用稻壳,稻草,麦秸生产优质白炭黑的新技术

1、用稻壳，稻草，麦秸生产优质白炭黑的新技术法相比可太幅度降低，经侪效益和社会效益显着. 翘竺,型怕制为翼.1. 前言稻壳，稻草，麦秸中含有16%20%无定形二氧化硅，其他矿物杂质含量扳微。 是生产精细化工产品口炭黑的理想原料. 经过多年的努力,我们研究成功了一种 利用稻壳，稻草，麦秸为原料生产优质活性白 炭黑的新工艺J.与传统工艺相比,其特点 是：1）提取白炭黑的化学溶液可循环使用. 因此不消耗纯碱等化工原料：2）工艺所需全 部热能来自原料中有机物燃烧放热（或来自 有机物热解产物燃烧放热），不需外加燃料； 3）生产白炭黑的同时可得到大量具有活性 的炭粉.可进一步开发制成活性炭;4）无三 废排放.

2、不污染环境.生产成本可大幅度降 低,并可生产出优质产品.目前应用该新技 术己建立年产口炭黑1000吨的生产厂.产品 质量达到国内先进水平.2. 口炭黑制取方法2.1白炭黑制取原理自然界中的矿物型二氧化硅大多数是以 晶体形式存在，它们不能与碳酸钠水溶液发 生化学反应.而稻，麦等禾本科植物的炭化 物中含有50%无定形水舍二氧化硅，与晶体 二氧化硅性质差别甚大,利用这一特点，采用 碳酸钠溶液作为提取液与稻壳，麦等禾木科 植物的炭化物中的水台二氧化硅反应提取口 炭黑)，二氧化硅提取率达90%以上，且提 取液碳酸钠循环使用，不消耗.以稻壳为倒说明碳酸钠溶液提取炭化稻 壳中的水台二氧化硅机理如下;炭化稻壳

3、与 碳酸钠溶液混台后，碳酸钠水溶液发生水解， 产生OH 离子：c+H20HCO+OH (1)产生的OH 离子在温度较高时与炭化 稻壳中的水合二氧化硅反应，反应机理如图 1所示”).由图1可见.在OH 离子作用下，水台 二氧化硅的巨大的硅氧四而体网状结构被拆 裂变为简单的Si(OH);而溶解.由于碳酸钠水解是吸热反应，提高温度有利于水解的进行.OH 离子浓度增大;提高碳酸钠浓度,OH 离子浓度也随之增加.参加拔课题的同志还有王希才，许中.黄民.维眷等48硅酸盐通报1996年第3期实验表明，温度越高，碱浓度越大.水台二氧化硅的溶解度越大.如果降低温度,反应式（1）逆向进行,水台二氧化硅的溶解度降低

4、沉淀将析出.sj-ci-o,，一?o.6,0.H5叶髻拯一洲撒辨 Oi.O-&.-州图1在OH离子存在下水舍二氧化硅在水溶液中的溶解机理2.2自炭黑提取工艺口炭黑生产工艺流程如霉2所示.固一圆一E一圆圆一圜/（加热）.（控温冷却）1邀j 一圆一 f- 粉状产品1粉碎II喷雾干燥11J=二二 _ 一 j 沉捉一粒状产品一 1喷雾干燥造粒1+ J围2 口炭黑生产工艺施程1) 将稻壳在旋风式炭化炉中炭化，炭化例加入到反应釜中加热煮沸3 小时,炭化稻稻壳中水合二氧化硅台量在50%左右，其它壳中的水台二氧化硅被碳酸钠溶液溶解，其成份主要是固定炭,矿物杂质台量极微;反应可简单表示为：2) 将炭化稻

5、壳与碳酸钠溶液按一定比innnSi02?xI-I20+2mNa2CO+(mx)H2OrnN%O?nSi02+2mNaHCO3(2 )3) 将上述煮液用真空吸滤设备，滤掉炭硅沉淀析出，其反应可简单表示 为：渣，滤液在冷却过程中有大量的水合二氧化mNa20.nSO2+2mNaHCO,坚 nSiO2.xH2O+2mNa2co,+(mx)H2.(3)将沉淀出的水台二氧化硅经过滤,清洗，干燥，粉碎制成白炭黑.由(3)式可看出，沉淀析出后，滤液重新转变成碳酸钠溶液，可以重复使用.从煮液滤出的炭渣中固定炭台量高选90%以上.由于均匀分布的水台二氧化硅己 被碱液溶去.留下无数的微小孔隙，其比表面 可达700米

6、克，己具有一定活性.是活性炭 的初级产品.经简单的活化处理可制成优质 活性炭.49硅酸盐通报1996年第3期3. 工艺过程分析3.1原料的炭化处理研究表明,3.5吨稻壳经炭化处理，可得到1吨炭化稻壳其中水合二氧化硅含量为 50%左右.其它成份为固定炭及微量矿物朵 质.研究表明，稻壳，稻草中二氧化硅含量为1620%.稻壳炭化处理目的是去除有机挥 发份同时回收炭化时有机物燃烧或来自有机 物热解产物燃烧放热产生的高温烟道气用于 活性炭活化处理,反应釜加热及自炭黑烘干. 稻壳炭化应严格控制温度，炭化温度过 低,挥发份不能完全去除，在提取白炭黑时， 残存挥发份将溶于碱液中，使提取的自炭黑 色泽发黄.炭化

