способ получения высокодисперсного диоксида кремния

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО ДИОКСИДА КРЕМНИЯ, включающий двухстадийное смешение кремнефторсодержащего раствора с аммиачной водой, взятой на первой стадии, которую проводят при распылении, в количестве 50 - 90 мас.% от ее общего количества, перемешивание полученной суспензии, фильтрацию, промывку и сушку осадка, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной поверхности продукта при сохранении его высокой фильтрующей способности, на первой стадии распыляют кремнефторсодержащий раствор при величине критерия Вебера (0,005 - 2) 10⁴ в поток аммиачной воды, на второй стадии оставшуюся аммиачную воду подают в поток образовавшейся на первой стадии суспензии при объемном отношении суспензия : аммиачная вода 3,4 - 280.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения высокодисперсного диоксида кремния, применяемого в качестве минерального наполнителя в шинной, резинотехнической и других отраслях промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения диоксида кремния, включающий двухстадийное смешение осветленного кремнефторсодержащего раствора с аммиачной водой с использованием 50-90% аммиачной воды на первой стадии, перемешивание, фильтрацию и последующую обработку осадка. На обеих стадиях используют охлажденную до 0-5^оС аммиачную воду. Предусмотрено смешение на первой стадии путем распыления аммиачной воды. На второй стадии остаток аммиачной воды подают в реактор одновременно с образованной на первой стадии суспензией. Соотношение объемов суспензии и второй порции аммиачной воды не регламентируется.

Этот способ предусматривает проведение обеих стадий в емкостях-реакторах. Удельная поверхность осадка составляет 116 м²/г по абсорбции фенола. Коэффициент фильтрации по экспериментальным данным К_ф=13 ^.10^-6 см/с.

Проведение первой стадии путем распыления аммиачной воды в кремнефторсодержащий раствор в емкости не обеспечивает высоких значений удельной поверхности осадка, так как поверхность контакта исходных растворов в этом случае очень низкая.

Использование охлажденной аммиачной воды требует дополнительных затрат на ее охлаждение.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества удельной поверхности продукта при сохранении его фильтрующих свойств.

Цель достигается тем, что в способе получения высокодисперсного диоксида кремния, включающем двухстадийное смешение кремнефторсодержащего раствора с аммиачной водой с использованием 50-90% аммиачной воды на первой стадии, перемешивание, фильтрацию и последующую обработку осадка, первую стадию смешения проводят путем распыления кремнефторсодержащего раствора в поток аммиачной воды при критерии Вебера We=(0,005-2) ^. 10⁴, а вторую стадию - путем подачи аммиачной воды в поток суспензии, образовавшейся на первой стадии, при объемном соотношении суспензия : аммиачная вода, равном 3,4 - 280.

Распыление кремнефторсодержащего раствора в поток аммиачной воды на первой стадии позволяет добиться равномерного пересыщения в растворе диоксидом кремния и формирования осадка с высокой удельной поверхностью. Осаждение остального количества диоксида кремния на второй стадии происходит в присутствии и на поверхности образовавшихся на первой стадии частиц SiO₂. Таким образом формируется легкофильтруемый осадок с достаточно развитой удельной поверхностью. Проведение второй стадии в потоке позволяет достаточно быстро смешать поток суспензии и аммиачной воды и сохранить удельную поверхность осадка. При использовании реактора на второй стадии удельная поверхность резко снижается.

Способ реализуется следующим образом. На первой стадии смешивают в потоке раствор кремнефтористоводородной кислоты и аммиачной воды до рН 7 (70% от общего объема аммиачной воды), используют раствор кремнефтористоводородной кислоты концентрацией 20%, аммиачную воду концентрацией 25%. Распыление кислоты проводят, например, при We=100. Полученная суспензия подается в реактор с мешалкой, туда же насосом подается рециркуляционный поток этой суспензии. В рециркуляционный поток суспензии подается остальной объем аммиачной воды (30% от общего количества), причем объемное соотношение суспензия : аммиачная вода поддерживают равным 27. Полученную суспензию выдерживают при перемешивании в течение 1 ч (время регламентируется объемом реактора) и подают на фильтрацию, которую осуществляют на фильтр-прессе под давлением 6 атм. Полученный осадок промывают на фильтре подогретой водой в соотношении 30 т воды на 1 т сухого осадка. Полученную лепешку высушивают при 140^оС. Удельная поверхность осадка составляет 210 м²/г, коэффициент фильтрации К_ф=6 ^. 10^-6.

Величины критерия Вебера на первой ступени и объемного соотношения суспензии и аммиачной воды на второй стадии подобраны экспериментально (см. таблицу).

Поддержание критерия Вебера в выбранном интервале обуславливает получение осадка с высокой удельной поверхностью (увеличение критерия Вебера больше 2 ^. 10⁴ нецелесообразно, так как обуславливает получение плохофильтруемого осадка, снижение критерия Вебера менее 0,005 ^. 10⁴ не позволяет получать осадка с высокой удельной поверхностью).

Снижение объемного соотношения менее 3,4 вызывает пересыщение суспензии аммиаком и, как следствие, снижение удельной поверхности осадка. Увеличение объемного соотношения более 280 обуславливает увеличение энергозатрат на перекачивание суспензии, увеличения удельной поверхности осадка при этом не происходит.

П р и м е р. Кремнефтористоводородную кислоту концентрацией 20,4 мас.% в количестве 3 м³/ч смешивают с аммиачной водой концентрацией 25,1 мас.% в количестве 1,2 м³/ч (50 мас.% от общего количества). Смешение производят при распылении раствора кремнефтористоводородной кислоты в поток аммиачной воды при величине критерия Вебера We = 100. Полученная суспензия поступает в реактор с мешалкой, откуда подается насосом на смешение с аммиачной водой, а после смешения - вновь в реактор с мешалкой. Расход суспензии, подаваемой на смешение, составляет 20 м³/ч. Объемное соотношение суспензия : аммиачная вода поддерживают 16,7. Полученная суспензия из реактора после выдержки при перемешивании в течение 1 ч подается на фильтрацию, которую проводят на фильтр-прессе под давлением 6 атм, полученный осадок промывают при соотношении промывная вода : сухой осадок = 30:1. Осадок обрабатывают содовым раствором, высушивают при температуре 140^оС. Полученный диоксид кремния имеет удельную поверхность по адсорбции фенола 198 м²/г, коэффициент фильтрации осадка составляет К_ф=9,4 ^. 10^-6 см/с.

Проведение смешения компонентов на обеих стадиях в потоке значительно упрощает процесс, при этом не требуется емкостного реактора на второй стадии. Кроме того, в предлагаемом способе за счет нейтрализации кислоты на обеих стадиях в потоке достигается экономия аммиака - около 4-5%, что несомненно является преимуществом способа по сравнению с прототипом.