楊惠弟1 呂鴻良2(1.太原工業學院山西太原030008;2.山西省化工設計院山西太原030024)
隨著我國化學工業及其它工業的快速發展,白炭黑市場需求量逐年增加,其應用范圍在進一步擴大,除用于傳統的制鞋、橡膠、制藥的添加劑外,現正向用于油漆、涂料、塑料、農藥、牙膏、造紙等行業的促進劑和改進劑方面擴展,特別是牙膏專用白炭黑、高透明白炭黑等高附加值的產品發展很快,在國內供不應求。
目前,國內外白炭黑的生產方法主要是氣相法和沉淀法。由于氣相法工藝復雜,設備投資大,原料來源受限制且成本高,大規模生產具有相當的難度,故其產量僅為白炭黑總產量的10%左右[1]。沉淀法在現有技術中,生產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保部門的檢查,常用大量的清水稀釋后直接排放,造成了環境污染。為了解決這一問題,在此提供一種投資少、無環境污染的低濃度洗滌廢水的處理方法。
1白炭黑及其生產方法
1.1白炭黑及其性質
白炭黑是白色粉末狀X-射線無定形硅酸和硅酸鹽產品的總稱[2],主要指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅、超細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,質輕,比重2.319～2.652,熔點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,化學性質穩定,耐高溫,不燃,無味,無嗅,具有良好的電絕緣性。
1.2白炭黑的生產方法
1.2.1分類白炭黑按生產方法大體分
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℃反應制得[3]。氣相法白炭黑在常態下為白色無定形絮狀半透明固體膠狀納米粒子,粒徑可達10～20nm,有巨大的比表面積(100～400m2/g),產品純度可達99%;沉淀法白炭黑又分為傳統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的二氧化硅,后者是指采用超重力技術、溶膠-凝膠法、化學晶體法、二次結晶法或反相膠束微乳液法等特殊方法生產的二氧化硅。
1.2.2硫酸沉淀法硫酸沉淀法是目前
國內外生產白炭黑的主要方法。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℃范圍內進行熔融反應,熔融物經水淬冷卻形成玻璃料,再經加熱溶解、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器進行反應,生成白炭黑沉淀物。反應器出來的粗料漿經壓濾機進行過濾,分離出高濃度的硫酸鈉母液,母液送Na2SO4回收工段,得到副產品硫酸鈉。濾餅用水進行洗滌,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高速攪拌液化成糊狀料漿,最后在噴霧干燥器中進行干燥,得到產品白炭黑。
2白炭黑生產過程中洗滌廢水的處理
沉淀法白炭黑生產過程中產生兩股廢水。一股廢水為壓濾機母液,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。我們對白炭黑生產過程中產生的低濃度洗滌廢水進行回收利用,不排放。在系統中實行循環洗滌,逐級提高其濃度,直至含Na2SO4的濃度達到6%,再送入回收工段進行回收。具體步驟為:
①生產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號池、2號池、3號池、4號池。
②第二批白炭黑粗料先用濃度較大的1號池廢水進行洗滌,在線分析監測洗滌廢水中硫酸鈉的濃度達到6%后,將1號池的廢水排入硫酸鈉濃度為6%的母液池中,1號池清空;再用2號池中的廢水對白炭黑粗料進行洗滌,當在線監測洗滌廢水中硫酸鈉的濃度達到1號池的濃度時,將2號池中的廢水排入1號池,2號池清空;再用3號池的廢水對白炭黑粗料進行洗滌,當在線監測洗滌廢水中硫酸鈉的濃度達到2號池的濃度時,將3號池中的廢水排入2號池,3號池清空;再用4號池的廢水對白炭黑粗料進行洗滌,當在線監測洗滌廢水中硫酸鈉的濃度達到3號池的濃度時,將4號池中的廢水排入3號池,4號池清空;最后用清水對白炭黑粗料進行洗滌,洗滌廢水排入4號池。
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6%的洗滌廢水,經過蒸發、濃縮、結晶,回收硫酸鈉副產品。總之,洗滌廢水在系統中閉路循環,逐級提濃,直至廢水中硫酸鈉濃度達到6%后,循環停止,然后送入硫酸鈉回收工段和壓濾機母液混合,再進行蒸發、濃縮、結晶,回收硫酸鈉副產品。
3結論
本方法與現有技術相比,廢水基本實現了“零排放”,無環境污染,使白炭黑的濃硫酸沉淀法工藝轉變為清潔生產工藝。本方法已申請國家專利,而且使用該方法的投資小,易于推廣。
參考文獻
[1]中國創業聯盟.納米二氧化硅.
[2]中國橡膠資源網.白炭黑.
[3]朱玉俊.彈性體的力學改性.北京科學技術出版社,1992.7.
