二氧化硅的工业化生产
二氧化硅制备

二氧化硅制备二氧化硅是一种重要的无机化合物,化学式为SiO2。
它在自然界中广泛存在,是许多岩石和矿石的主要成分之一。
二氧化硅也被广泛应用于工业生产和科学研究中。
制备二氧化硅的方法有多种,下面将介绍几种常见的方法。
1. 硅石熔融法硅石熔融法是制备二氧化硅最常用的方法之一。
首先将硅石粉碎成粉末,并加入一定比例的氢氧化钠或氢氧化钾作为熔剂。
然后,在高温下将硅石和熔剂混合熔融,使其反应生成硅酸钠或硅酸钾。
随后,将得到的硅酸钠或硅酸钾溶液与酸反应,生成二氧化硅沉淀。
最后,将沉淀经过过滤、洗涤和干燥等步骤,得到纯净的二氧化硅。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的低温制备二氧化硅的方法。
首先,将适量的硅源(如硅酸酯)溶解在有机溶剂中,形成胶体溶液。
然后,在适当的温度下,通过水解、缩聚等反应,使溶液中的硅源逐渐聚合成二氧化硅凝胶。
最后,将凝胶进行热处理,去除有机物,并得到纯净的二氧化硅。
3. 气相法气相法是一种高温制备二氧化硅的方法。
在这种方法中,将硅源(如硅酸酯)蒸发成气态,然后与氧气反应生成二氧化硅。
反应过程通常在高温和低压下进行,以促进反应的进行。
气相法制备的二氧化硅通常具有较高的纯度和较细的颗粒大小。
4. 水热法水热法是一种在高温高压水环境下制备二氧化硅的方法。
首先,在适当的温度和压力下,将硅源(如硅酸酯)和溶剂(如水)混合,并进行加热。
在水热反应的条件下,硅源会逐渐水解和缩聚,生成二氧化硅。
水热法制备的二氧化硅通常具有较高的纯度和较大的比表面积。
除了以上几种常见的制备方法,还有其他一些方法可以用于制备二氧化硅,如电解法、溶液法等。
每种方法都有其适用的场景和特点。
在工业生产中,根据不同的需求和要求,可以选择合适的制备方法。
二氧化硅是一种重要的无机化合物,具有广泛的应用价值。
通过不同的制备方法,可以得到纯净的二氧化硅,并应用于各个领域,如材料科学、化学工程、电子技术等。
未来,随着科学技术的不断发展,制备二氧化硅的方法也将不断创新和改进,以满足人们对不同性质二氧化硅的需求。
人造二氧化硅工艺流程

人造二氧化硅工艺流程人造二氧化硅的工艺流程,那可真是个超有趣的事儿呢!咱先来说说原料准备这一块。
制造人造二氧化硅呀,得有合适的原材料。
一般来说,硅酸钠就是个很重要的原料哦。
硅酸钠溶液就像一个魔法药水的基底,它里面蕴含着制造二氧化硅的关键元素。
这硅酸钠溶液可不能随便对付,得保证它的浓度和纯度都在合适的范围呢。
要是浓度不对呀,就像做菜盐放多放少了一样,后面做出的二氧化硅可能就不符合要求啦。
接下来就是反应过程啦。
把硅酸钠溶液和酸进行反应,这个酸呢,常见的有硫酸之类的。
当酸和硅酸钠溶液相遇的时候,就像两个性格不同的小伙伴开始互动起来。
它们会发生化学反应,这个反应可不得了,会慢慢生成硅酸沉淀。
这个时候呀,溶液里就开始有小颗粒出现啦,就像是魔法在施展,小颗粒越来越多,越来越明显。
这个过程的条件也很重要呢,温度啦,酸碱度啦,都得小心翼翼地控制着。
就好比照顾小婴儿一样,哪一个条件没照顾好,可能硅酸沉淀就不能很好地形成。
然后就是沉淀的处理啦。
生成的硅酸沉淀可不能就这么放在那不管。
得把它从溶液里分离出来,这个分离的过程就有点像从沙子里挑出金子一样,要很细致呢。
通常会用到过滤的方法,让硅酸沉淀留在滤纸上,把溶液里的其他杂质都过滤掉。
这时候的硅酸沉淀就像是刚刚被发掘出来的璞玉,还需要进一步加工。
再之后就是干燥过程啦。
把过滤得到的硅酸沉淀放到合适的环境里进行干燥。
