白炭黑的生产工艺及其应用

白炭黑的生产工艺及其应用

何李军

工艺2011（卓越）11031010504

摘要：白炭黑属于硅系白色补强型粉体材料，是合成水合硅酸和硅酸盐的总称，包括沉淀SiO2、气相SiO2、Ca·SiO3、Mg·SiO3、Al2(SiO3)3等。由于它们具有与炭黑媲美的性能和外观上为白色的特性，故统称为白炭黑。不过通常讲的白炭黑大多是指SiO2而言。白炭黑经典的制造方法分3类：气相法、沉淀法和离解法。工业上的制备方法都是这3种方法的组合或改良。由于生产方法不同，其性能和用途也有所不同。本文就白炭黑的不同生产工艺其应用展开论述。

关键词：白炭黑生产工艺应用沉淀法气相法离解法

Production processes and application of silica white

Lijun He

Abstract:Silica white is white reinforced silicon powder materials, It is the collectively of Silicate Hydrate of synthesis and silicates.including precipitation of SiO2,gas phase SiO2、Ca·SiO3、Mg·SiO3、Al2(SiO3)3 and so on.But generally speaking mostly refers SiO2 silica white terms.The classic method of manufacturing a silica white three categories: vapor phase method, a precipitation method and from the solution. Industrial preparation methods are a combination of these three methods or improved. As production methods, the properties and uses are different. In this paper, silica white different production processes of its application to start on.

Key word:silica white Production processes application vapor phase method precipitation method pyrolysis method

前言

白炭黑即水合二氧化硅是微细粉末状或超细粒子状的二氧化硅，高纯者SiO2达99.8％，质轻，原始粒径<0.0003mm，比重2.319—2.653，熔点1750℃。白炭黑经典的制造方法分3类：气相法、沉淀法和离解法。工业上制备方法不外这3种方法的组合或改良。

白炭黑主要制备工艺

1 气相法[1]

气相法是目前发达国家工业化生产纳米级白炭黑的主要方法。气相白炭黑是硅的氯化物四氯化硅或三氯—甲基硅烷在氢气和氧气混合气流中经高温水解生成的一种无定型粉末，往往是球形颗粒，表面带有羟基和吸附水，粒径在7～40nm 之间，比表面积大，化学纯度高，SiO2>99.8％。气相白炭黑根据是否进行过表面处理可分为亲水型和疏水型，根据比表面的大小又可分为不同的型号。

其工艺过程为：经气化的四氯化硅、氢和氧组成的均相气体混合在水解炉中燃烧，进行高温水解反应，烟雾状的白炭黑通过聚集器聚集，然后经分离器到脱酸炉中进行脱酸处理，即可得到超细白炭黑。反应生成的HCl气体经水洗塔水洗后成为低浓度的盐酸。

反应式为：

→SiO2·nH2O +4HC1

SiCl4+(n+2)H2+(n／2+1)O2高温

此法得到的产品纯度高，分散度好，粒子细而呈球形，表面羟基少，是将四氯化硅气体在氢—氧气流中于高温下水解制得，产品纯度极度，性能优异，因而具有优异的补强性能。但对设备要求较高，原料稀少极贵，技术控制复杂，投资规模很大。

2 沉淀法

沉淀法白炭黑普遍采用硅酸盐(通常为硅酸钠)与无机酸(通常使用硫酸)中和沉淀反应的方法来制取，生成水合二氧化硅沉淀后，根据成品要求，在辊筒压滤机或板块压滤机中经过滤，洗涤除去多余的水分和反应副产物，得到白炭黑滤饼，再经干燥(通常为喷雾干燥)得到成品。通过控制反应过程中物料的比例，流量及反应的温度、时间，经过滤，洗涤和干燥等后处理，可得到不同比表面积，粒径、纯度、形态、结构度、孔隙度的制品。白炭黑生产工艺不同，其物理化学特性也各不相同，其正好可满足不同用途和性能的要求。

2.1 硫酸沉淀法

该方法是基于酸与硅酸钠发生凝胶化反应的原理。反应经过两个步骤完成：缩合成溶胶，溶胶再转化成水凝胶。

反应式为：

Na2O·mSiO2+H2SO4+nH2O→Na2SO4+mSiO2·(n+1)H2O

沉淀条件如酸度、温度、时间等因素对产品的性质影响很大。质量不好的硅酸钠溶液中往往含有复杂的硅酸聚合体，在酸化过程中这些聚合体会迅速扩大，形成硅酸凝块，一些机械杂质如Fe3+，Al3+，Ca2+等电解质的存在会促进凝块的形成，影响产品的质量。特别是铁含量高会致使白炭黑产品带红色，透明度低。硅酸钠溶液的浓度会严重影响产品的分散性和结构。提高酸化的温度(在95～97℃下熟化30 min比较理想)会促进硅酸的凝聚，加速硅酸的脱水缩合，从而促进粒子的形成，有利于白炭黑质量的提高。但是温度过高也会由于很快沉淀而形成粗大粒子，降低白炭黑的质量。

2.2 盐酸沉淀法

将硅酸钠和盐酸作用制造晶种，再将晶种、硅酸钠、盐酸一起加入反应锅内反应、熟化。该方法制备高活性白炭黑，关键在于防止硅酸聚集成硅凝胶。为此在硅溶胶的制备过程中，应严格控制pH，尽量选取接近凝胶点的pH为最佳控制值；其次在沉淀反应过程中，选择pH 6.0～8.0、反应温度50～80℃比较理想。必要时加入适量NaC1，以使SiO2，粒子聚集成二次粒子沉淀下来，并加入适量表面活性剂，改善产品的吸油值和色泽亮度。

以硅酸铺为原料其反应式为:

Na2SiO3+HC1→2NaC1+H2SiO3H2SiO3→SiO2·nH2O 3 离解法

离解法根据使用原料的不同又可分为非金属矿物法，禾本科填物法和副产品回收