一种用硫酸钠法生产轻质二氧化硅和亚硫酸钠的工艺 本发明涉及一种用硫酸钠法生产轻质二氧化硅和亚硫酸钠的工艺。
轻质二氧化硅，又称为沉淀白炭黑或白炭墨，是橡胶的补强剂；也用作润滑剂、绝缘材料及塑料制品、纸张、油漆和纺织品的填充材料、以及白色颜料。目前，生产轻质二氧化硅最常用的方法是沉淀法，这些工艺中采用的水玻璃(硅酸钠)是通过石英砂与纯碱(无水碳酸钠)反应制得的。然而，这些工艺需要消耗大量的纯碱，使得生产成本很高。
本发明的目的在于提供一种制备沉淀轻质二氧化硅的新工艺，该工艺降低了生产成本和环境污染问题。
本发明包括下面的反应机理：
2Na2SO4+2nSiO2+C→2Na2O·nSiO2+2SO2+CO2
SO2+Na2O·nSiO2→2SiO2+Na2SO3
因此，本发明的具体实施方式是一种用硫酸钠法生产轻质二氧化硅和亚硫酸钠的工艺，其特征在于使用硫酸钠代替纯碱用于生产硅酸钠。另外，使用SO2代替硫酸用于轻质二氧化硅的沉淀。
具体地，将重量比为118.3～147.9∶100∶4～12的石英砂、硫酸钠和炭的混合物在窑炉内加热到1200～1500℃下反应，生成固体硅酸钠和二氧化硫。将所述固体硅酸钠按100∶180～488的重量比溶于水，并过滤得到硅酸钠溶液。生成的硅酸钠溶液与二氧化硫按1∶1的摩尔比接触反应，优选使用在生产硅酸钠的过程中生成的二氧化硫，在70～100℃下反应1～4h，然后过滤。将得到的滤饼酸化调节pH为3.5-6.0，然后过滤、洗涤并干燥，得到轻质二氧化硅。将滤液浓缩并干燥，得到亚硫酸钠。
在本发明的优选实施方式中，用硫酸钠制备硅酸钠中使用绝热马蹄焰窑炉。本发明的工艺可以用于非连续或连续生产工艺中。优选水玻璃的连续生产或全部工艺的连续生产。
较之已有的技术，本发明具有如下优点：
(I)不使用氢氧化钠或纯碱，所使用的硫酸钠比纯碱便宜很多；
(II)沉淀工艺中不使用硫酸或者盐酸，并且在滤饼酸化时仅需要很少量的酸；
(III)副产物亚硫酸钠在化工工业的不同应用中是有价值的材料，因此可以商业化应用。
(IV)没有废物排放。
以下实施例用于阐述和解释本发明，而不是对本发明范围的限制或约束。
实施例：
将石英砂、硫酸钠和炭(已粉碎)按照100∶81.4∶6.5％的重量比混合。获得的混合物被连续装填到绝热马蹄焰窑炉中，并被加热到1420℃～1450℃。将生成的固体硅酸钠溶于水，并过滤，得到3.5M、29Be’的硅酸钠(水玻璃)溶液。
在1L的反应釜中装填入0.4L的水和0.013L的所述硅酸钠(水玻璃)溶液，加热至86℃。在120分钟时间内，同时向反应釜中计量加入0.187L的所述硅酸钠溶液和5％的二氧化硫。将反应产物过滤。
将滤饼的pH值用酸调整到4.6。然后过滤、洗涤和干燥，制得轻质二氧化硅56.24g，其BET为235m2/g。
将含有亚硫酸钠溶液的滤液浓缩并干燥，制得30.17g固体亚硫酸钠。
本发明的工艺由于步骤简单、生产成本低、并减少了环境污染问题，因此具有很大的价值。