这个干燥的环境就像一个温暖的小窝,要能让硅酸沉淀里的水分慢慢跑掉。
如果干燥得太快或者太慢都不好,太快的话可能会让硅酸沉淀的结构受到影响,太慢的话又会浪费时间,就像烤蛋糕一样,火候得刚刚好。
最后就是煅烧啦。
干燥后的硅酸沉淀要进行煅烧,这就像是给它来一场烈火的考验。
在高温的煅烧下,硅酸沉淀会发生变化,最终变成我们想要的二氧化硅。
这个温度也是有讲究的,不同的温度可能会让二氧化硅的性质有一些差异呢。
人造二氧化硅的工艺流程,每一个步骤都像是一场小小的冒险,每个环节都紧紧相扣。
工业硅的生产流程

工业硅的生产流程一、原料准备。
工业硅生产的原料那可得好好挑选呢。
主要的原料就是硅石,这硅石就像是工业硅的“老家”,它的质量很关键哦。
要那种二氧化硅含量高的硅石,就像我们找好朋友得找靠谱的一样。
除了硅石,还需要还原剂,常见的就是木炭或者是石油焦之类的。
这还原剂啊,就像是一个小助手,帮助把硅从硅石里“解救”出来。
这些原料在进入生产环节之前,还得经过一些预处理,比如说硅石得被破碎成合适的大小,就像把大蛋糕切成小块一样方便下嘴,哦不,是方便后续的反应。
二、电炉熔炼。
接下来就到了很重要的电炉熔炼啦。
把准备好的硅石和还原剂按照一定的比例混合好,就像调配美食的调料一样精确,然后把它们放进电炉里。
这个电炉可就像是一个超级大熔炉,充满了魔法一样。
当通电之后,电炉里的温度会升得超级高,高到什么程度呢?就像太阳公公发火的时候那么热呢。
在这么高的温度下,硅石和还原剂就开始发生反应啦。
硅石里的二氧化硅被还原剂夺走了氧,慢慢地,硅就被还原出来了。
这个过程就像是一场激烈的抢夺大战,还原剂这个小勇士把氧从硅石那里抢过来,让硅石变成了液态的工业硅。
三、精炼。
不过刚被还原出来的工业硅还不是特别纯净呢,就像一个有点小邋遢的小朋友。
所以就需要精炼这个步骤啦。
精炼的方法有好几种,其中一种就是吹气精炼。
就像给这个有点脏的小朋友洗个澡一样,往液态的工业硅里吹入气体,这气体就像一个个小扫帚,把杂质给扫出去。
还有一种是熔剂精炼,加入一些特殊的熔剂,这些熔剂就像一个个小磁铁,把杂质吸附住,然后就可以把它们和纯净的工业硅分离开来啦。
四、浇铸成型。
经过精炼之后,纯净的工业硅就可以进行浇铸成型啦。
把液态的工业硅倒入特定的模具里,就像把水倒入不同形状的容器里会变成不同的形状一样。
等液态的工业硅冷却下来,就变成了我们想要的工业硅成品的形状啦,可能是块状的,也可能是其他形状的。
解析工业硅的生产工艺与技术

解析工业硅的生产工艺与技术工业硅是一种重要的无机化工原材料,广泛应用于电子、光伏、化工等领域。
本文将对工业硅的生产工艺与技术进行解析,包括原料准备、工艺流程、设备选型、能耗控制等方面。
一、原料准备工业硅的主要原料是硅石,其化学成分主要为二氧化硅(SiO2)。
硅石的来源通常有天然矿石和人工合成两种途径。
天然矿石主要有石英石、水晶石等,而人工合成则以石英砂为基础进行高温烧结制备。
二、工艺流程1. 原料处理:对硅石进行粉碎、筛分、清洗等处理,去除杂质和粉尘。
2. 还原冶炼:将经过处理的硅石与还原剂(如焦炭、木炭)混合,进入电炉或高炉进行还原冶炼。
还原冶炼的过程中,主要通过高温和还原剂的反应,使二氧化硅还原为金属硅。
3. 精炼提纯:通过精炼设备,如分馏塔、反应炉等,对还原后的金属硅进行进一步的精炼提纯。
这一步主要是利用物理方法和化学反应去除金属硅中的杂质,提高工业硅的纯度。
4. 冷却成型:将精炼后的工业硅通过冷却设备,如冷却器或连铸机,进行冷却成型。
常见的成型形式包括棒状、块状、颗粒状等。
