利用油頁(yè)巖灰渣制備白炭黑

摘要：本實(shí)驗(yàn)以樺甸油頁(yè)巖灰渣為原料，采用非金屬礦解離法制備白炭黑，分析影響因素并確定了最佳工藝條件：煅燒溫度750℃，浸泡時(shí)間3天，初始固液比為1：4。

關(guān)鍵詞：油頁(yè)巖灰渣;白炭黑;解離法;煅燒溫度

引言

近年來(lái)隨著石油資源的緊缺，油頁(yè)巖作為一種替代能源因其儲(chǔ)量巨大和發(fā)展前景廣闊而備受關(guān)注[1]。但油頁(yè)巖在煅燒后會(huì)產(chǎn)生大量油頁(yè)巖灰渣，堆放占地的同時(shí)又污染環(huán)境，因而，如何合理充分地利用油頁(yè)巖灰渣不僅具有經(jīng)濟(jì)效益，更具有巨大的環(huán)保和社會(huì)效益。白炭黑是微細(xì)粉末狀或超細(xì)粒子狀無(wú)水及含水二氧化硅或硅酸鹽類的通稱。因表面含有較多羥基，易吸水而成為聚集的細(xì)粒，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、內(nèi)表面積大、電絕緣性強(qiáng)等優(yōu)異性能。傳統(tǒng)的白炭黑生產(chǎn)方法是氣相法和沉淀法。氣相法是將四氯化硅氣體在氫—氧氣流中于高溫下水解制得，其產(chǎn)品純度極高，性能優(yōu)異，但對(duì)設(shè)備要求較高，原料稀少極貴，技術(shù)控制復(fù)雜，投資規(guī)模大[2]。沉淀法采用水玻璃溶液與酸反應(yīng)，經(jīng)沉淀、過(guò)濾、洗滌、干燥和煅燒而得，該法原料易得，流程簡(jiǎn)單，但能耗大，對(duì)環(huán)境要求較高[3]。本實(shí)驗(yàn)研究利用油頁(yè)巖灰渣生產(chǎn)白炭黑，采用非金屬礦解離法，分析影響因素并確定了最佳工藝條件，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)油頁(yè)巖灰渣的綜合利用。

一、實(shí)驗(yàn)部分

（一）原料、試劑與儀器

原料：樺甸地區(qū)公河四油頁(yè)巖樣;

試劑：氫氧化鈉、濃鹽酸、無(wú)水乙醇、乙酸銨等;

儀器：馬弗爐，攪拌器，白度儀，分光光度計(jì)，水浴鍋，真空泵等。

（二）試樣的制備

（1）破碎和過(guò)篩：利用密閉式破碎縮分聯(lián)合制樣粉碎機(jī)，先把試樣人工粉碎到0.68mm以下，然后用0.68mm篩空的機(jī)器粉碎，取1/8縮分斗中試樣。

（2）縮分：將干燥后的試樣少量鏟起，在鋼板上堆成一個(gè)圓錐體。為使試樣分布均勻，堆堆時(shí)必須圍著試樣將試樣從底部鏟起，然后從錐頂自上而下灑落。混勻后用四分法取6mm以下顆粒裝入磨口瓶中，剩余試樣用0.68mm篩子篩分，把3～6mm之間的試樣人工縮分到3mm以下，然后再混勻，取1/2裝入磨口瓶中，把剩余的1/2試樣用磨煤機(jī)磨碎，用0.2mm篩子篩濾，把大于0.2mm的顆粒再用硯缽硯制到0.2mm 以下裝入磨口瓶中。

（3）煅燒：將試樣平鋪在瓷槽中放入馬弗爐中煅燒2小時(shí)，取出后于室溫下12小時(shí)至恒重。

（三）實(shí)驗(yàn)步驟

（1）取800ml燒杯加入400ml濃硫酸，置于水浴鍋中，待溫度達(dá)100℃加入試樣并攪拌;

（2）將產(chǎn)物放入酸式漏斗中抽濾;

（3）將漏斗中的產(chǎn)物挖出放入2000ml的燒杯中，用除鹽水洗滌，沉化30分鐘后，將上層清液倒入漏斗中洗滌，如此重復(fù)15～20次，至溶液的pH值為中性;

（4）取出產(chǎn)物放入瓷槽中通風(fēng)干燥;

（5）稱量，記錄數(shù)據(jù);

（6）放入烘箱中，7小時(shí)后稱量，記錄數(shù)據(jù)。

（7）放入馬弗爐中，設(shè)定950℃，4小時(shí)后取出，待溫度降至室溫后稱量，記錄數(shù)據(jù)。

（四）含量測(cè)定

以氫氧化鈉熔融法進(jìn)行產(chǎn)物分析，并通過(guò)分別測(cè)定，得到原樣的各組分含量。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

（一）煅燒溫度的影響

1.煅燒溫度對(duì)除碳率的影響

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)煅燒溫度大于750℃時(shí)，碳的去除率均在99.00%以上，從節(jié)能方面考慮，選擇煅燒溫度為750℃。

2.煅燒溫度對(duì)組分含量的影響

溫度升高，煤系高嶺巖因脫碳、脫水而使其晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞，結(jié)晶程度下降。因此高溫煅燒可使高嶺石中的硅氧四面體骨架易于裂解，并使硅鋁分離得到四配位的鋁，此時(shí)Al2O3活性增大。試驗(yàn)表明，在750℃左右活性最大，溫度繼續(xù)升高至800℃ 時(shí)，因重新生成新的結(jié)晶相而使其活性下降。

（二）浸泡時(shí)間的影響

隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，化學(xué)反應(yīng)的程度逐步加深，但達(dá)到一定的時(shí)間后，硅的含量便不再增加，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果及節(jié)能方面考慮，選擇浸泡時(shí)間為3天。

（三）固液比的影響

隨著礦漿初始固液比的減小，固體浸渣中的雜質(zhì)鐵含量有所降低。當(dāng)酸浸初始固液比小于1：4時(shí)，Al2O3 和鐵的浸出率基本不變。為減少硫酸耗量，酸浸初始固液比以1：4為宜。

三、結(jié)論

實(shí)驗(yàn)確定了制備白炭黑的最佳工藝條件：煅燒溫度為750℃，浸泡時(shí)間3天，初始固液比為1：4，證實(shí)了油頁(yè)巖灰渣制備白炭黑的可行性，實(shí)驗(yàn)結(jié)論能否應(yīng)用于不同品位的油頁(yè)巖仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅萬(wàn)江，蘭新哲，宋永輝.油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)利用技術(shù)進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)，2014，32（9）：25-30.

[2] 李素英，錢海燕.白炭黑的制備與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2018，40（1）：8-10.

[3] 張秋民，關(guān)軍，何德民.幾種典型的油頁(yè)巖干餾技術(shù)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2006，36（6）：1019— 1026.

作者簡(jiǎn)介：

李華北（1982- ），男，吉林長(zhǎng)嶺人，講師，碩士，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程、污染治理。

基金項(xiàng)目：黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院青年骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃（2019-21）