[发明专利]一种综合利用微硅粉制备白炭黑联产纳米碳酸钙的方法

说明书

技术领域

本发明属于硅铁合金工业废弃资源与工业窑气二氧化碳综合利用技术领域，特别涉及一种综合利用微硅粉制备白炭黑联产纳米碳酸钙的方法。

背景技术

硅铁合金和工业硅生产过程中，在矿热电炉内产生的大量挥发性很强的SiO和Si气体被空气迅速氧化并冷凝而成大量含硅工业粉尘，称为微硅粉。微硅粉中非晶态SiO₂含量一般可达85％～96％，粒径约为0.3μm，具有很强的化学活性。微硅粉可以作为水泥原料，还可用作橡胶、树脂和其它有机化合物的填充材料。目前，由于市场容量较小，国内企业回收的微硅粉很难销售出去。大部分企业只能将硅铁炉产生的微硅粉随意堆放，既占用大量的场地、增加成本，还会扬尘造成二次污染。因此微硅粉的资源化综合利用是迫切需要解决的问题。

白炭黑(SiO₂·nH₂O)又名水合二氧化硅，具有特殊的絮状结构和准颗粒形态，是一种重要的化工原料，主要作为补强剂用于橡胶行业，此外在塑料、农药、油漆、制药、造纸、日用化学品等各个领域有着广泛应用前景。

白炭黑的生产主要以工业水玻璃为原料，水玻璃原料在白炭黑生产成本占相当大的一部分。近年来，为了降低白炭黑生产成本，国内企业一直寻求理想的制备白炭黑硅源。

采用生物质原料如硅藻(如专利CN201010200143.9)、生物质发电厂废弃物(如专利CN200710053717.2)和稻壳灰(如专利CN201010162142.X)为硅源制备二氧化硅气凝胶、白炭黑的技术发展十分迅速；利用粉煤灰(如专利CN200610112749.0、CN200610012780.7)等工业废渣生产氧化铝联产白炭黑已经成为了废弃物资源化利用的重要途径；开展油页岩(专利CN200710011972.0)、铝土矿(专利CN200610035724.5)、石棉尾矿(专利CN200610140458.2)等非金属矿生产氧化铝、硫酸铝、纳米氢氧化镁联产白炭黑已成为资源综合利用的重要发展方向。

近年来，人们对高值化利用微硅粉制备白炭黑作了一些有益的尝试。专利CN200810115334.8公开了一种用微硅粉制备复合白炭黑的方法。该方法是将微硅粉活化、除杂、分散、调整表面电荷后在其表面包覆二氧化硅制备具有核-壳结构的复合白炭黑的材料。这种白灰黑制备方法工艺复杂、白炭黑表面结构和粒径难以控制，很难获得高性能的白炭黑。专利CN200710018635.4也公开了一种从硅灰中提高二氧化硅含量及生产白炭黑的方法。该方法是通过干式磁选将二氧化硅含量低于85％的微硅粉进行酸洗处理，对磁性微硅粉酸洗后通过烘干和煅烧，进一步进行漂白处理，即得白炭黑。这种方法生产的白炭黑的比表面积、吸油值、白度都很难保证。目前，利用微硅粉制备高质量白炭黑的技术十分有限。

白炭黑的制备一般是水玻璃通过硫酸(或盐酸、硝酸)的酸化湿法沉淀工艺进行制备。二氧化碳与水玻璃凝胶化反应可以制备白炭黑：

Na₂SiO₃(l)+CO₂(g)+H₂O(l)→Na₂CO₃(l)+H₂SiO₃(l)，(1)

H₂SiO₃(l)+(n-1)H₂O(l)→SiO₂·nH₂O(s)↓.        (2)

二氧化碳是典型的温室气体，冶金、化工、电力行业的工业窑炉燃烧后产生二氧化碳废气几乎全部排入大气，给生态环境带来严重破坏，引发频繁的自然灾害；通过CO₂沉淀法制备硅凝胶型白炭黑是二氧化碳资源化利用、减少温室气体排放的有效途径。专利CN2010101621430.X公开了稻壳灰通过氢氧化钠溶液加热分解制成硅酸钠，硅酸钠溶液再经碳化析出二氧化硅的方法，专利CN00132275.3采用超重力反应器强化碳化反应制备纳米白炭黑的过程，专利CN200710062197.1、CN200910175259.9分别公开了一种通过二次碳化反应的，分级调节碳化过程的pH值制得白炭黑。