[发明专利]用废硫酸和富含方英石膨润土碱提取废液联产白炭黑及硫酸钠的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机废弃物资源化利用技术。主要适用于利用废硫酸和富含方英石膨润土碱法分离提纯过程中得到的废液联产白炭黑及硫酸钠，实现变废为宝、清洁生产的目的。

背景技术

膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的非金属粘土矿物，所以又称蒙脱土。膨润土有较好的膨胀性、粘接性、吸附性、触变性、可塑性、润滑性和阳离子交换性等性能，是目前应用范围较广、经济价值较高的粘土矿物之一，已被广泛地应用于冶金、机械、石油、化工、医药、环境治理等领域，被称为“具有千种用途的粘土”。

我国膨润土矿预测资源量在70亿吨以上，占世界总量的60％。我国膨润土矿产资源虽然丰富，但大多数为钙基膨润土，性能优良的天然钠基膨润土储量不多而且普遍埋藏较深、开采困难。因此钙基膨润土的钠化改型是提高其应用价值和经济价值的有效途径之一。同时，由于膨润土在成矿过程中在多种因素相互作用下伴生一些其他的矿物如石英、长石、水云母、伊利石、绿泥石、褐铁矿、碳酸岩等，而这些杂质矿物的存在会严重影响膨润土的各种性能，因此在实际生产中必须对膨润土矿进行必要的提纯，而且膨润土的提纯除杂对于提高蒙脱土的粘度、吸附性、膨胀倍数、阳离子交换容量具有重要意义，因此膨润土的提纯和改型被认为是膨润土深加工研究的重中之重。

当蒙脱石中伴生一些方英石等结构、密度及粒度与蒙脱石十分接近的矿物时，这些矿物的提纯仅仅靠离心沉降或风选这样的传统的物理提纯方法是不可能实现的。实践证明，碱法提纯对于膨润土中方英石等矿物的去除是比较有效的方法。

中国发明专利CN101016157A公开了一种膨润土中方英石等矿物的去除方法。该方法使用0.5-3N的碱性溶液水热处理含有方英石的蒙脱石，经水洗、离心、烘干等步骤可以有效去除方英石，得到蒙脱石含量大于95％的提纯蒙脱石。中国发明专利CN102120587A公开了一种从富含方英石钙基膨润土矿制取高纯钠基蒙脱石、白炭黑及尺寸可控的纳米二氧化硅的方法。该方法以富含方英石的天然钙基膨润土为起点，主要由改型提纯、碱提取分离、高纯钠基膨润土制备、高纯白炭黑和尺寸可控的纳米二氧化硅制备等工序组成，最终得到的钠基膨润土纯度大于96％，白炭黑和纳米二氧化硅纯度大于99％，纳米二氧化硅尺寸可控制在52和68nm，四种产品性能优异。

碱法提纯对于去除膨润土中的方英石具有良好的效果，但是随之带来的污染问题(大量强碱性废液的排放)仍然严重制约其规模化生产。因此，采取切实可行的方法对富含方英石膨润土碱提取废液进行再利用是非常必要的。

白炭黑即非晶态二氧化硅，作为一种白色、无毒、无定型微细粉状物，具有多孔、高分散、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧和电绝缘性好等优异性能。白炭黑的生产方法主要可以分为干法和湿法两种。干法包括气相法和电弧法，湿法有沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、超重力反应法和水热合成法等。在这些方法中，又以气相法和沉淀法使用最多。其中，气相法生产的产品具有纯度高、分散度高、颗粒细小、表面羟基少等优点，但原料(SiCl₄)昂贵、设备要求高、工艺复杂的特点使得气相法仅用于少数特殊用途；沉淀法由于具有工艺简单、成本低、产量大、易于工业化生产等优点而被广泛使用。沉淀法的生产过程是硅酸钠溶液经酸化处理后以絮状结构沉淀生成疏松多孔的白炭黑SiO₂的过程，其反应式为：

Na₂SiO₃+2H⁺→H₂SO₃+2Na⁺(酸化反应)

H₂SO₃→SiO₂+H₂O(沉淀析出)