楊惠弟1 呂鴻良2(1.太原工業(yè)學(xué)院山西太原030008;2.山西省化工設(shè)計(jì)院山西太原030024)

隨著我國(guó)化學(xué)工業(yè)及其它工業(yè)的快速發(fā)展,白炭黑市場(chǎng)需求量逐年增加,其應(yīng)用范圍在進(jìn)一步擴(kuò)大,除用于傳統(tǒng)的制鞋、橡膠、制藥的添加劑外,現(xiàn)正向用于油漆、涂料、塑料、農(nóng)藥、牙膏、造紙等行業(yè)的促進(jìn)劑和改進(jìn)劑方面擴(kuò)展,特別是牙膏專用白炭黑、高透明白炭黑等高附加值的產(chǎn)品發(fā)展很快,在國(guó)內(nèi)供不應(yīng)求。

目前,國(guó)內(nèi)外白炭黑的生產(chǎn)方法主要是氣相法和沉淀法。由于氣相法工藝復(fù)雜,設(shè)備投資大,原料來(lái)源受限制且成本高,大規(guī)模生產(chǎn)具有相當(dāng)?shù)碾y度,故其產(chǎn)量?jī)H為白炭黑總產(chǎn)量的10%左右[1]。沉淀法在現(xiàn)有技術(shù)中,生產(chǎn)過程中的低濃度洗滌廢水沒有理想的處理方法,一些廠家為了逃避環(huán)保部門的檢查,常用大量的清水稀釋后直接排放,造成了環(huán)境污染。為了解決這一問題,在此提供一種投資少、無(wú)環(huán)境污染的低濃度洗滌廢水的處理方法。

1白炭黑及其生產(chǎn)方法

1.1白炭黑及其性質(zhì)

白炭黑是白色粉末狀X-射線無(wú)定形硅酸和硅酸鹽產(chǎn)品的總稱[2],主要指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅、超細(xì)二氧化硅凝膠和氣凝膠,也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等。白炭黑是多孔性物質(zhì),質(zhì)輕,比重2.319～2.652,熔點(diǎn)1750℃。其組成可用SiO2·nH2O表示,其中nH2O是以表面羥基的形式存在。

能溶于苛性堿和氫氟酸,不溶于水、溶劑和普通酸,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,耐高溫,不燃,無(wú)味,無(wú)嗅,具有良好的電絕緣性。

1.2白炭黑的生產(chǎn)方法

1.2.1分類白炭黑按生產(chǎn)方法大體分

為沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。氣相法白炭黑是以四氯化硅為原料,通入氫氣和空氣在1000℃～1200℃反應(yīng)制得[3]。氣相法白炭黑在常態(tài)下為白色無(wú)定形絮狀半透明固體膠狀納米粒子,粒徑可達(dá)10～20nm,有巨大的比表面積(100～400m2/g),產(chǎn)品純度可達(dá)99%;沉淀法白炭黑又分為傳統(tǒng)沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑,前者是以硫酸、鹽酸、二氧化碳與水玻璃為基本原料生產(chǎn)的二氧化硅,后者是指采用超重力技術(shù)、溶膠-凝膠法、化學(xué)晶體法、二次結(jié)晶法或反相膠束微乳液法等特殊方法生產(chǎn)的二氧化硅。

1.2.2硫酸沉淀法硫酸沉淀法是目前

國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)白炭黑的主要方法。硫酸沉淀法是以泡花堿(水玻璃)為原料,用硫酸酸化生成硅酸,再分解而制得沉淀二氧化硅,SiO2≥90%。方法步驟如下:將純堿和石英砂按一定比例均勻混合,在1400℃～1500℃范圍內(nèi)進(jìn)行熔融反應(yīng),熔融物經(jīng)水淬冷卻形成玻璃料,再經(jīng)加熱溶解、過濾、加水稀釋,配制成一定濃度的水玻璃溶液,然后在一定的濃度、溫度、PH值等條件下和濃硫酸按一定比例一起加入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng),生成白炭黑沉淀物。反應(yīng)器出來(lái)的粗料漿經(jīng)壓濾機(jī)進(jìn)行過濾,分離出高濃度的硫酸鈉母液,母液送Na2SO4回收工段,得到副產(chǎn)品硫酸鈉。濾餅用水進(jìn)行洗滌,洗去其中大量的硫酸鈉,然后用壓縮空氣吹除濾餅中部分水分,將濾餅在液化器中經(jīng)高速攪拌液化成糊狀料漿,最后在噴霧干燥器中進(jìn)行干燥,得到產(chǎn)品白炭黑。