三、设备选型工业硅的生产过程需要配备一系列的设备,包括原料处理设备、冶炼设备、精炼设备、冷却成型设备等。
在设备选型时,需要考虑生产规模、能耗控制、操作便捷等因素,选择合适的设备。
常见的设备有破碎机、筛分机、热炉、反应器、蒸馏塔、连铸机等。
四、能耗控制工业硅的生产过程中能耗控制是重要的环节。
合理的能耗控制可以降低生产成本、提高生产效率。
能耗控制的关键在于选择高效的设备、优化工艺流程、提高热能利用效率等。
同时,设备的维护保养也是保证能耗控制的重要环节。
结语工业硅的生产工艺与技术涉及原料准备、工艺流程、设备选型和能耗控制等方面。
通过科学合理的生产工艺和技术手段,可以实现高效、稳定、低能耗的工业硅生产。
随着科技的发展和工艺的改良,工业硅的生产工艺与技术也将不断提升和创新,为工业硅的应用提供更好的技术支持。
二氧化硅的应用

二氧化硅的应用二氧化硅,化学式为SiO2,是一种无机化合物,常见的天然矿物有石英、石家不磷石和玻璃等。
由于其结构稳定且物理性质优越,二氧化硅被广泛应用于各个领域,其应用价值和重要性逐渐被人们所认识和重视。
一、工业领域的应用1. 玻璃制造:作为玻璃的主要成分之一,二氧化硅赋予玻璃优异的透明性、硬度和耐腐蚀性能。
通过控制硅的含量和熔融过程,可以制造出不同类型的玻璃,如平板玻璃、光学玻璃和特种玻璃等。
2. 陶瓷工艺:在陶瓷制造过程中,二氧化硅可以增加陶瓷的强度、耐火性和耐磨性。
它还可以调节陶瓷的收缩率和热稳定性,使陶瓷制品更加坚固和耐用。
3. 涂料和油漆:二氧化硅可用作涂料和油漆的填充剂和增稠剂,提高涂层的流平性、抗结皮性和附着力。
此外,二氧化硅还能增加涂层的硬度和耐磨性。
4. 橡胶工业:作为增强填料,二氧化硅可以提高橡胶制品的强度、耐磨性和耐候性。
它还可用于制造医疗用品、轮胎、密封件等。
二、生命科学领域的应用1. 医疗领域:二氧化硅在医疗技术中有着广泛的应用。
例如,二氧化硅微粒可用于制备药物缓释系统、控制药物释放速率,可以提高药物的效果和疗效。
此外,二氧化硅纳米颗粒还可以用于癌症治疗、基因递送和疫苗开发等。
2. 生物传感器:利用二氧化硅的生物相容性和高表面积特性,制备生物传感器可以检测和测量生物分子、细胞和蛋白质的存在和浓度,有助于疾病的早期诊断和治疗。
3. 组织工程:二氧化硅纳米颗粒可以用于制备人工骨骼和软骨组织,促进骨细胞和软骨细胞的增殖和生长,有助于修复和替代受损的组织。
三、环境领域的应用1. 污水处理:二氧化硅可以用于净化和处理污水中的有机物和重金属离子。
通过调节二氧化硅的结构和表面性质,能够有效吸附和去除污染物,提高污水的质量。
2. 大气污染控制:二氧化硅颗粒可以用于捕捉和吸附空气中的有害气体,如硫化物和氮氧化物。
这可以减少大气污染物的排放量,改善空气质量。
3. 垃圾填埋场和废物处理:二氧化硅可以用于垃圾填埋场的封闭层和废物处理过程中的防渗层和过滤介质。
二氧化硅的工业化生产

二氧化硅的工业化生产1.1二氧化硅的种类二氧化硅也称硅质原料,不仅包括天然矿物,也包括各种合成产品,其产品可分为结晶态和无定形态两类。
二氧化硅天然矿物通常包括结晶态二氧化硅矿物石英砂、脉石英、粉石英和无定形硅矿物硅藻土。
合成产品主要是白炭黑(无定形二氧化硅),包括气相白炭黑(气相二氧化硅)、沉淀白炭黑(沉淀二氧化硅)。
石英是二氧化硅天然矿物的主要矿物组分,化学成分为SiO2,玻璃光泽,断口呈油脂光泽。
贝壳状断口,莫氏硬度7,密度2.65~2.66。
颜色不一,无色透明的叫水晶,乳白色的叫乳石英。
按其结晶习性分,三方晶系的为低温石英,又叫-石英;六方晶系的为高温石英,又称-石英。
