本發明專利技術涉及一種利用廢硫酸制備無鐵硫酸鋁和超細活性白炭黑的方法，本發明專利技術首先利用鋁土礦和氫氧化鈉反應的濾液制備超細活性白炭黑，濾渣再與廢硫酸制備無鐵硫酸鋁。利用酸性活性白土可脫除廢硫酸中的金屬離子，端硫代氨基甲酸鈉超支化聚（胺-胺）可進一步脫除硫酸鋁中的金屬離子，以獲得鐵含量低于10ppm的無鐵硫酸鋁。端乙烯基超支化有機硅烷將在二氧化硅表面形成一層有機的保護層，使二氧化硅容易分散，粒徑降低，比表面積提高，以獲得高二氧化硅含量和高檔次的白炭黑產品。本發明專利技術有效提高氧化鋁的轉化率，有效利用了廢酸和廢渣生產高附加值的白炭黑，有利于環境保護和資源的綜合利用，工藝簡單、成本低廉、附加值高、適于工業化生產。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無機材料
，具體地是涉及利用廢硫酸制備無鐵硫酸鋁的方法以及制備超細活性白炭黑的方法。
技術介紹
已知，無鐵硫酸鋁(行業標準是鐵含量小于50ppm)可以廣泛應用于高檔造紙、飲用水的凈水行業，具有較高的附加值，無鐵硫酸鋁的生產研究成為提高硫酸鋁附加值的有效途徑。硫酸鋁的一個嶄新的應用領域是鈦白粉領域，據統計，生產鈦白粉的過程中需要加入約5%的硫酸鋁作為包膜材料，能有效降低二氧化鈦表面的自由能，降低其團聚能力，提高二氧化鈦的分散性和檔次。二氧化鈦包膜用的硫酸鋁對其鐵含量有特殊的要求，目前要求鐵含量小于lOppm，鐵含量較高將影響鈦白粉的顏色和分散性能，常規無鐵硫酸鋁還無法達到應用于鈦白粉領域的要求。本申請專利技術人曾提出了一種利用雜質較少的白色鋁土礦廢渣制備無鐵硫酸鋁和活性白炭黑的方法(參見中國專利ZL200610035724.5)。與傳統的硫酸鋁的制備方法相比，該方法工藝簡單，成本低廉，環境污染小，可以獲得鐵含量低于15ppm適合鈦白粉專用的無鐵硫酸鋁和比表面積大于200m2/g、拉伸強度大于17.0MPa、附加值高的超細活性白炭黑。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供又一種無鐵硫酸鋁和超細活性白炭黑的制備方法，該方法不僅能夠獲得 鐵含量低于IOppm適于鈦白粉用的無鐵硫酸鋁，且所得超細活性白炭黑的比表面積和附加值更高，同時還能夠實現廢硫酸的資源再利用，生產成本更低。為解決以上問題，本專利技術采取如下技術方案:一種制備無鐵硫酸鋁和超細活性白炭黑的方法，其包括如下步驟:(I)將鋁土礦粉與氫氧化鈉水溶液混合，使鋁土礦粉中的二氧化硅與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉，反應完畢，過濾得到濾渣和濾液；(2)將步驟(1)所得濾渣與濃度30%~70%的稀硫酸混合，控制反應條件使濾渣與硫酸反應生成硫酸鋁，所述稀硫酸由廢硫酸經脫色和脫除金屬離子后配制而成或者由新的硫酸配制而成；(3)控制經過步驟(2)的反應體系的溫度為20~40°C，加入端硫代氨基甲酸鈉超支化聚(胺-胺)反應20~40分鐘，過濾，得到濾渣和濾液，濾液除水后即為無鐵硫酸鋁，所述的端硫代氨基甲酸鈉超支化聚(胺-胺)的投料質量是鋁土礦粉質量的0.2%~0.5% ；(4)向步驟⑴所得濾液中加入絮凝劑，過濾，所得濾液，即為硅酸鈉水溶液；(5)使步驟(4)所得硅酸鈉水溶液中的硅酸鈉與硫酸在活性粒子控制劑存在下發生反應生成二氧化硅，反應完畢后，過濾，水洗，干燥即得所述超細活性白炭黑，所述活性粒子為端乙烯基超支化有機硅烷。根據本專利技術的進一步實施方案:步驟(1)中，氫氧化鈉與鋁土礦粉的重量比為0.1~0.2:1,氫氧化鈉水溶液的濃度為30%~45%。優選地，步驟(1)反應條件如下:壓力1.5~2.0kgf/cm2、溫度100~140°C，時間2~4小時。優選地，步驟(1)中，濾渣用水洗2~3次，洗滌得到的液體一起并入濾液，每次水洗時水的質量用量是鋁土礦粉的重量的0.05~0.1倍。