2白炭黑生產(chǎn)過程中洗滌廢水的處理

沉淀法白炭黑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生兩股廢水。一股廢水為壓濾機(jī)母液,其中所含硫酸鈉的濃度在6%以上,這股廢水可直接送入回收工段;另一股廢水及白炭黑粗料洗滌廢水,其中所含硫酸鈉的濃度約1%左右。我們對(duì)白炭黑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的低濃度洗滌廢水進(jìn)行回收利用,不排放。在系統(tǒng)中實(shí)行循環(huán)洗滌,逐級(jí)提高其濃度,直至含Na2SO4的濃度達(dá)到6%,再送入回收工段進(jìn)行回收。具體步驟為:

①生產(chǎn)過程中第一批白炭黑粗料用清水洗滌,洗滌廢水按照硫酸鈉濃度的大小依次放入1號(hào)池、2號(hào)池、3號(hào)池、4號(hào)池。

②第二批白炭黑粗料先用濃度較大的1號(hào)池廢水進(jìn)行洗滌,在線分析監(jiān)測(cè)洗滌廢水中硫酸鈉的濃度達(dá)到6%后,將1號(hào)池的廢水排入硫酸鈉濃度為6%的母液池中,1號(hào)池清空;再用2號(hào)池中的廢水對(duì)白炭黑粗料進(jìn)行洗滌,當(dāng)在線監(jiān)測(cè)洗滌廢水中硫酸鈉的濃度達(dá)到1號(hào)池的濃度時(shí),將2號(hào)池中的廢水排入1號(hào)池,2號(hào)池清空;再用3號(hào)池的廢水對(duì)白炭黑粗料進(jìn)行洗滌,當(dāng)在線監(jiān)測(cè)洗滌廢水中硫酸鈉的濃度達(dá)到2號(hào)池的濃度時(shí),將3號(hào)池中的廢水排入2號(hào)池,3號(hào)池清空;再用4號(hào)池的廢水對(duì)白炭黑粗料進(jìn)行洗滌,當(dāng)在線監(jiān)測(cè)洗滌廢水中硫酸鈉的濃度達(dá)到3號(hào)池的濃度時(shí),將4號(hào)池中的廢水排入3號(hào)池,4號(hào)池清空;最后用清水對(duì)白炭黑粗料進(jìn)行洗滌,洗滌廢水排入4號(hào)池。

③以后各批白炭黑粗料洗滌過程與第二批相同。

④硫酸鈉濃度達(dá)6%的洗滌廢水,經(jīng)過蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶,回收硫酸鈉副產(chǎn)品?？傊?洗滌廢水在系統(tǒng)中閉路循環(huán),逐級(jí)提濃,直至廢水中硫酸鈉濃度達(dá)到6%后,循環(huán)停止,然后送入硫酸鈉回收工段和壓濾機(jī)母液混合,再進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶,回收硫酸鈉副產(chǎn)品。

3結(jié)論

本方法與現(xiàn)有技術(shù)相比,廢水基本實(shí)現(xiàn)了“零排放”,無(wú)環(huán)境污染,使白炭黑的濃硫酸沉淀法工藝轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵣a(chǎn)工藝。本方法已申請(qǐng)國(guó)家專利,而且使用該方法的投資小,易于推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)創(chuàng)業(yè)聯(lián)盟.納米二氧化硅.

[2]中國(guó)橡膠資源網(wǎng).白炭黑.

[3]朱玉俊.彈性體的力學(xué)改性.北京科學(xué)技術(shù)出版社,1992.7.