一种铝硅包覆硫酸钡及其制备方法
技术领域
本发明涉及精细无机化工填料制备技术领域,特别是涉及一种铝硅包覆硫酸钡及其制备方法。
背景技术
为了改善硫酸钡材料在有机体系中的分散性,需要对硫酸钡表面进行包覆处理。铝硅包覆作为一种无机包覆材料具有耐热性好、适用于多种有机体系而获得广泛应用。
一般的包覆操作较易形成颗粒团聚,需要后期强化粉碎。减少包覆过程团聚并降低强化粉碎过程对包覆层的破坏成为行业研究重点。
因此,开发就有合适粒径的包覆硫酸钡工艺成为本领域的亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种采用碱性体系硅铝水解生长工艺制备包覆硫酸钡产品及其制备方法。
本发明采用用碱性体系硅铝水解生长工艺制备了包覆硫酸钡产品,减少了颗粒团聚,无需强化粉碎,解决了包覆过程由于氢氧化物形成的粒子二次团聚的技术问题。
具体来说,本发明通过如下技术方案解决上述技术问题的:
一种铝硅包覆硫酸钡的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)包覆混合液的制备:将硅酸钠溶液和铝酸钠溶液按照[Al3+]=0.2mol/L-0.4mol/L,[Si4+]=0.05mol/-0.15mol/L的浓度比例进行混合,得到包覆混合液;
(2)硫酸钡的预处理:将硫酸钡按照固含量为20%-30%的比例进行打浆,优选按照25%的固含量进行打浆;之后加入碱调整pH值为10~10.5,之后进行乳化得到硫酸钡乳液;以及
(3)包覆成品:将步骤(2)得到的硫酸钡乳液按照每立方米硫酸钡溶乳液加入200-500升步骤(1)得到的包覆混合液的比例进行混合,优选地加入300-400升步骤(1)得到的包覆混合液的比例进行混合,混合过程中保持溶液的pH值在11以上;之后进行密封蒸气加热;停止加热进行冷却,将冷却后的混合溶液的pH调节至8.0-8.5,之后进行固液分离,得到固体进行洗涤、烘干得到铝硅包覆硫酸钡产品。
其中,所述步骤(1)硅酸钠溶液和铝酸钠溶液按照[Al3+]=0.3mol/L,[Si4+]=0.1mol/L的浓度比例进行混合。
其中,所述步骤(1)铝酸钠是通过如下方法制备得到,将金属铝与氢氧化钠按照Al=0.8mol/L-1.2mol/L,NaOH=1.2mol/L~1.5mol/L的比例进行反应,优选金属铝与氢氧化钠按照Al=1.0mol/L,NaOH=1.3mol/L的比例反应完成之后进行固液分离,得到铝酸钠液体。
其中,所述步骤(1)制备铝酸钠过程中反应温度控制在低于60℃,优选50℃-60℃
所述步骤(1)制备铝酸钠过程中,金属铝与氢氧化钠按照Al=1mol/L,NaOH=1.3mol/L的浓度进行反应。
其中,所述步骤(2)乳化是使用乳化泵进行乳化1.5-3小时。
其中,所述步骤(2)加入的碱为氢氧化钠。
其中,所述步骤(2)中硫酸钡的D50<0.3微米,白度≥98.0%。
其中,所述步骤(3)混合过程中通过加入氢氧化钠保持混合溶液的pH值。
其中,所述步骤(3)冷却后的混合溶液的pH用硫酸进行调节至8.0-8.5。
其中,所述步骤(3)密封加热是在先80℃加热逐渐升温到105℃加热;优选加热过程为:80~85℃×1h、90~95℃×2h、100~105℃×1h。
其中,所述步骤(3)冷却至小于90℃。
其中,所述步骤(3)固液分离前进行搅拌0.5-2小时。
其中,所述步骤(3)洗涤是按照料水质量比为1:(3-5)加入水进行热洗,优选热洗温度为80~90℃,所述烘干是在140-160℃下烘干5-7小时;优选在150℃下烘干6小时。
本发明还提供一种通过上述制备方法制备得到的铝硅包覆硫酸钡产品,其硫酸钡含量在95.00%以上,优选硫酸钡含量在95.00-98.00%范围内;硅酸铝含量在1.00%-4.00%范围内。
其中D50在0.200微米-0.300微米之间,白度在98.5%以上,电导率在70us/cm以下,325目筛余值小于0.05%。
本发明的有益效果如下:
(1)本发明采用碱性体系硅铝水解生长工艺制备了包覆硫酸钡产品,减少了颗粒团聚,无需强化粉碎,解决了包覆过程由于氢氧化物形成的粒子二次团聚的技术问题。