進一步地，步驟(2)中，所述廢硫酸為石油冶煉廠提供的棕褐色的廢硫酸，采用酸性活性白土對廢硫酸進行脫色和脫除金屬離子。具體地，酸性活性白土可以為市售的100~300目的粉末物質。將酸性活性白土裝入一根直徑約500mm、長約I米的填充柱中，將廢硫酸自上而下經過填充柱，即可得到無色的硫酸。優選地，步驟⑵反應條件如下:壓力.5~3.0kgf/cm2、溫度為140~210°C，時間6~8小時。進一步地，步驟(3)中，端硫代氨基甲酸鈉超支化聚(胺-胺)是超支化聚(胺-胺)與二硫化碳、氫氧化鈉進行加成反應的產物；超支化聚(胺-胺)是摩爾比為1:1.0~1.05的丙烯酸甲酯和二乙烯三胺在反應溫度為20~100°C的條件下反應6~10小時的產物。超支化聚(胺-胺)的數均分子量約為5000~7000g/mol。優選地，步驟(4)中，所述絮凝劑為聚丙烯酰胺。優選地，步驟( 5)中，調節所述娃酸鈉水溶液中二氧化娃的質量含量為7 %~10%，緩慢滴加質量濃度30%~60%的稀硫酸和活性粒子控制劑，在反應溫度40~80°C下反應0.5~3小時。優選地，步驟(5)中，所述端乙烯基超支化有機硅烷的數均分子量為1500~2500g/molο優選地,端乙烯基超支化有機硅烷的投料質量是招土礦粉質量的0.2%~0.5%。端乙烯基超支化有機硅烷的制備方法和分子結構可參見論文(RSCAdvances, 2013, 3(24):9522-9529)。優選地，步驟(5)中，水洗為水洗至濾液中利用氯化鋇水溶液檢測不到硫酸根為止。優選地，步驟(5)中，所述的干燥優選為在120~140°C的條件下干燥4~6小時。本專利技術方法的優點和有益效果如下:(I)本專利技術先用鋁土礦粉和堿反應制備硅酸鈉，有效提高了鋁土礦粉中氧化鋁的含量，有利于提高氧化鋁與硫酸反應的活性，提高氧化鋁的轉化率和無鐵硫酸鋁的產量，降低廢渣的排放量。(2)利用高分子量的端硫代氨基甲酸鈉超支化聚(胺-胺)脫除硫酸鋁中的鐵離子、銅離子，使制備的無鐵硫酸鋁的鐵含量降低至IOppm以下。(3)采用端乙烯基超支化有機硅烷作為活性粒子控制劑來原位改性白炭黑，有利于白炭黑的分散和提高與橡膠的相容性；同時活性粒子控制劑是一類含不飽和雙鍵的有機硅樹脂，可與橡膠進行交聯，提高橡膠的交聯密度和力學性能。(4)端乙烯基超支化有機硅烷在白炭黑表面形成一層有機的保護層，使白炭黑容易分散，粒徑降低，比表面積提高，白炭黑與橡膠、塑料等聚合物的相容性提高，有利于提高白炭黑的質量和附加值。(5)本專利技術可以有效利用廢硫酸，實現廢硫酸的資源再利用，有利于環境保護和資源的綜合利用；且具有工藝簡單、成本低廉、附加值高、適于工業化生產等優點。【具體實施方式】至今未見有利用鋁土礦和氫氧化鈉反應的濾液制備超細活性白炭黑，濾渣再與廢硫酸制備無鐵硫酸鋁的報道，這種新工藝的采用將有效提高氧化鋁的轉化率和無鐵硫酸鋁的產量。本專利技術利用酸性活性白土可脫除廢硫酸中的金屬離子，端硫代氨基甲酸鈉超支化聚(胺-胺)可進一步脫除硫酸鋁中的鐵離子、銅離子，以獲得鐵含量低于IOppm的無鐵硫酸鋁。在制備白炭黑過程中，端乙烯基超支化有機硅烷將在二氧化硅表面形成一層有機的保護層，使二氧化硅容易分散，粒徑降低，比表面積提高，以獲得高二氧化硅含量和高檔次的白炭黑產品。其次，本專利技術采用的粒子活性劑是含不飽和雙鍵的有機硅樹脂，可與橡膠進行交聯，提高橡膠的交聯密度和力學性能。下面結合具體的實施例對本專利技術方法做進一步說明，所用的沒有特殊說明的材料均為市售產品。濃硫酸為石油冶煉廠提供的棕褐色的廢硫酸經裝有酸性活性白土的填充柱處理得到。粒子活性劑為分子量2000g/mol的端乙烯基超支化有機硅烷(AHRSS-2)，其制備方法和分子結構見論文(RSC Advances, 2013, 3(24):9522-9529)。