟c中靜置陳化時(shí)間為8~12h ;共沸脫水采用的試劑是正丁醇，共沸脫水時(shí)間為f3h。陳化的目的是使白炭黑沉淀生產(chǎn)并減少其它離子在表面吸附，共沸脫水的目的是降低在烘干時(shí)白炭黑的水份含量，便于快速干燥，且減少團(tuán)聚發(fā)生。
[0017]本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn):1、提供了一種新型有機(jī)硅單體廠固廢物二次利用方法，將其變廢為寶，使有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)可持續(xù)健康平衡發(fā)展；
2、解決目前有機(jī)硅含塵尾氣水解物采取填埋、堆積和低附加值處理等方法不能很好滿足環(huán)保要求的問題，消除有機(jī)硅含塵尾氣水解物對環(huán)境和產(chǎn)業(yè)的威脅，減輕環(huán)保安全隱患和社會輿論壓力；
3、中和硅酸鈉溶液可采用有機(jī)硅單體廠的工業(yè)廢酸，可以部分解決廢酸的存放和二次利用；
4、采用部分單體副產(chǎn)物如三甲基氯硅烷、甲基三氯硅烷和四氯化硅等中和硅酸鈉溶液可直接制取改性沉淀法白炭黑；
5、反應(yīng)過程可附產(chǎn)大量氫氣，可收集利用，工藝綠色環(huán)保。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過具體實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施并不局限于下面的實(shí)施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0019]在本發(fā)明中，若非特指，所有的份、百分比均為重量單位，所采用的設(shè)備和原料等均可從市場購得或是本領(lǐng)域常用的。下述實(shí)施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0020]有機(jī)硅含塵尾氣水解物來源:有機(jī)硅含塵尾氣水解物是指采用美國GE公司羅喬發(fā)明的直接法合成甲基氯硅烷工藝中，經(jīng)流化床反應(yīng)器放空氣和硅粉輸送排空氣等經(jīng)水洗塔洗滌后沉降在酸水池底的聚合物。
[0021]實(shí)施例1` 向反應(yīng)器中投入100份有機(jī)硅含塵尾氣水解物和10份石油醚(沸程6(T90°C)，啟動攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為450r/min,體系升溫至80°C,恒溫?cái)嚢鐸h,然后一次加入150份的質(zhì)量濃度為30%的燒堿溶液，繼續(xù)反應(yīng)5h后停止，靜置分層，取清液層過濾、用硅酸鈉溶液總質(zhì)量1%的活性炭在60°C溫度下脫色25min，得到無色澄清的硅酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液置入反應(yīng)器內(nèi)，加入硅酸鈉溶液總質(zhì)量2%的十二烷基硫酸鈉，體系升溫至60°C，在攪拌轉(zhuǎn)速為850r/min下加入質(zhì)量濃度為31%的稀鹽酸，直至體系pH=7停止加入稀鹽酸，繼續(xù)攪拌lh，靜置陳化10h，過濾，采用正丁醇共沸脫水1.5h，120°C烘干4h即得沉淀法白炭黑60份。
[0022]實(shí)施例2
向反應(yīng)器中投入100份有機(jī)硅含塵尾氣水解物和50份石油醚(沸程6(T90°C )，啟動攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min，體系升溫至80°C，恒溫?cái)嚢鑜h，然后一次加入200份的質(zhì)量濃度為30%的燒堿溶液，繼續(xù)反應(yīng)5h后停止，靜置分層，取清液層過濾、用硅酸鈉溶液總質(zhì)量1%的活性炭在60°C溫度下脫色30min，得到無色澄清的硅酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液置入反應(yīng)器內(nèi)，加入硅酸鈉溶液總質(zhì)量2%的聚乙二醇，體系升溫至60°C，在攪拌轉(zhuǎn)速為750r/min下加入質(zhì)量濃度為86%的濃硫酸，直至體系pH=7停止?jié)饬蛩峒尤?，繼續(xù)攪拌lh，靜置陳化9h，過濾，采用正丁醇共沸脫水2h，120°C烘干4h即得沉淀法白炭黑70份。
[0023]實(shí)施例3
向反應(yīng)器中投入100份有機(jī)硅含塵尾氣水解物和30份石油醚，啟動攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為350r/min,體系升溫至80°C，恒溫?cái)嚢鑜h，然后一次加入100份的質(zhì)量濃度為30%的燒堿溶液，繼續(xù)反應(yīng)5h后停止，靜置分層，取清液層過濾、用硅酸鈉溶液總質(zhì)量1%的活性炭在60°C溫度下脫色25min，得到無色澄清的硅酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液置入反應(yīng)器內(nèi)，加入硅酸鈉溶液總質(zhì)量2%的十三烷基磺酸鈉，體系升溫至60°C，在攪拌轉(zhuǎn)速為800r/min下加入三甲基氯硅烷，直至體系pH=7停止加入三甲基氯硅烷，繼續(xù)攪拌lh，靜置陳化8h，過濾，采用正丁醇共沸脫水3h，120°C烘干4h即得沉淀法白炭黑40份。
[0024]實(shí)施例4
向反應(yīng)器中投入100份有機(jī)硅含塵尾氣水解物和10份二甲苯，啟動攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min，體系升溫至100°C，恒溫?cái)嚢鑜h，然后一次加入200份的質(zhì)量濃度為30%的燒堿溶液，繼續(xù)反應(yīng)5h后停止，靜置分層，取清液層過濾、用硅酸鈉溶液總質(zhì)量1%的活性炭在60°C溫度下脫色30min，得到無色澄清的硅酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液置入反應(yīng)器內(nèi)，加入硅酸鈉溶液總質(zhì)量2%的十三烷基磺酸鈉，體系升溫至60°C，在攪拌轉(zhuǎn)速為750r/min下加入甲基三氯硅烷，直至體系pH=7停止加入甲基三氯硅烷，繼續(xù)攪拌lh，靜置陳化12h，過濾，采用正丁醇共沸脫水2.5h，120°C烘干4h即得沉淀法白炭黑62份。
