杨惠弟1 吕鸿良2(1.太原工业学院山西太原030008;2.山西省化工设计院山西太原030024)
随着我国化学工业及其它工业的快速发展,白炭黑市场需求量逐年增加,其应用范围在进一步扩大,除用于传统的制鞋、橡胶、制药的添加剂外,现正向用于油漆、涂料、塑料、农药、牙膏、造纸等行业的促进剂和改进剂方面扩展,特别是牙膏专用白炭黑、高透明白炭黑等高附加值的产品发展很快,在国内供不应求。
目前,国内外白炭黑的生产方法主要是气相法和沉淀法。由于气相法工艺复杂,设备投资大,原料来源受限制且成本高,大规模生产具有相当的难度,故其产量仅为白炭黑总产量的10%左右[1]。沉淀法在现有技术中,生产过程中的低浓度洗涤废水没有理想的处理方法,一些厂家为了逃避环保部门的检查,常用大量的清水稀释后直接排放,造成了环境污染。为了解决这一问题,在此提供一种投资少、无环境污染的低浓度洗涤废水的处理方法。
1白炭黑及其生产方法
1.1白炭黑及其性质
白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称[2],主要指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶,也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质,质轻,比重2.319～2.652,熔点1750℃。其组成可用SiO2·nH2O表示,其中nH2O是以表面羟基的形式存在。
能溶于苛性碱和氢氟酸,不溶于水、溶剂和普通酸,化学性质稳定,耐高温,不燃,无味,无嗅,具有良好的电绝缘性。
1.2白炭黑的生产方法
1.2.1分类白炭黑按生产方法大体分
为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。气相法白炭黑是以四氯化硅为原料,通入氢气和空气在1000℃～1200℃反应制得[3]。气相法白炭黑在常态下为白色无定形絮状半透明固体胶状纳米粒子,粒径可达10～20nm,有巨大的比表面积(100～400m2/g),产品纯度可达99%;沉淀法白炭黑又分为传统沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑,前者是以硫酸、盐酸、二氧化碳与水玻璃为基本原料生产的二氧化硅,后者是指采用超重力技术、溶胶-凝胶法、化学晶体法、二次结晶法或反相胶束微乳液法等特殊方法生产的二氧化硅。
1.2.2硫酸沉淀法硫酸沉淀法是目前
国内外生产白炭黑的主要方法。硫酸沉淀法是以泡花碱(水玻璃)为原料,用硫酸酸化生成硅酸,再分解而制得沉淀二氧化硅,SiO2≥90%。方法步骤如下:将纯碱和石英砂按一定比例均匀混合,在1400℃～1500℃范围内进行熔融反应,熔融物经水淬冷却形成玻璃料,再经加热溶解、过滤、加水稀释,配制成一定浓度的水玻璃溶液,然后在一定的浓度、温度、PH值等条件下和浓硫酸按一定比例一起加入反应器进行反应,生成白炭黑沉淀物。反应器出来的粗料浆经压滤机进行过滤,分离出高浓度的硫酸钠母液,母液送Na2SO4回收工段,得到副产品硫酸钠。滤饼用水进行洗涤,洗去其中大量的硫酸钠,然后用压缩空气吹除滤饼中部分水分,将滤饼在液化器中经高速搅拌液化成糊状料浆,最后在喷雾干燥器中进行干燥,得到产品白炭黑。
2白炭黑生产过程中洗涤废水的处理
沉淀法白炭黑生产过程中产生两股废水。一股废水为压滤机母液,其中所含硫酸钠的浓度在6%以上,这股废水可直接送入回收工段;另一股废水及白炭黑粗料洗涤废水,其中所含硫酸钠的浓度约1%左右。我们对白炭黑生产过程中产生的低浓度洗涤废水进行回收利用,不排放。在系统中实行循环洗涤,逐级提高其浓度,直至含Na2SO4的浓度达到6%,再送入回收工段进行回收。具体步骤为:
①生产过程中第一批白炭黑粗料用清水洗涤,洗涤废水按照硫酸钠浓度的大小依次放入1号池、2号池、3号池、4号池。
②第二批白炭黑粗料先用浓度较大的1号池废水进行洗涤,在线分析监测洗涤废水中硫酸钠的浓度达到6%后,将1号池的废水排入硫酸钠浓度为6%的母液池中,1号池清空;再用2号池中的废水对白炭黑粗料进行洗涤,当在线监测洗涤废水中硫酸钠的浓度达到1号池的浓度时,将2号池中的废水排入1号池,2号池清空;再用3号池的废水对白炭黑粗料进行洗涤,当在线监测洗涤废水中硫酸钠的浓度达到2号池的浓度时,将3号池中的废水排入2号池,3号池清空;再用4号池的废水对白炭黑粗料进行洗涤,当在线监测洗涤废水中硫酸钠的浓度达到3号池的浓度时,将4号池中的废水排入3号池,4号池清空;最后用清水对白炭黑粗料进行洗涤,洗涤废水排入4号池。
③以后各批白炭黑粗料洗涤过程与第二批相同。
④硫酸钠浓度达6%的洗涤废水,经过蒸发、浓缩、结晶,回收硫酸钠副产品。总之,洗涤废水在系统中闭路循环,逐级提浓,直至废水中硫酸钠浓度达到6%后,循环停止,然后送入硫酸钠回收工段和压滤机母液混合,再进行蒸发、浓缩、结晶,回收硫酸钠副产品。
3结论
本方法与现有技术相比,废水基本实现了“零排放”,无环境污染,使白炭黑的浓硫酸沉淀法工艺转变为清洁生产工艺。本方法已申请国家专利,而且使用该方法的投资小,易于推广。
参考文献
[1]中国创业联盟.纳米二氧化硅.
[2]中国橡胶资源网.白炭黑.
[3]朱玉俊.弹性体的力学改性.北京科学技术出版社,1992.7.
