[发明专利]一种用稻壳炭工业化生产磷酸硅的方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种用稻壳炭工业化生产磷酸硅的方法，属于热工与无机化工技术领域。

背景技术

稻壳炭是指稻壳碳化后的产物，主要成份为炭质与二氧化硅，且大部分是炭；稻壳灰是含杂质多而呈灰色的二氧化硅。目前，工业化生产磷酸硅主要是采用不可再生的矿物质硅藻土与磷酸反应而得到，一方面，硅藻土价格高、不可再生，受到资源的限制；另一方面，工艺及设备复杂，能耗高，造成磷酸硅价格太高而无法大量使用，同时，对环境造成很大的污染。自上世纪80年代发现稻壳中含有约15％(重量比)的二氧化硅(SiO₂)以后，有人在进行用稻壳制备磷酸硅的研究；如哈尔滨师范大学王刚等采用将稻壳直接烧成稻壳灰(含二氧化硅90％以上的灰色粉末)直接与磷酸反应制取磷酸硅；又如本发明人申请的发明专利：CN200910043786.4“稻壳综合利用制取活性炭和稻壳焦油并联产水玻璃或磷酸硅的方法”；上述方法均由于其无法将稻壳中的SiO₂或Si与炭进行有效分离，而导致其综合成本高、资源浪费严重；因为即使将稻壳烧到500～700℃，也很难将SiO₂或Si从炭质体中彻底分离；若用高温将稻壳中的炭烧掉而剩下SiO₂，一则浪费了炭，使SiO₂成本太高而不合算；二则污染了环境；三则SiO₂在超过760℃时，将由活性无定型态(能与酸、碱产生化学反应生成新的物质)向非活性定型态转变，经高温烘后的SiO₂也就不能再与酸、碱产生反应生成磷酸硅了。

为了解决这个问题，公开号CN1203887A<超高比表面积活性炭的制备>专利，采用了将稻壳碳化物与碱性活化剂按1∶2～5(重量比)混合，进行预处理后升温活化-冷却-磨粉，用水浸泡，洗涤至中性，干燥即成。此法只能用于实验室的小试，不能用于中试或试生产，更不能用于大规模生产。主要原因有五：其一，稻壳炭化后成了炭粉，即使不再磨碎，其中也有大量的微小炭粒(即粉尘)，将其与固态碱混合后投入到能连续进料与出料的活化炉内的过程中，当炉温超过炭粉的自燃点(约250℃时)，便会立即自燃或被火星引燃而爆炸(即粉尘爆炸)，这是很危险的。如果将预处理后的炭粉在密闭炉或金属容器内活化，则密闭炉难于建造(甚至无法密封)；金属容器也耐不住900℃以上高温的长期闷烧(尤其是在高浓度强碱条件下)，即使能做到这一点，也会因加热与冷却时间太长而不能连续生产，因而产量低、成本高，而不合算。其二，固态炭粉与固态碱性物(如KOH、NaOH)混合时，难于均匀，因而使活化效果(主要是SiO₂与碱性物反应的效果及生成物与炭分离的效果)很差，致使活性炭吸附值低和水玻璃质量低、产量低而失去市场竞争力。其三，碱性物太多，致使活化设备极易腐蚀损坏(特别是在高温时)，也极不安全。其四，浓度这么高的碱性气体(如NaOH的熔点为318.4℃，超过此温度就容易产生NaOH气体)，极易污染环境(空气、水、土壤)，这是严格禁止的。其五，要消耗这么多碱性物，设备又易损坏，更易污染环境，这种产品的经济效益和环保效益就得不偿失了。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单合理、操作方便，稻壳炭中的炭与硅元素分离率高的用稻壳炭工业化生产磷酸硅的方法。

本发明一种用稻壳炭工业化生产磷酸硅的方法，包括下述步骤：

第一步：将稻壳加热至550～580℃闷烧、炭化，得到稻壳炭；

第二步：将第一步所得稻壳炭加入到重量是所述稻壳炭重量的2～2.5倍、浓度为20～25％的磷酸溶液中，加热至135～140℃，反应4～5小时，将反应后得到的固液混合料过滤，滤液即为磷酸硅溶液，滤渣即为初档活性炭；

第三步：将第二步所得的初档活性炭密封包装后置于活化炉内进行活化，活化温度为680～720℃，活化时间为20～30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、清水浸泡后泵入反应釜，利用第二步存留在初档活性炭中的磷酸与初档活性炭中的二氧化硅进行反应，反应温度为110～120℃，反应时间为2～3小时，反应完成后将釜内料进行固液分离，滤液即为磷酸硅溶液，滤渣即为中档活性炭；

第四步：将第三步所得中档活性炭，干燥后，用浓度为5～7％的磷酸水溶液湿润，密封包装，然后置于活化炉内进行活化，活化温度为800～840℃，活化时间为20～30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、浸泡在水中并泵入反应釜，加热至120～140℃，反应3～4小时，然后，将釜内料进行固液分离，滤液即为磷酸硅溶液，滤渣即为中高档活性炭；