[0025]實(shí)施例5
向反應(yīng)器中投入100份有機(jī)硅含塵尾氣水解物和10份甲醇，啟動攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min,體系升溫至60°C，恒溫?cái)嚢鑜h，然后一次加入130份的質(zhì)量濃度為30%的燒堿溶液，繼續(xù)反應(yīng)5h后停止，靜置分層，取清液層過濾、用硅酸鈉溶液總質(zhì)量1%的活性炭在60°C溫度下脫色30min，得到無色澄清的硅酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液置入反應(yīng)器內(nèi)，加入硅酸鈉溶液總質(zhì)量2%的十二烷基硫酸鈉，體系升溫至60°C，在攪拌轉(zhuǎn)速為800r/min下加入質(zhì)量濃度為31%的稀鹽酸，直至體系pH=7停止加入稀鹽酸，繼續(xù)攪拌lh，靜置陳化12h，過濾，采用正丁醇共沸脫水lh、120°C烘干4h即得沉淀法白炭黑51份。
[0026]實(shí)施例6`
向反應(yīng)器中投入100份有機(jī)硅含塵尾氣水解物和50份甲醇，啟動攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為450r/min，體系升溫至60°C，恒溫?cái)嚢鑜h，然后一次加入150份的濃度為30%的燒堿溶液，繼續(xù)反應(yīng)5h后停止，靜置分層，取清液層過濾、用硅酸鈉溶液總質(zhì)量1%的活性炭在60°C溫度下脫色35min，得到無色澄清的硅酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液置入反應(yīng)器內(nèi)，加入硅酸鈉溶液總質(zhì)量2%的聚乙二醇，升溫至60°C，在攪拌轉(zhuǎn)速為750r/min下加入質(zhì)量濃度為31%的稀鹽酸，直至體系PH=7停止加入稀鹽酸，繼續(xù)攪拌lh，靜置陳化I Ih,過濾，采用正丁醇共沸脫水2h，120°C烘干4h即得沉淀法白炭黑54份。
[0027]現(xiàn)有沉淀法白炭黑與本發(fā)明工藝制備的白炭黑質(zhì)量指標(biāo)見表1。
[0028]表1現(xiàn)有沉淀法白炭黑與本發(fā)明工藝制備的白炭黑質(zhì)量指標(biāo)
【權(quán)利要求】
1.一種利用有機(jī)硅含塵尾氣水解物制備沉淀法白炭黑的方法，其特征在于該方法包括如下步驟: a、將有機(jī)硅含塵尾氣水解物與助分散劑按照質(zhì)量比1:0.1~0.5混合，助分散劑選自低碳鏈烷烴、小分子醇或低分子芳烴； b、步驟a得到的混合物在攪拌條件下加入燒堿溶液，待反應(yīng)結(jié)束后，靜置分層，取中間層清液進(jìn)行過濾、活性炭脫色，得到無色澄清的硅酸鈉溶液； C、向硅酸鈉溶液中加入表面活性劑，升高體系溫度至60°C以上，在攪拌下加入酸液，直至反應(yīng)體系PH=7時(shí)停止加入，靜置陳化，過濾，共沸脫水、烘干即得產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的低碳鏈烷烴為石油醚，小分子醇選自甲醇、乙醇、異丙醇或正丁醇，低分子芳烴選自二甲苯、甲苯或苯乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:有機(jī)硅含塵尾氣水解物與助分散劑的質(zhì)量比為1:0.2^0.3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:步驟a得到的混合物在60°C^lOO0C溫度下進(jìn)行均速攪拌，然后再加入燒堿溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步驟b中，有機(jī)硅含塵尾氣水解物與燒堿溶液的質(zhì)量比為1:1.0-2.0，燒堿溶液的質(zhì)量濃度為30%±5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟b中活性炭的用量為硅酸鈉溶液總質(zhì)量的1%，脫色時(shí)間為25~35min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟c中酸液是指無機(jī)酸或有機(jī)硅單體副產(chǎn)物，所述無機(jī)酸為鹽 酸或硫酸中的一種或兩種，有機(jī)硅單體副產(chǎn)物為三甲基氯硅烷、甲基三氯硅烷、四氯化 硅中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟c中表面活性劑為聚乙二醇、十三烷基磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉，表面活性劑的用量為硅酸鈉溶液總質(zhì)量的2%±0.5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟b中的攪拌轉(zhuǎn)速為35(T450r/min ;步驟c中的攪拌轉(zhuǎn)速為75(T850r/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟c中靜置陳化時(shí)間為8~12h;共沸脫水采用的試劑是正丁醇， 共沸脫水時(shí)間為f3h。
【文檔編號】B09B3/00GK103803558SQ201310704416
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】周欣俊, 楊慶紅, 孫剛, 吳連斌, 祝愛娟 申請人:浙江中天氟硅材料有限公司