石英砂是一个矿产品的专门名词,它泛指石英成分占绝对优势的各种砂,诸如海砂、河砂、湖砂等。
地质学按成因将它们划分为冲积砂、洪积砂、残积砂等。
石英砂的矿物含量变化很大,以石英为主,其次包含各类长石、岩屑、重矿石(石榴子石、电气石、辉石、角闪石、榍石、黄玉、绿帘石、钛铁矿等)以及云母、绿泥石、黏土矿物等。
石英砂岩,是一种固结的砂质岩石,常简称为砂岩,是自然界最常见、最普通的硅质矿物原料之一,其石英和硅质碎屑含量一般在95%以上,副矿物多为长石、云母和黏土矿物,重矿物含量很少。
常见的重矿物有电气石、金红石、磁铁矿等。
石英岩是由石英砂岩或其他硅质岩石经过变质作用而形成的变质岩。
脉石英是与花岗岩有关的岩浆热液矿脉,其矿物组成几乎全部为石英。
粉石英是一种颗粒极细、二氧化硅含量很高的天然石英矿。
粉石英这一词过去叫法很多,它既包括天然的粉石英,同时也包括了由硅质矿物原料(石英岩、脉石英)加工而成的石英细粉。
硅砂是以石英为主要成分的砂矿飞总称。
以天然颗粒状态从地表或地层中产出的硅砂,以及石英岩、石英砂岩风化后呈粒状产出的砂矿称为“天然硅砂”(或简称“硅砂”)。
与此对应,将块状石英岩、石英砂岩粉碎成粒状则称“人造硅砂”。
1.2二氧化硅的性质1.2.1性质二氧化硅在自然界分布很广,如石英、石英砂等。
生产二氧化硅的工艺流程化学

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工业二氧化硅

工业二氧化硅
工业二氧化硅是一种重要的工业原料,也被称为工业硅或工业石英。
它是由纯度较高的二氧化硅矿石经过矿石的选矿、破碎、矿石中杂质的除去、酸浸、过滤、干燥等工艺步骤制得的。
工业二氧化硅主要用于玻璃行业、建筑材料行业、陶瓷行业、化工行业、电子行业等。
在玻璃行业中,工业硅用于制造玻璃的主要成分,如玻璃纤维、光学玻璃、输送玻璃、太阳能玻璃等。
在建筑材料行业中,工业硅常被用于制造高强度水泥、防水涂料和防水粉等材料。
在陶瓷行业中,工业硅被用于制造陶瓷材料的主要成分,如瓷砖、瓷器、陶瓷卫浴等。
在化工行业中,工业硅常被用于制造硅胶、硅酸盐等化学产品。
在电子行业中,工业硅则用于制造半导体材料、太阳能电池等。
工业二氧化硅的品质取决于其纯度、颗粒度、形态等指标。
高纯度的工业硅具有良好的化学稳定性、热稳定性和机械性能,广泛应用于高科技领域。
需要注意的是,工业二氧化硅与医疗用途的二氧化硅有所区别。
医疗用途的二氧化硅通常是经过更严格的净化和处理,用于制造药品、医疗器械等。
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二氧化硅的工业化生产1.1 二氧化硅的种类二氧化硅也称硅质原料,不仅包括天然矿物,也包括各种合成产品,其产品可分为结晶态和无定形态两类。
二氧化硅天然矿物通常包括结晶态二氧化硅矿物石英砂、脉石英、粉石英和无定形硅矿物硅藻土。
合成产品主要是白炭黑(无定形二氧化硅),包括气相白炭黑(气相二氧化硅)、沉淀白炭黑(沉淀二氧化硅)。
石英是二氧化硅天然矿物的主要矿物组分,化学成分为SiO2,玻璃光泽,断口呈油脂光泽。
贝壳状断口,莫氏硬度7,密度2.65~2.66 。
颜色不一,无色透明的叫水晶,乳白色的叫乳石英。
按其结晶习性分,三方晶系的为低温石英,又叫 -石英;六方晶系的为高温石英,又称 -石英。
石英砂是一个矿产品的专门名词,它泛指石英成分占绝对优势的各种砂,诸如海砂、河砂、湖砂等。
地质学按成因将它们划分为冲积砂、洪积砂、残积砂等。