端硫代氨基甲酸鈉超支化聚(胺-胺)為超支化聚(胺-胺)與二硫化碳、氫氧化鈉進行加成反應的產物，一個具體的制備方法如下=Imol丙烯酸甲酯與1.02mol 二乙烯三胺加入到三口燒瓶中，控制反應溫度為45°C的條件下反應7小時，得到數均分子量約6000g/mol的超支化聚(胺-胺)。然后將溫度控制為室溫，緩慢加入2mol 二硫化碳和400g濃度本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種制備無鐵硫酸鋁和超細活性白炭黑的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)將鋁土礦粉與氫氧化鈉水溶液混合，使鋁土礦粉中的二氧化硅與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉，反應完畢，過濾得到濾渣和濾液；(2)將步驟(1)所得濾渣與濃度30％～70％的稀硫酸混合，控制反應條件使濾渣與硫酸反應生成硫酸鋁，所述稀硫酸由廢硫酸經脫色和脫除金屬離子后配制而成或者由新的硫酸配制而成；(3)控制經過步驟(2)的反應體系的溫度為20～40℃，加入端硫代氨基甲酸鈉超支化聚(胺?胺)反應20～40分鐘，過濾，得到濾渣和濾液，濾液除水后即為無鐵硫酸鋁，所述的端硫代氨基甲酸鈉超支化聚(胺?胺)的投料質量是鋁土礦粉質量的0.2％～0.5％；(4)向步驟(1)所得濾液中加入絮凝劑，過濾，所得濾液，即為硅酸鈉水溶液；(5)使步驟(4)所得硅酸鈉水溶液中的硅酸鈉與硫酸在活性粒子控制劑存在下發生反應生成二氧化硅，反應完畢后，過濾，水洗，干燥即得所述超細活性白炭黑，所述活性粒子為端乙烯基超支化有機硅烷。
【技術特征摘要】
1.一種制備無鐵硫酸鋁和超細活性白炭黑的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將鋁土礦粉與氫氧化鈉水溶液混合，使鋁土礦粉中的二氧化硅與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉，反應完畢，過濾得到濾渣和濾液； (2)將步驟(1)所得濾渣與濃度30%~70%的稀硫酸混合，控制反應條件使濾渣與硫酸反應生成硫酸鋁，所述稀硫酸由廢硫酸經脫色和脫除金屬離子后配制而成或者由新的硫酸配制而成； (3)控制經過步驟(2)的反應體系的溫度為20~40°C，加入端硫代氨基甲酸鈉超支化聚(胺-胺)反應20~40分鐘，過濾，得到濾渣和濾液，濾液除水后即為無鐵硫酸鋁，所述的端硫代氨基甲酸鈉超支化聚(胺-胺)的投料質量是鋁土礦粉質量的0.2%~0.5% ; (4)向步驟(1)所得濾液中加入絮凝劑，過濾，所得濾液，即為硅酸鈉水溶液； (5)使步驟(4)所得硅酸鈉水溶液中的硅酸鈉與硫酸在活性粒子控制劑存在下發生反應生成二氧化硅，反應完畢后，過濾，水洗，干燥即得所述超細活性白炭黑，所述活性粒子為端乙烯基超支化有機硅烷。2.根據權利要求1所述的制備無鐵硫酸鋁和超細活性白炭黑的方法，其特征在于，步驟(I)中，氫氧化鈉與鋁土礦粉的重量比為0.1~0.2:1，氫氧化鈉水溶液的濃度為30%~45%。3.根據權利要求1或2所述的制備無鐵硫酸鋁和超細活性白炭黑的方法，其特征在于，步驟(1)反應條件如下:壓力1.5~2.0kgf/cm2、溫度100~140°C，時間2~4小時。4.根據權利要求1所述的制備無鐵硫酸鋁和超細活性白炭黑的方法，其特征在于，步驟(I)中，濾渣用水洗2...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張道洪，唐彬海，
申請(專利權)人：杭州百事特實業有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33
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