Способ получения белой сажи

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ЗД 1 С 01 В 33/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМ У ТГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 21) 3624274/23-2622) 15. 07. 83(54)(57) 1, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛОЙСАЖИ, включающий обработку кремнегеля смесью растворов фторида аммонияи минеральной кислоты с последующейнейтрализацией полученного кремнеЯО 1130526. А фторида аммиаком, отделением, промывкой и сушкой осадка двуокиси кремния, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с;юцелью повышения выхода целевого продукта, в качестве минеральной кислоты используют кремнефтористоводород ную кислоту.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что фторид аммония, кремнефтористоводородиую кислоту и кремнегель берут при массовом соотношении 5,0-5,5:0,18-0,37:1.3. Способ по п.1, о т л и а ющ и й с я тем, что использую ас вор фторида аммония концентр й 45 мас.7, а кремнефтористово одную кислоту - концентрацией18 мас.Х.Изобретение относится к способамполучения белойсажи, применяемойв качестве минерального наполнителярезиновой нромьппленности,Известен способ получения белой 5сажи путем обработки кремнезема бифторидом аммония с последующей нейтрализацией раствора полученного кремне"фторида аммиаком, отделением, промывкой и сушкой осадка двуокиси кремния 111 .Недостатками этого способа являютсяневысокий выход белой сажи по Яь.О(порядка 55 ) и низкая величинаудельной поверхности (пе бо 15лее 50 м 2/г) .Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является способ получения белой сажи, состоящий в обработке неактивного кремнегеля смесьюрастворов фтористого аммония и серной кислоты с последующей нейтрализацией полученного кремнефторида аммиаком, отделением, промывкой и сушкой осадка двуокиси кремния 121. Однако для растворения кремнегеля используется сильная минеральнаякислота 11 ЯО поэтому образуетсякислый кремнефторсодержащий раствор, З 0при нейтрализации аммиаком которогоосаждение белой сажи идет в присутствии сульфатионов, значительно ухудшающих качество основного продукта.Недостатками известногб способа 35являются также невысокий выход конечного продукта по Я 10(80 ), использование дефицитной НЯО 4, приводящей к образованию в качестве побочного продукта сульфата аммония, применение которого весьма огоаничено.Целью изобретения является повышение выхода белой сажи,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу получения белой 45сажи, включающему обработку кремнегеля смесью растворов фторида аммония и минеральной кислоты с последующей нейтрализацией полученного кремнефторида аммиаком, отделением, промывкой и сушкой осадка двуокиси кремния,в качестве минеральной кислоты используют кремнефтористоводороднуюкислоту.Причем фторид аммония кремнефтори стоводородную кислоту и кремнегельОберут при массовом соотношении 5,5,5:0,18-0,37:1,Кроме того, используют раствор фторида аммония с концентрацией 15- 45 мас. , а кремнефтористоводородную кислоту с концентрацией 10- 18 мас.Способ осуществляют следующим образом.В смесь раствора фтористого аммония концентрацией 15-45 мас.ИНР и кремнефтористоводородной кислоты концентрацией 10-18 мас.вводят кремнегель, нагревают до 100-110 Со и перемешивают до полного растворения двуокиси кремния. Растворение кремнегеля протекает по уравнениям.Я 10+ 6 ЕН 4 Р- (БН 4) Я 1 Р 6+4 НН 2 НО 2 НЯ 1 Р6 ИН 4 РЯ.О(ВН 4) Я 1 Р 6+6+2 Н 20Для более интенсивного удаления аммиака из реакционного объема рекомЕндуют проводить процесс при остаточном давлении 0,1-0,05 МПА. После растворения кремнегеля раствор фильтруют, охлаждают до 40-50 С и обрабаотывают аммиаком или аммиачной водой. Осадок белой сажи отделяют, промывают и сушат.Проведение процесса разложениякремнегеля в присутствии любой дру-гой минеральной кислоты, кроме кремнефтористоводородной, не позволяетдостичь высокого выхода конечногопродукта и его качества как наполнителя резин, поскольку присутствиедругих кислых анионов во фтористомрастворв отрицательно сказывается насвойствах белой сажй. Как с экономической точки зрения, так и с точкизрения экологии необходимым условиемдля промьппленной реализации данногопроцесса является полное использование всех маточных и промывных фторсодержащих растворов,В случае использования какой-либоминеральной кислоты, например Н Я 04,необходимо на каком-то этапе технологического цикла выводить сульфатаммония, который в силу высокой влагоемкости содержит (БН 4) Я 1 Р,чтозначительно снижает выход основногопродукта.