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硅灰石同鹽酸作用時(shí)，總反應(yīng)方程式可寫為：

CaSi03+2HCI+(n-1)H20 =CaC12

+Si02·nH20

鹽酸分解硅灰石礦的化學(xué)反應(yīng)屬于液固相間的多相反應(yīng)過程，反應(yīng)都是在硅灰石顆粒表面上進(jìn)行的。

動(dòng)力學(xué)研究表明，用HCI分解CaSi03 的多相反應(yīng)主要是受擴(kuò)散控制，尤其是在反應(yīng)的后期。所以，其反應(yīng)機(jī)理可以是：

擴(kuò)散到CaSi03表面上的HCI被吸附，形成中間物CaHClSi03，即

CaSi03+HCI ——CaHCISiOs

CaHClSi03進(jìn)一步同擴(kuò)散而來的HCI 作用：

CaHClSiOs+ HCl—>CaC12 + H2s03

1-12503在后續(xù)的高溫陳化過程中轉(zhuǎn)化為Si02 · nH20。

所以，為使酸解反應(yīng)較快地進(jìn)行，并防止膠狀物包裹礦石顆粒的現(xiàn)象發(fā)生，必須使反應(yīng)在合適溫度下進(jìn)行充分地?cái)嚢?，礦石要粉碎到具有足夠的細(xì)度。通常是利用反應(yīng)時(shí)放出的熱量來維持所需的溫度。

由于礦石中含有較多的金屬雜質(zhì)，酸解后與caC12一起進(jìn)入液相中，它們在陳化過程中易被形成的膠狀物所吸附，在過濾洗滌時(shí)不易洗干凈而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。為解決這一問題，我們采取在分解前對礦粉進(jìn)行預(yù)處理的方法，即用少量的稀鹽酸同礦粉一起充分?jǐn)嚢?，以溶解礦石中大部分的金屬雜質(zhì)，而 CaSi03由于同稀HCI間的反應(yīng)較慢．故幾乎不發(fā)生溶解反應(yīng)。反應(yīng)后經(jīng)過濾、洗滌，使硅灰石中的大部分金屬雜質(zhì)得以除去。

3.1原料礦石要粉碎至325目。因礦石中 caSi03同雜質(zhì)間以極細(xì)的粒度互相嵌布，如顆粒細(xì)小，盡量使雜質(zhì)暴露于顆粒的表面，則對預(yù)處理除雜過程有利，對酸解亦有利。

3.2預(yù)處理除雜用3％一5％的稀鹽酸溶液在攪拌反應(yīng)槽中同礦粉進(jìn)行攪拌反應(yīng)約 20min，然后進(jìn)行過濾和洗滌，使進(jìn)人液相中的雜質(zhì)同caSi03分離開來。反應(yīng)溫度應(yīng)控制在40一50 ℃，以加快除雜過程。

3.3酸解與陳化將除雜后的濾餅加到攪拌反應(yīng)槽中，加人少量的（計(jì)量）水調(diào)成漿狀，然后在攪拌下加人2凵的鹽酸使之反應(yīng)，鹽酸加人量以控制反應(yīng)后料漿的pH值在3一4 為宜。

向反應(yīng)料漿中加入約4倍體積的熱水，加熱至90一95 ℃進(jìn)行陳化，并進(jìn)行適度地?cái)嚢?。陳化時(shí)間一般不應(yīng)少于2h0

3.4過濾與洗滌陳化后的膠狀物經(jīng)冷卻沉降，進(jìn)行真空過濾及洗滌，濾液去蒸發(fā)、結(jié)晶，以回收副產(chǎn)物一·氯化鈣；濾餅用去離子水洗至呈弱酸即可。

3.5干燥將洗滌、抽濾合格的白色濾餅于 120一130 ℃下干燥2一3h，使其中的游離水含量< 8％，即可得到白色疏松的粉狀物白炭黑產(chǎn)品

4.1產(chǎn)品質(zhì)量按上述方法制備的白炭黑，其物性指標(biāo)見表2。

表2由硅灰石粉制備的白炭黑的物性指標(biāo)

4.2預(yù)處理除雜較好的除雜條件為：鹽酸濃度為5％，固液為1：2一3，介質(zhì)pH值為2一3，反應(yīng)溫度為40一50。c，攪拌充分，采用真空抽濾和洗滌，這樣可使礦粉中金屬雜質(zhì)的大部分除去，而CaSi03則損失較少。

4.3酸解與陳化此過程是制備白炭黑的關(guān)鍵。由鹽酸分解硅灰石的動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理可知，用HCI酸解CaSi03時(shí)必須維持較大的酸度，使溶液的pH值控制在3一4時(shí)較為合適。在此條件下，既可使雜質(zhì)被溶解進(jìn)人液相，又可使cas℃3有較快的分解速度，反應(yīng)生成酸性硅溶膠，即白色絮狀膠體物質(zhì)。

酸解反應(yīng)應(yīng)在充分?jǐn)嚢柘?，并保持合適的反應(yīng)溫度，在2一3b內(nèi)即可完成。一般來說，攪拌越充分，反應(yīng)時(shí)間越長，對酸解反應(yīng)越有利。隨著鹽酸的不斷消耗，溶液的pH值逐步增大，反應(yīng)終結(jié)時(shí)pH值應(yīng)為5。

向反應(yīng)料漿中加人4倍體積的熱水，并加熱至90一95 ℃進(jìn)行陳化。根據(jù)Oswa舊的陳化理論，在多分散的溶膠體系中，隨著小粒子的溶解而大粒子進(jìn)一步聚合成長，直至體系中大小粒子溶解度接近時(shí)為止。當(dāng)向體系中加水升溫后，溶液pH值增大至5以上，在此條件下細(xì)小的溶膠粒子聚合長大，并且使粒子均勻化。在80 ℃至沸騰溫度下陳化1-2h即可滿足生產(chǎn)要求。

4.4過濾與洗滌采用真空抽濾。洗滌時(shí)先用工業(yè)自來水洗，最后兩次用去離子水洗，洗滌一次抽濾脫水一次，這樣可將被沉淀物吸附在內(nèi)的雜質(zhì)逐步洗去。

4.5干燥由于白炭黑的填充補(bǔ)強(qiáng)性能與其表面所含羥基數(shù)目有關(guān)，若表面含水分太少，則所含羥基數(shù)目亦相應(yīng)減少，因而產(chǎn)品活性差，降低了白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性能，一般要求含水量為6％一7％時(shí)好。同時(shí)少量水分的存在可以防止產(chǎn)品粒子間的再行凝聚，使其具有很好的分散性能。

采用本方法，以天然硅灰石礦為原料生產(chǎn)白炭黑是可行的。產(chǎn)品質(zhì)量較好，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本較低，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。