(2)本发明制备的硫酸钡产品,硫酸钡含量大于95.0%,硅酸铝的含量在1%-4%之间,白度大于98.5%,D50为0.200微米-0.300微米。
附图说明:
图1:本发明反应过程流程图;
图2:本发明实施例2制备的样品的电镜照片;
具体实施方式
本发明铝硅包覆硫酸钡的制备的方法,是通过下述化学反应实现的:
2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H2↑
BaSO4+6NaAlO2+2NaSiO3+5H2SO4
本发明提供一种铝硅包覆硫酸钡的制备方法,包括如下步骤:
(1)包覆混合液的制备:将硅酸钠溶液和铝酸钠溶液按照铝和硅[Al3+]=0.2mol/L-0.4mol/L,[Si4+]=(0.05-0.15)mol/L的比例进行混合,得到包覆混合液;优选地,所述硅酸钠溶液和铝酸钠溶液按照[Al3+]=0.3mol/L,[Si4+]=0.1mol/L的比例混合;所述铝酸钠是通过如下方法制备得到,将金属铝与氢氧化钠按照Al=0.8mol/L-1.2mol/L,NaOH=1.3mol/L~1.5mol/L的比例进行反应,反应完成之后进行固液分离,得到铝酸钠液体;所述制备铝酸钠过程中反应温度控制在低于60℃,优选50℃-60℃;所述制备铝酸钠过程中,优选金属铝与氢氧化钠按照Al=1mol/L,NaOH=1.3mol/L的浓度进行反应。
上述对硅酸钠溶液进行制备过程中,控制了铝和氢氧化钠的比例,在氢氧化钠稍微过量的情况下进行反应,这样得到的溶液为碱性溶液,有利于进一步反应。对硅酸钠和铝酸钠混合过程中,控制硅和铝的比例,特别是控制[Al3+]=0.2mol/L-0.4mol/L,[Si4+]=0.05-0.15mol/L范围内,这样有利于控制最后形成的包覆产品的粒径符合要求。
(2)硫酸钡的预处理:将硫酸钡按照固含量为20%-30%的比例进行打浆,优选按照25%的固含量进行制浆;之后加入碱调整pH值为10~10.5,之后进行乳化得到硫酸钡乳液;所述乳化是使用乳化泵进行乳化1.5-3小时;所述加入的碱为氢氧化钠。
该步骤是对市售的硫酸钡进行预处理的过程,一般要求硫酸钡的D50<0.3微米,白度≥98.0%。对硫酸钡进行制浆的过程中严格控制固含量,以利于进一步控制硫酸钡的含量,同时控制固含量在所述的范围内保证了最终包覆产品的品质,如白度、粒径等。同时在该步骤中将硫酸钡的pH值调节为碱性,有利于进行下一步的包覆。
(3)包覆成品:将步骤(2)得到的硫酸钡乳液按照每立方米硫酸钡溶乳液加入200-500升步骤(1)得到的包覆混合液的比例进行混合,混合过程中保持溶液的pH值在11以上;之后进行密封蒸气加热;停止加热后进行冷却,将冷却后的混合溶液的pH调节至8.0-8.5,之后进行固液分离,得到固体进行洗涤、烘干得到铝硅包覆硫酸钡产品;优选地,所述混合过程中通过加入氢氧化钠保持混合溶液的pH值。优选地,所述冷却后的混合溶液的pH用硫酸进行调节至8.0-8.5。优选地,所述密封加热是在先80℃加热逐渐升温到105℃加热;优选加热过程为:80~85℃×1h、90~95℃×2h、100~105℃×1h。优选地,所述冷却至小于90℃。优选地,所述固液分离前进行搅拌0.5-2小时,更优选地,所述洗涤是按照料水质量比为1:(3-5)加入水进行热洗,优选热洗温度为80~90℃,优选烘干是在140-160下烘干5-7小时。
上述包覆成品的过程,将制备好的包覆混合液泵入到硫酸钡中进行包覆,特别是控制两者的比例,基于步骤(1)和步骤(2)制备的溶液的浓度通过体积对混合过程两者之间的比例进行控制,以利于最终的很好质量的包覆产品。通过密封反应,蒸汽加热,也使得到的产品品质更好。
本发明还提供了一种通过上述方法制备得到的铝硅包覆硫酸钡产品,其D50为0.200微米-0.300微米。其中所述硫酸钡含量95.0%-98.0%,硅酸铝含量为1.00%-4.00%,水含量小于0.10%。其中所述铝硅包覆硫酸钡产品的白度大于98.5%,电导率小于70us/cm。
在一种优选的具体实施方式中,本发明铝硅包覆硫酸钡产品制备方法,包括如下步骤:
(1)NaAlO2/H2O制备及混合液配制
将市售工业级铝片用洗涤剂洗清表面,按照Al=1mol/L、NaOH=1.3mol/L的比例置于反应容器内,搅拌反应,控制溶液温度小于60℃,反应完成后压滤分离,少量残渣弃,澄清液进入配料操作。