Проведение процесса. при соотношении исходных компонентов, отличном от указанного, не обеспечивает полного растворения кремнегеля и приво дит к значительному разбавлению реакционных объемов. Использование раствора фторида аммония концентрацией1130 3выше 45 мас.7. недопустимо в силу, ограниченной взаимной растворимости солей в системе . И 114 Р - (МН ) Б 1 Г 64 2 - Н О.Применение же более разбавлен 2ных растворов тоже, нежелательно,так как снижает скорость растворения кремнегеля. Концентрация Н 2 Б 1 Г 6 обусловлена концентрацией получаемой в промышленности кислоты путем водной абсорбции отходящих фторсодержащих газов. Температурный и временный режимы растворения кремнегеля выбраны исходя из оптимальных условий перехода кремнегеля в раствор.П р и м е р .Во фторпластовом ре - 15 акторе смешивают при комнатной темпе ратуре 44,4 г кремнегеля состава, мас,7: Б 102 22,51; А 1202,85; Г 2,63; НО 72,01, 111 г 457-ного раствораНЕ 4 Г и 18 г 07-ного Н 2 БГ 6 , т,е, соотношениеПопу ченную смесь нагревают в термостате до 100 С и выдерживают при данной температуре, остаточном давлении 25 0,1 МПа и интенсивном перемешивании в течение 60 мин до полного растворения кремнегеля. Далее смесь отфильтровывают, отделяя примеси соединений алюминия, которые при этом образуют аммонийный криолит. В фильт. рат вводят 100 г Н 20 для охлаждения его до 50 С и разбавления во избежаоние потерь кремнефторида аммония, далее осаждают из полученного раст 35 вора 25-ной аммиачной водой белую сажу при рН 7,4-9,0, Аммиачную воду берут в количестве 54 г, т,е. при 1,2 избытке от стехиометрии. После охлаждения суспензию еще перемешивают 40 в течение 20 мин, затем фильтруют на воронке Бюхнера, осадок прямо на воронке промывают водой в количестве 526 4600 г для отмывки его от соединений фтора. Полученный влажный осадок бео лой сажи высушивают при 120 С, получая 10,1 г конечного продукта состава, мас.7.: Б 102 89,5; Г 0,14; А 1 О 0,1. Потери при прокаливании 10,26, удельная поверхность 150 м 2/г, концентрация поверхностных гидроксильнык групп 9,18 мМ ОН/м . Выход готового2продукта 987.П р и м е р 2.В герметичномфтор пластовом реакторе, снабженном устройством для разрежения, смешивают 3,6 г кремнегеля состава, мас.7.: Б 102 73,1; А 120 5,88; Р 7,43; Н 20 13,59, 367 г 157-ного раствора ИН 4 Г и 12,9 г 147.-ного раствора НБ 1 Р 6, т.е. соотношение исходных реагентов по примеру 1. Полученнуюо смесь в реакторе нагревают до 100 С и выдерживают при данной температуре, остаточном давлении 0,05 МПа и интенсивном перемешивании в течение 1,5 ч, до полного растворения кремнегеля.Одновременно с растворением кремне- геля в газовую фазу выделяется аммиак и вода, при конденсации которыхобразуется аммиачная вода. фильтратоохлаждают до 40 С и из него проводят осаждение белой сажи с помощью газообразного аммиака и аммиачнойводы. Соотношение аммиачной воды иравноет е берут27 г 257;ного ИН 40 Н и 6,75 г МН гау.Далее работают по примеру 1. Получают 9,8 г осадка состава, мас.7:х 02 91.41 Г 0,09; А 120 0,3 а П.п.п 8,21, удельная поверхность 100 м /г концентрация поверхностных2 гидроксильных групп 8,6 мМ ОН/м Выход готового продукта 957. Примеры 3-9 приведены в таблице.Ъф тт аа Л О о р. о о о л о О счф юмесф л о л сО СЧ а л о о ма О л ож кх оу В Ц СЧЬ СС фие Щ а а й ф Ф + оО тта ф 4м о л а о о ж з и:и1130526 Составитель В. НазаровРедактор Н. Джуган Техред Т,Маточка Корректрр И. Эрдейи Заказ 9504/18 Тираж 463Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Е, Раушская наб., д.4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Как видно .из таблицы, предлагаемым способом получают белую сажу с удельной поверхностью 100-270 м /г,и2 концентрацией поверхностных силанольных групп 7,4-9,18 мМ ОН/м 2, что очень важно, поскольку при использовании. белой сажи как наполнителя шинных резин прочность связи резины с кордом определяется именно наличием на поверхности белой сажи активных группББ 1 - ОН. К тому же выход по сравнению с известным способом увеличивается на5-18 Ж. Кроме этогоиспользование НБ 1.Рбдля растворениякремнегеля взамен серной кислоты 5 значительно упрощает процесс, поскольку Н БдР в процессе полностьюперерабатывается на конечный продукт,а в известном способе использование Н,БОвлечет за собой образование побочного 0(ВН 4) БО.,выделение которого из фторидного раствора сложно ине эффективно.