石英砂的矿物含量变化很大,以石英为主,其次包含各类长石、岩屑、重矿石(石榴子石、电气石、辉石、角闪石、榍石、黄玉、绿帘石、钛铁矿等)以及云母、绿泥石、黏土矿物等。
石英砂岩,是一种固结的砂质岩石,常简称为砂岩,是自然界最常见、最普通的硅质矿物原料之一,其石英和硅质碎屑含量一般在95%以上,副矿物多为长石、云母和黏土矿物,重矿物含量很少。
常见的重矿物有电气石、金红石、磁铁矿等。
石英岩是由石英砂岩或其他硅质岩石经过变质作用而形成的变质岩。
脉石英是与花岗岩有关的岩浆热液矿脉,其矿物组成几乎全部为石英。
粉石英是一种颗粒极细、二氧化硅含量很高的天然石英矿。
粉石英这一词过去叫法很多,它既包括天然的粉石英,同时也包括了由硅质矿物原料(石英岩、脉石英)加工而成的石英细粉。
硅砂是以石英为主要成分的砂矿飞总称。
以天然颗粒状态从地表或地层中产出的硅砂,以及石英岩、石英砂岩风化后呈粒状产出的砂矿称为“天然硅砂”(或简称“硅砂”)。
与此对应,将块状石英岩、石英砂岩粉碎成粒状则称“人造硅砂”。
1.2 二氧化硅的性质1.2.1 性质二氧化硅在自然界分布很广,如石英、石英砂等。
白色或无色,含铁量较高的是淡黄色。
密度2.65~2.66 。
熔点1670℃(鳞石英);1710℃(方石英)。
沸点2230℃。
不溶于水微溶于酸,微粒时能与熔融和碱类起作用。
二氧化硅的化学式SiO2,式量60.08,也叫硅石,是一种坚硬难溶的固体。
它常以石英、鳞石英、方石英三种变体出现。
从地面往下16千米几乎65%为二氧化硅的矿石。
天然的二氧化硅分为晶态和无定形两大类,晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。
纯石英为无色晶体,大而透明的棱柱状石英为水晶。
二氧化硅是硅原子跟四个氧原子形成的四面体结构的原子晶体,整个晶体又可以看作是一个巨大分子,SiO2是最简式,并不表示单个分子。
无定形二氧化硅为白色固体或粉末。
二氧化硅的化学性质很稳定,不溶于水也不跟水反应,是酸性氧化物,不跟一般酸反应。
二氧化硅的性质不活泼,它不与除氟、氟化氢和氢氟酸以外的卤素、卤化氢和氢卤素以及硫酸、硝酸、高氯酸作用。
氟化氢(氢氟酸)是唯一可使二氧化硅溶解的酸,生成易溶于水的氟硅酸。
反应式如下所示:SiO2 +4HF = SiF4↑ + 2H2O二氧化硅与碱性氧化物SiO2 + CaO =(高温) CaSiO3二氧化硅能溶于浓热的强碱溶液:SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O(盛碱的试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞)在高温下,二氧化硅能被碳、镁、铝还原:SiO2+2C=Si+2CO↑1.2.2 二氧化硅结构在大多数微电子工艺感兴趣的温度范围内,二氧化硅的结晶率低到可以被忽略。
尽管熔融石英不是长范围有序,但她却表现出短的有序结构,它的结构可认为是4个氧原子位于三角形多面的脚上。
多面体中心是一个硅原子。
这样,每4个氧原子近似共价键合到硅原子,满足了硅的化合价外壳。
如果每个氧原子是两个多面体的一部分,则氧的化合价也被满足,结果就成了称为石英的规则的晶体结构。
在熔融石英中,某些氧原子,成为氧桥位,与两个硅原子键合。
某些氧原子没有氧桥,只和一个硅原子键合。
可以认为热生长二氧化硅主要是由人以方向的多面体网络组成的。
与无氧桥位相比,有氧桥的部分越大,氧化层的粘合力就越大,而且受损伤的倾向也越小。
干氧氧化层的有氧桥与无氧桥的比率远大于湿氧氧化层。
因此,可以认为,SiO2与其说是原子晶体,却更近似于离子晶体。
