[发明专利]高值化利用硅胶固废制备纳米二氧化硅的方法及装置

说明书

本发明公开了一种高值化利用硅胶固废制备纳米二氧化硅的方法及装置，所述制备方法包括(Ⅰ)反应液的配置；(Ⅱ)碱解反应；(Ⅲ)双水解反应；(Ⅳ)焙烧处理；装置包括壳体、固定于壳体内部的定子及与定子咬合的转子；转子套设于转轴上，转轴下端设置精磨转子，且与驱动机构的驱动轴连接。本发明操作简单、工艺流程短，易于批量稳定化生产；同时设备简单，制备纳米二氧化硅的成本低、能耗小、具有较好的产业化前景，为硅胶固废的高值化转化制备纳米二氧化硅提供了重要途径。

技术领域

本发明属于二氧化硅制备领域，具体涉及一种高值化利用硅胶固废制备纳米二氧化硅的方法及装置。

背景技术

我国磷矿资源中常伴生3％～4％的氟，湿法磷酸及磷肥生产过程中会副产大量的氟硅酸，磷肥副产氟硅酸中蕴含的氟资源约占到自然界氟储量的 90％。国内主要磷化工企业大都通过将磷肥副产的氟硅酸转化成氟化氢或氟化钾而实现氟资源的综合利用。

以氟化钾的制备为例，以氟硅酸为氟源生产氟化钾的方式主要有两种：一种是氟硅酸与氯化钾反应得到氟硅酸钾，通过氟硅酸钾热解制备氟化钾，另一种是氟硅酸钾与氢氧化钾反应制备氟化钾并副产二氧化硅。前者因能耗高，工艺复杂，不利于实际工业生产；后者温和可控、成本低廉被诸多企业广泛采用。

专利(CN 111762799 A)公开了一种利用氟硅酸钾生产氟化钾时通过碱解过程中自产硅凝胶晶种联产优质白炭黑的工艺，首先将部分氟硅酸钾与氢氧化钾原料在一定的反应条件下制得硅凝胶晶种，在加入剩余原料的同时控制反应条件，在自产硅凝胶晶种的作用下控制二氧化硅粒子的形成与沉淀，得到符合国家标准的白炭黑产品。专利(CN103112873 B)公开了一种用氟硅酸钾制备高纯氟化钾联产白炭黑的方法，利用氨水和氟硅酸钾进行氨解反应得到氟化铵、氟化钾和固体二氧化硅。上述专利均重点关注如何解决粗品氟硅酸钾开发利用制备高纯氟化钾的问题，且目前已有的专利和文章大都止步于利用氟硅酸钾制备氟化钾并联产低端白炭黑产品，而未提及或实现对白炭黑产品的粒径大小、比表面积等的控制合成，得到高端纳米二氧化硅。

氟硅酸钾碱解制备氟化钾的过程中副产的二氧化硅，往往因为氟含量高、纯度低、粒度不规整等原因无法满足实际应用需求而被长期堆放成为硅胶固废，不仅给企业带来巨大的安全存储压力，还造成了严重的环境污染问题。因此，如何将硅胶固废资源化、高值化转化为高端纳米二氧化硅并应用于橡胶、塑料、农药、造纸、日化等领域，不仅有利于提高磷化工和氟化工产品的市场竞争力，也符合国家循环经济发展和节能环保的相关政策，对于经济发展和节能环保双重利好。

目前对于硅胶固废的利用主要是在浓的碱溶液中将硅胶固废碱解转化为可溶性的硅酸盐，经过滤除杂后，将硅酸盐酸化处理成硅酸，硅酸脱水后得到含水二氧化硅，再经焙烧处理得到纳米二氧化硅产品。由于硅胶固废碱解及碱解产物硅酸盐的酸化处理过程均为慢反应，在传统的釜式反应器中进行时，反应过程中生成的硅酸盐、硅酸等容易包覆和沉积在硅胶颗粒表面，且釜式反应器过大的反应空间容易造成反应器内局部浓度和质量分布不均，混合和反应不够充分，最终导致二氧化硅产品粒径大、粒径分布不均、杂质含量高等问题，难以获得高质量的纳米二氧化硅。

发明内容

本发明是为了克服现有高值化利用硅胶固废的方法存在的不足和缺点而提出的，其目的是提供一种高值化利用硅胶固废制备纳米二氧化硅的方法及装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高值化利用硅胶固废制备纳米二氧化硅的方法，包括以下步骤：

(Ⅰ)反应液的配置

将硅胶固废分散在溶液中形成稳定的硅胶固废悬浊液；将碱溶于溶液中形成碱溶液；将氯化铵溶于溶液中形成澄清的氯化铵盐溶液；

(Ⅱ)碱解反应

将步骤(Ⅰ)所得硅胶固废悬浊液和碱溶液同步加入到多级限域旋混反应装置中，将硅胶快速碱解，经过滤除去不溶物得到硅酸盐溶液；