[发明专利]一种利用蛇纹石制备水玻璃和白炭黑的方法

说明书

本发明属于固废资源化利用领域，具体涉及利用蛇纹石酸浸渣制备水玻璃以及白炭黑的方法，本发明经过研究发现，通过湿法磁选、逆流酸洗以及活性炭‑石英砂两级过滤工艺以及条件的协同，能够有效实现铁杂质和水玻璃的分离，明显改善水玻璃的质量。此外，进一步通过四段酸化处理，能够获得高质量的白炭黑。

技术领域

本发明涉及固废资源化利用领域，具体涉及利用蛇纹石制备高质量水玻璃和白炭黑方法。

背景技术

蛇纹石(3MgO·2SiO₂·2H₂O)是由超基岩水热蚀变形成的含镁硅酸盐矿物,其主要成分为氧化镁和二氧化硅，另外还伴生有一定量的铁、镍、钴等有价元素。我国蛇纹石资源非常丰富，现有已探明储量超过50亿吨，但其开发利用尚处于初级阶段，主要用作钙镁磷肥的原料，少量用作耐火材料、土壤改良和建筑材料的原料，造成了矿产资源的极大浪费。

蛇纹石酸浸渣是指蛇纹石经过无机或有机酸浸提镁后的残渣，其主要成分为无定型二氧化硅，还有少量的镁铁橄榄石、滑石、铬铁矿、磁铁矿、石英等组分。在酸性介质中，蛇纹石1:1型的层状结构可被破坏，镁、铁、镍等可溶性成分进入溶液，硅变成了具有骨架结构的多孔性、易反应性的二氧化硅，再经过洗涤、干燥、粉碎处理后，具有质轻，疏松多孔、比表面大等特点，为以酸浸渣为原料制备水玻璃和沉淀白炭黑提供了良好的基础。

水玻璃，又称硅酸钠、泡花碱，是一种可溶性的无机硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃，是一种黏合剂。其化学式为R₂O·nSiO₂，式中R₂O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的模数。模数显示了水玻璃的组成，是水玻璃的重要参数，一般在1.5-3.5之间。

水玻璃作为一种重要的化工原料，用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。优质水玻璃是外观呈无色或青灰色的透明粘稠液体，但由于不同原料中的杂质含量不同，导致市场上的水玻璃产品中铁含量往往超标。水玻璃溶液中的铁铝等杂质会严重影响产品的质量和色度，特别是铁含量过高会导致下游产品颜色不佳，如白炭黑产品白度不高、颜色偏红等。因此，降低水玻璃溶液中的杂质铁含量是非常重要的。

白炭黑是白色的无定形微细粉末状物质，分子式为SiO₂·nH₂O，俗称水合二氧化硅、沉淀二氧化硅、活性二氧化硅。因其具有比表面积大、耐高温和化学性能稳定等一系列的优良性能，在橡胶、塑料、农药、油墨、造纸、制药、日用化学品等多个领域有着广泛用途。尤其是橡胶行业,白炭黑以其优越的补强性能和透明性成为炭黑的替代品,用量占总产量的75％以上。

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。沉淀法是指以盐酸、硫酸、二氧化碳与水玻璃为基本原料，生产二氧化硅。目前，国内外工业化生产白炭黑的主要方法是沉淀法。沉淀法制备白炭黑,工艺、设备简单、生产成本低，但存在产品粒径大、颗粒不易控制、纯度较低等问题。气相法是将卤代硅烷(四氯化硅、甲基三氯硅烷等)在高温火焰中水解而生成的非晶质二氧化硅。气相法制得的产品分散性高，颗粒细小，不含盐类，但工艺条件苛刻，消耗能源大，产品价格昂贵，使得其在工业生产中受到限制。

沉淀法生产最关键的步骤是要先制备低铁含量的高纯水玻璃。目前，虽然有利用蛇纹石酸浸渣制备白炭黑的方法公开，但是并没有对整体生产工艺中的各个重要参数研究，均存在水玻璃铁含量超标，白炭黑产品纯度低、白度不够、粒径粗大、易于团聚等问题。

因此，利用蛇纹石酸浸渣生产低铁水玻璃和高纯白炭黑的工艺亟待提高与完善。

发明内容

针对现有蛇纹石酸浸渣制得的水玻璃产品质量不高的问题，本发明第一目的在于提供一种利用蛇纹石酸浸渣联产低铁水玻璃的方法，旨在深度脱除其中的铁杂质，获得低铁含量的高质量水玻璃。

本发明第二目的在于，提供利用蛇纹石酸浸渣制备低铁水玻璃并联产高质量白炭黑的方法。