氧原子与硅原子之间的价键向离子键过渡。
二氧化硅是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光导纤维和耐火材料的原料。
当二氧化硅结晶完美时就是水晶;二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙;二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石;二氧化硅晶粒小于几微米时,就组成玉髓、燧石、次生石英岩。
物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源,晶体属三方晶系的氧化物矿物,即低温石英(α-石英),是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。
广义的石英还包括高温石英(β-石英)。
石英块又名硅石,主要是生产石英砂(又称硅砂)的原料,也是石英耐火材料和烧制硅铁的原料。
1.3 应用领域和用途(1)玻璃平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品(玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等)、光学玻璃、玻璃纤维、玻璃仪器、导电玻璃、玻璃布及防射线特种玻璃等的主要原料(2)陶瓷及耐火材料瓷器的胚料和釉料,窑炉用高硅砖、普通硅砖以及碳化硅等的原料(3)冶金硅金属、硅铁合金和硅铝合金等的原料或添加剂、熔剂(4)建筑混凝土、胶凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能检验材料(即水泥标准砂)等(5)化工硅化合物和水玻璃等的原料,硫酸塔的填充物,无定形二氧化硅微粉(6)机械铸造型砂的主要原料,研磨材料(喷砂、硬研磨纸、砂纸、砂布等)(7)电子高纯度金属硅、通讯用光纤等(8)橡胶、塑料填料(可提高耐磨性)在PVC地板中,粉石英主要作为填料,细度在320目,填充量为16%~18%;在PVC耐酸板管中,粉石英填料细度为400目,填充量为10%~15%,在塑料薄膜中,粉石英填料细度在600目以上,填充量为10%~12%。
(9)油漆、涂料(可提高涂料的耐候性)硅藻土由于具有不同的粒子形状和结构特征,再加上极高的吸油量,涂料中用它作为消光剂,主要用于平光乳胶漆和清漆、底漆及某些混凝土涂料中,它还在涂料中用作增加遮盖性颜料遮盖力的填料。
2.1 白炭黑白炭黑是一种人工合成的无定形二氧化硅超微粒子填料,白炭黑是多孔性物质,化学名称水合二氧化硅,分子式SiO2•nH2O(其中nH2O 是以表面羟基的形式存在),是微细粉末状或超细粒子状的二氧化硅,粒径小于100nm,通常为20~60nm,化学纯度高(高纯者SiO2达99.8%)。
分散性好,比表面积大,密度2.319~2.653g/cm3,熔点1750℃。
能溶于苛性碱和氢氟酸,不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外)。
耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。
白炭黑按制造工艺大体分为:气相法(气相法白炭黑、气相二氧化硅);沉淀法(沉淀法白炭黑、沉淀法二氧化硅)。
气相法白炭黑是利用氯硅烷经氢氧焰高温水解制得的一种精细、特殊的无定形粉体材料,制备工艺复杂,价格昂贵。