将市售硅酸钠溶液和制备的铝酸钠溶液按照[Al3+]=0.30mol/L,[Si4+]=0.10mol/L的比例混合均匀待用。
(2)包覆处理和成型
将合成洗涤后的BaSO4(D50<0.3微米,白度≥98.0%)按照含固量25%的比例打浆,加入NaOH调整pH10~10.5,用乳化泵分散乳化2小时,停止乳化,维持搅拌。
按照不同包覆量要求按照每立方米硫酸钡溶乳液加入200-500升步骤(1)得到的包覆混合液的比例泵入配制好的混合溶液,检测溶液pH大于11,必要时补充NaOH。
之后密闭反应锅,开启蒸汽加热,控制温度80~85℃×1h、90~95℃×2h、100~105℃×1h,停止加热,夹套冷却至小于90℃。
搅拌下用1+3硫酸(以三体积水加入一体积98%硫酸制备得到,浓度约在4.5mol/L左右)中和至pH8.0~8.5,维持搅拌1小时后压滤分离,1:4料水比80~90℃热洗三次,洗涤母液中和排放,滤饼150℃×6h烘干,粉碎包装后获得铝硅包覆硫酸钡产品。
实施例
首先,对下面实施例中硫酸钡制备过程及产品进行分析时所用的测定装置和测定方法进行说明如下:
工业铝片:铝含量为≥90%。
铝清洗剂:南通瑞奥化工有限公司
工业级氢氧化钡:Ba(OH)2含量≥98%。
硫酸钡:D50<0.3微米,白度≥98.0%。
1+3硫酸:以三体积水加入一体积的98%硫酸制备得到,浓度约在4.5mol/L左右
关于硫酸钡产品分析中的部分测定方法使用的是标准SN/T0480-1995(出口重晶石分析方法)中的测定方法;具体来说,硫酸钡含量测定采用SN/T0480.5-1995中的方法。
白度测定采用济南德瑞克仪器有限公司生产的型号为DRK103A的白度测定仪(采用200目筛,105℃烘干后测定)按照SN/T0480.12-1995中公开的方法测定。
产品形貌的测定:JSM-6490LV型扫描电子显微镜,日本电子公司制。
粒径测定:JSM-6490LV型扫描电子显微镜,日本电子公司制。
pH值测定采用PHS-3C型精密酸度计,由上海精密仪器仪表公司制造。
325目筛余值的测定:采用SN/T0480.2-1995的方法测定;
电导率的测定:电导率测定仪,广州德满亿仪器有限公司,DDS-11A。
实施例1
下结合图1的工艺流程图所示说明本发明制备铝硅包覆硫酸钡制备方法。所述制备方法包括如下步骤:
(1)包覆混合液的制备
将市售的工业级铝片用铝清洗剂清洗表面,按照Al=0.8mol/L、NaOH=1.5mol/L的比例将铝片和氢氧化钠置于5m3的反应锅内,搅拌反应,控制溶液温度为55℃以下(小于60℃),反应完成后压滤分离,将得到的少量残渣丢弃,得到的澄清液为铝酸钠溶液,待用。
将市售硅酸钠溶液和上述制备的铝酸钠溶液按照[Al3+]=0.30mol/L,[Si4+]=0.10mol/L的比例混合均匀,得到包覆混合液,待用。
(2)硫酸钡的预处理
将BaSO4(D50=0.2微米,白度≥98.0%)按照含固量20%的比例打浆,加入NaOH调整pH10.3,用乳化泵分散乳化1.5小时,停止乳化,维持搅拌。
(3)包覆处理和成型
按照不同包覆量要求按照每立方米硫酸钡溶乳液加入235升步骤(1)得到的包覆混合液的比例泵入配制好的混合溶液,检测溶液pH为11.2(大于11),必要时补充NaOH。
之后密闭反应锅,开启蒸汽加热,控制温度80℃×1h、90℃×2h、100℃×1h,停止加热,夹套冷却至85℃(小于90℃)。
搅拌下用1+3硫酸中和至pH8.2,维持搅拌1小时后压滤分离,1:4料水比85℃热洗三次,洗涤母液中和排放,滤饼150℃×6h烘干,粉碎包装后获得铝硅包覆硫酸钡产品1#,对其进行硫酸钡含量、硅酸铝含量、白度、白度、粒径、电导率,水含量和325目筛余值的测定,测定结果见表1,电镜照片见图2。
实施例2
所述铝硅包覆硫酸钡制备方法,包括如下步骤:
(1)包覆混合液的制备
将市售的工业级铝片用铝清洗剂清洗表面,按照Al=1.0mol/L、NaOH=1.3mol/L的比例将铝片和氢氧化钠置于5m3的反应锅内,搅拌反应,控制溶液温度为58℃以下(小于60℃),反应完成后压滤分离,将得到的少量残渣丢弃,得到的澄清液为铝酸钠溶液,待用。
