способ получения высокочистых аморфных диоксида кремния и углерода из рисовой шелухи

Формула изобретения

1. Способ получения высокочистого аморфного диоксида кремния и углерода из рисовой шелухи, включающий кислотное травление, промывку водой, сушку, предварительное сжигание, размол, окислительное сжигание, отличающийся тем, что предварительное сжигание ведут в закрытом реакторе с отсосом дыма и улавливанием аморфного углерода, а окислительное сжигание последовательно в токе воздуха и кислорода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительное сжигание ведут одновременно с размолом и перемешиванием рисовой шелухи.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отсос дыма ведут через охлаждаемый лабиринтный фильтр и воду и/или цеолит или другой адсорбент.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окислительное сжигание ведут сначала в токе воздуха до исчезновения видимого процесса горения, а затем в токе кислорода в течение 20 - 60 мин при постоянном перемешивании.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства аморфного диоксида кремния.

Известно несколько способов получения аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи, позволяющие получать конечный продукт различной степени чистоты.

По патенту Индии N 148538, опубл. 28.03.1981 г., рисовую шелуху обрабатывают (0,3 - 6) - нормальным раствором неорганических кислот при 100^oC в течение 0,2 - 12 часов, фильтруют, сушат и сжигают на воздухе при 750^oC. В результате получают аморфный диоксид с чистотой не выше 98%.

По патенту ФРГ N 2416291, кл. C04B, шелуху, начиная с температуры 100^oC нагревают со скоростью 25К/мин; в интервале температур 200-450^oC нагрев производят в отсутствие воздуха, а в интервале 450-700^oC - в присутствии воздуха или водяного пара.

В результате получают аморфный диоксид кремния с чистотой не выше 98%.

По патенту Великобритании N 1508825, МКИ C 01 B 33/12 рекомендуется нагрев в диапазоне 200-250^oC со скоростью 10-40 К/мин; окислительный обжиг ведут при температуре не выше 900^oC.

В результате получают диоксид кремния.

По патенту Китая N 86-104705, кл. C 01 B 33/113 температура окислительного обжига не должна превышать 600^oC, что надежно обеспечивает получение аморфного диоксида кремния.

По патентам Индии NN 159066, 159017, МКИ C 01 B 33/12 температура окончания процесса окислительного обжига не должна превышать 700^oC, а процесс ведут в присутствии пара.

Получают аморфный диоксид кремния с чистотой не выше 99%.

По указанным выше патентам нельзя получить аморфный диоксид кремния с чистотой выше 99% и нельзя одновременно получить углерод аморфный (сажу).

Наиболее близким по техническому решению является патент России N 2061656, по которому получают аморфный диоксид кремния с чистотой 99,9%. Процесс включает в себя рассев рисовой шелухи, промывку в холодной воде, выщелачивание в (0,01-0,1) - нормальном горячем растворе серной кислоты, промывку в горячей воде, промывку в холодной воде, сушку при 105-120^oC, предварительное сжигание при 200-500^oC, размол, окислительное сжигание при температуре 700-780^oC с подачей воздуха или кислорода, рассев. При этом скорость подъема температуры не должна превышать 25 К/мин, а продолжительность окислительного отжига 0,5 - 2 часа.

По данному патенту получают высокочистый аморфный диоксид кремния, но также не получают аморфный углерод (сажу), а процесс сопровождается неконтролируемыми, нерегулируемыми выбросами дыма.

Таким образом, ни по одному патенту нельзя выделить углерод в виде сажи отдельно. Поэтому указанные выше способы получения диоксида кремния из рисовой шелухи нерациональны и экологически грязные, т.к. выделяется большое количество дыма при технологическом процессе предварительного сжигания (при 200 - 500^oC) вследствие того, что в шелухе содержится до 32% углерода, который в процессе сжигания переходит в дым в виде сажи и соединений CO, CO₂, углеводородов.

Целью предлагаемого изобретения является получение аморфного диоксида кремния с чистотой 99 - 99,99% и сажи с чистотой 98% из рисовой шелухи, повышение экологической чистоты процесса, повышение рентабельности использования рисовой шелухи.

Поставленная цель достигается тем, что рисовую шелуху подвергают кислотному травлению, промывке водой, сушке, предварительному сжиганию в закрытом реакторе с отсосом дыма и улавливанием аморфного углерода, размолу и окислительному сжиганию последовательно в токе воздуха и кислорода.