7、温度过高，炭化稻壳中的水 合二氧化硅将遭到破坏,影响其提取率.实 验表明，最适宜的炭化温度为500700C. 稻壳炭化过程中，在300450C时，将 有大量焦油气放出,必须及时排出，否则焦油 气进一步热解，将有大量油渣沉积在炭化稻 壳中，堵塞通道.使水合二氧化硅不能与碱液 接触,影响白炭黑的提取率.为此.实验研究 了多种不同炭化方式，最终采用了自行设计 的竖式旋风炭化炉制备炭化稻壳，其含炭量 在50%左右，水合二氧化硅含量50%左右， 其余杂质很少，完全满足了上述要求.且炭化 过程中有机物热解产物能够满足生产工艺所 需全部热量.3.2由炭化稻壳提取水合二氧化硅 实验结果表明，提取液碳酸钠浓度，

8、溶液 加热温度和溶煮时间均影响炭化稻壳中水合 二氧化硅的提取率.当碳酸钠溶液浓度大于 15%(t),常压100C时溶煮34小时炭化 稻壳中水合二氧化硅溶出率大于90%. 另外，实验还采用提取自炭黑后的滤液 反复用于提取炭化稻壳中的水合二氧化硅， 结果发现，由于滤液中己含有一定浓度的二 氧化硅，因此，滤液比起新配制的碳酸钠溶 液，自炭黑的收得率更高.3.3 口炭黑产品的制取将煮液过滤后通过降却器，迅速将滤液冷却到某一温厦，滤液中水合二氧化硅由于 过饱和度的产生而迅速析出大量沉淀，将沉 淀陈化一定时间后处理可得自炭黑.3.4炭渣的活化处理上述滤剩的炭渣清洗至中性后，测定其比表而约为700米2/克,

9、0.1克炭对015% 亚甲兰脱色能力为7.0毫升），己可视为活 性炭的初级产品.将上述炭渣装人自制的多管烟道气活化 炉中在850900C的温度下停留1820小 时后测其比表而为1400米克对0.15% 亚耳兰脱色能力大于14毫Y1-/0.1克.由于 原料是禾木科植物，含杂质很少.故所生产的 活性炭纯度高.3.5热能回收利用炭化炉提供的热能在本项生产工艺中综合利用情况如图3所示.I稻I排_旦圈圃.il2.C.圃烟气硅酸盐通报1996年第3期酸.薪技术实质上也是采用沉淀法生产白炭 黑，与传统方法不同之处是参加化学反应的 两种物质（硅酸钠和碳酸氢钠）在反应前就己 均匀混合分布于溶液中，因此，产品性能

10、调控 主要是在降温过程中实现的，由于这一特点， 薪方法易于制得结构均匀，性能稳定的产品. 口炭黑即无定形水台二氧化硅,其微观 结构十分复杂，分为原始粒子,二次粒子及三 次结构.由于原始粒子大小及其结构的不 同,性能相差较大，人们利用这一特点，制取 了各种性能的系列白炭黑产品.影响口嶷黑微观结构的主要因素是水台 二氧化硅从藩液中析出沉淀时的成核速度及 核的生长速度的相对大小.根据Beumaph 沉淀理论（可有以下关系式： rC u#=K(4)hu:(CS)A(5)U式中Um-新核的生成速度；U核的长大速度；D 溶液中SiO,?mH,O的浓度；S 一溶液温度为t时,Si02?mH2O的饱和浓度；K

11、 一比例系数；r卜扩散系数；a粒子表面扩散层的厚度；A 一粒子表面积.由式(4),(5)可知:在其他因素一定的条件下,U成棱,U长大主要取决于沉淀析出时的温度及溶液的过饱和度(CS)传统工艺是通过不同的加酸方式，控制终点DH值厦温度等参数来词控口炭黑的结 构，新工艺主要是控制煮液中水台二氧化硅 浓度及沉淀析出时的温度.研究表明.当溶液中水合二氧化硅浓度 较小或溶液温度较高时,导致过饱和度(C S)减少，由于晶核形成数目较少，粒子的生长 速度增大，得到的口炭黑产品原始粒径大，比 表而小，活性差;当溶液中水台二氧化硅浓度 较大或溶液温度较低时，过饱和度(CS)减 小，使晶核形成数量急剧增加，产生爆

12、炸性成 核，从而(CS)迅速降低，粒子生长速度减 慢，得到的产品原始粒径小，比表面大，但凝 胶性强.此类产品在橡胶中分散性不好;控制 溶液中水合二氧化硅浓度及溶液温度使过饱 和度(CS)适当，得到的产品原始粒径及比 表而适中且分散性良好.实验中，调节炭化稻壳与碳酸钠溶液的 相对配比，碳酸钠溶液浓度及溶煮时间可以 得到不同承台二氧化硅浓度的煮液，将此煮 液过滤并通过冷却器步或分步冷却降温即 可控制水台二氧化硅沉淀析出时的原始粒径 及其微观结构.研究表明:新工艺调节口炭黑性能的手 段灵活，易于实现，能够生产出与传统方法质 量及性能相同的多种系列口炭黑产品.5.结论1）稻壳，稻草，麦秸等禾木科植物的炭化物中的水台二氧化硅在常压下就能被炭酸 钠溶液煮溶，水台二氧化硅提取翠在90%以 上，而且碳酸钠提取液在制取白炭黑过程中