将市售硅酸钠溶液和上述制备的铝酸钠溶液按照[Al3+]=0.30mol/L,[Si4+]=0.10mol/L的比例混合均匀,得到包覆混合液,待用。
(2)硫酸钡的预处理
将BaSO4(D50=0.25微米,白度≥98.0%)按照含固量25%的比例打浆,加入NaOH调整pH10.3,用乳化泵分散乳化2小时,停止乳化,维持搅拌。
(3)包覆处理和成型
按照不同包覆量要求按照每立方米硫酸钡溶乳液加入355升步骤(1)得到的包覆混合液的比例泵入配制好的混合溶液,检测溶液pH为11.2(大于11),必要时补充NaOH。
之后密闭反应锅,开启蒸汽加热,控制温度83℃×1h、93℃×2h、103℃×1h,停止加热,夹套冷却至88℃(小于90℃)(小于90℃)。
搅拌下用1+3硫酸中和至pH8.2,维持搅拌1小时后压滤分离,1:4料水比85℃热洗三次,洗涤母液中和排放,滤饼150℃×6h烘干,粉碎包装后获得铝硅包覆硫酸钡产品2#,对其进行硫酸钡含量、硅酸铝含量、白度、白度、粒径、电导率,水含量和325目筛余值的测定,测定结果见表1,电镜照片见图2。
实施例3
(1)包覆混合液的制备
将市售的工业级铝片用铝清洗剂清洗表面,按照Al=1.2mol/L、NaOH=1.2mol/L的比例将铝片和氢氧化钠置于5m3的反应锅内,搅拌反应,控制溶液温度为60℃以下,反应完成后压滤分离,将得到的少量残渣丢弃,得到的澄清液为铝酸钠溶液,待用。
将市售硅酸钠溶液和上述制备的铝酸钠溶液按照[Al3+]=0.40mol/L,[Si4+]=0.05mol/L的比例混合均匀,得到包覆混合液,待用。
(2)硫酸钡的预处理
将BaSO4(D50=0.2微米,白度≥98.0%)按照含固量30%的比例打浆,加入NaOH调整pH10.5,用乳化泵分散乳化3小时,停止乳化,维持搅拌。
(3)包覆处理和成型
按照不同包覆量要求按照每立方米硫酸钡溶乳液加入470升步骤(1)得到的包覆混合液的比例泵入配制好的混合溶液,检测溶液pH为11.3(大于11),当pH低于11.0时补充NaOH以维持pH在11以上。
之后密闭反应锅,开启蒸汽加热,控制温度85℃×1h、95℃×2h、105℃×1h,停止加热,夹套冷却至90℃。
搅拌下用1+3硫酸中和至pH8.2,维持搅拌1小时后压滤分离,1:4料水比85℃热洗三次,洗涤母液中和排放,滤饼150℃×6h烘干,粉碎包装后获得铝硅包覆硫酸钡产品3#,对其进行硫酸钡含量、硅酸铝含量、白度、白度、粒径、电导率,水含量和325目筛余值的测定,测定结果见表1。
表1实施例1-3制备得到的硫酸钡产品性质测定结果
项目 |
1# |
2# |
3# |
BaSO4含量(%) |
97.61 |
96.81 |
95.74 |
硅酸铝(%) |
1.94 |
2.87 |
3.90 |
白度(%) |
>98.5 |
>98.5 |
>98.5 |
D50(μm) |
0.243 |
0.259 |
0.280 |
电导率(us/cm) |
<70 |
<70 |
<70 |
H2O(%) |
<0.10 |
<0.10 |
<0.10 |
325目筛余值(%) |
<0.05 |
<0.05 |
<0.05 |
通过上表中的结果表明,本发明实施例1-3制备得到的铝硅包覆硫酸钡产品中硫酸钡含量在95.00%以上,并且硫酸钡含量均在95.00-98.00%范围内;硅酸铝含量在1.00%-4.00%范围内,水含量均低于0.10%;D50在0.200微米-0.300微米之间,白度在98.5%以上,电导率在70us/cm以下。上述的数据证明本发明制备的铝硅包覆硫酸钡具有高白度,粒径小的特征。
本发明对某些优选实施方式和实施例进行了上述的描述,以帮助公众在实施本发明过程中使用适当的实验方法,获得较好的实验效果,这不排除本发明中没有列举的等同的实验方法也可以实施本发明。本领域技术人员应当理解,本发明除了具体描述的方式之外,还可以适用于变形和修改。应当理解的是,本发明包括所有这些变形和修改。进一步地,发明名称、标题或类似的部分是为了加强公众对本文的理解,不应被看做对本发明保护范围的限定。
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