1. Предварительное сжигание в реакторе, закрытом крышкой, с отводящим патрубком в верхней части реактора, через отводящий патрубок производят принудительный отсос дыма и пропускание его через охлаждаемый лабиринтный фильтр и через воду и/или цеолит иди другой адсорбент, процессе предварительного сжигания рисовой шелухи ведут при постоянном перемешивании и размоле шелухи при температуре 350 - 400^oC, до прекращения выделения дыма.

На охлаждаемом лабиринтном фильтре осаждается основная часть сажи (до 2,8 - 3,2% от массы рисовой шелухи), которая периодически счищается со съемных пластин лабиринта, остальная часть сажи осаждается в воде и извлекается из нее с помощью центрифугирования или отстоя. В воде растворяются газы CO, CO₂ и другие летучие углеводороды (полнота поглощения газов возрастает, если использовать водный раствор щелочей).

Процесс предварительного сжигания ведут при постоянном перемешивании с одновременным размолом. Размол необходим для более полного и быстрого извлечения углерода.

Такое решение технологического этапа предварительного сжигания позволяет улавливать аморфный углерод (сажу) (получать второй продукт), а также очищать дым от сажи и газов CO, CO₂, NO₂ и снижать их количество в газовых выбросах в атмосферу до уровня норм ПДК_с.с. (предельно допустимая концентрация среднесуточная).

2. Окислительное сжигание ведут сначала в токе воздуха до исчезновения видимого процесса горения, а затем в токе кислорода в течение 20 - 60 минут при постоянном перемешивании для более полного сжигания углерода свободного (сажи) и органических составляющих.

Такое решение позволяет повысить чистоту аморфного диоксида кремния и снизить расход кислорода.

Пример 1. Оптимальные условия получения аморфных диоксида кремния и углерода (сажи).

Рассев рисовой шелухи (отсев пыли, крупяных крошек, крупных стеблей), однократная промывка в холодной воде, выщелачивание в 0,01 - 0,1 - нормальном растворе серной или соляной кислоты при температуре 80 - 90^oC в течение 3-4 часов при постоянном перемешивании, слив кислотного раствора, промывка в горячей воде (T = 80 - 90^oC) в течение 1-2 часов, 4 - 6-кратная промывка в холодной воде, сушка в центрифуге и при 105 - 120^oC, предварительное сжигание при 350 - 400^oC в закрытом крышкой реакторе с перемешиванием и размолом обгоревшей шелухи, с отсосом дыма через охлаждаемый лабиринтный фильтр и воду, окислительное сжигание при 700 - 780^oC сначала в токе воздуха до исчезновения свечения пламени, а затем в токе кислорода в течение 40 минут при постоянном перемешивании.

Качество получаемых продуктов (диоксид кремния и сажи), а также состав дыма и газовых выбросов в атмосферу представлены в таблице. В газовых выбросах практически нет сажи, содержание газов CO, NO₂ значительно ниже, чем нормы ПДК_с.с.; чистота аморфного диоксида кремния 99,979, а сажи - 99,79%.

Примеры 2 и 3 соответствуют предельным условиям и характеризуются продолжительностью горения в токе кислорода 20 и 60 минут. При сокращении продолжительности горения в токе кислорода повышается содержание примесей в диоксиде кремния, при увеличении продолжительности процесса горения до 60 минут существенных изменений в составе продуктов по сравнению с 40-минутным режимом не наблюдается.

Примеры 4 и 5 - запредельные условия по продолжительности горения в токе кислорода 15 и 65 минут.

При уменьшении продолжительности горения возрастает количество примесей в диоксиде кремния до 0,137% и чистота аморфного диоксида кремния выходит их нужных нам пределов.

При увеличении продолжительности горения свыше 60 минут - до 65 минут существенного повышения качества аморфного диоксида кремния не наблюдается.

Пример 6. Запредельные условия характеризуются отсутствием размола и перемешивания в процессе предварительного сжигания. Вследствие этого сокращается количество сажи в образующемся дыме и возрастает продолжительность горения до исчезновения дыма.

Пример 7. Запредельные условия характеризуются тем, что отсос дыма из реактора осуществляется без применения лабиринтного фильтра и воды. Количество сажи в дыме на выбросе в атмосферу равно количеству сажи, образующейся при горении - 10,5 г/загрузка, газовые выбросы содержат максимальное количество CO и NO₂, которые превышают требования ПДК_с.с.

Таким образом, наилучшие условия для получения высококачественных аморфных диоксидов кремния и углерода (сажи) при высокой чистоте газовых выбросов осуществляются в опытах 1, 2, 3.