气相法白炭黑常态下为白色无定形絮状半透明固体胶状纳米粒子(粒径小于100nm),无毒,平均原生粒径为7~40nm,有巨大的比表面积,可达400m2/g。
产品纯度高,SiO2含量不小于99.8%,是一种多功能的添加剂,广泛用于涂料,可起到增稠、触变、消光等作用。
沉淀法白炭黑又分为传统沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑,前者是指以硫酸、盐酸、CO2与水玻璃为基本原料生产的二氧化硅,后者是指采用超重力技术、溶胶-凝胶法、化学晶体法、二次结晶法或反相胶束微乳液法等特殊方法生产的二氧化硅。
沉淀白炭黑属于含水二氧化硅,SiO2含量90%左右,市场需求量大。
沉淀白炭黑主要用作天然橡胶和合成橡胶的补强剂、牙膏摩擦剂等。
气相白炭黑主要用作硅橡胶的补强剂、涂料和不饱和树脂增稠剂,超细二氧化硅凝胶和气凝胶主要用作涂料消光剂、增稠剂、塑料薄膜开口剂等。
白炭黑比表面积研究是非常重要的,白炭黑的比表面积检测数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的,目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法,国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的,请参看我国国家标准(GB/T 19587-2004)-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。
2.2 白炭黑的制备工艺2.2.1 气相白炭黑(气相二氧化硅)的制备工艺主要为化学气相沉积(CAV)法,又称热解法、干法或燃烧法。
气相白炭黑的制备原理是硅卤化合物在氢气、氧气燃烧生产的水中进行高温(大于1000摄氏度)水解反应;然后聚冷,经过聚集、脱酸等后处理工艺而获得产品。
空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。
将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后,在蒸发器中加热蒸发,并以干燥、过滤后的空气为载体,送至合成水解炉。
四氯化硅在高温下气化(火焰温度1000~1800℃)后,与一定量的氢和氧(或空气)在1800℃左右的高温下进行气相水解;此时生成的气相二氧化硅颗粒极细,与气体形成气溶胶,不易捕集,故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒,然后经旋风分离器收集,再送入脱酸炉,用含氮空气吹洗气相二氧化硅至PH值为4~6即为成品。
其化学反应式如下:SiCl4(g)+ 2H2(g)+ O2(g)—> SiO2(g)+4HCl(g)2CH3SiCl3(g)+ 2H2(g)+5O2(g)—> 2SiO2(g)+6HCl(g)+2CO2(g)+ 2H2O(g)其中,CH3SiCl3是直接法合成甲基氯硅烷生产过程中不可避免的副产物,其比例约占单体总产量的10%~15%。
由于Si原子上多出一个甲基,用其合成白炭黑的机理要比用SiCl4复杂得多。
在20世纪60~70年代,气相白炭黑主要以四氯化硅为原料,生产工艺较易控制,但成本较高。
目前气相白炭黑制造公司与有机硅单体生产公司密切合作,利用廉价的有机硅副产物为主要原料,生产气相法白炭黑;而气相法白炭黑生产过程中副产的盐酸,则返回有机硅单体厂用于有机硅单体的合成,同时用于有机硅产品的后加工,形成一个资源循环利用,相互促进发展的良性循环,具有极好的社会经济效益。
德国迪高沙(Degussa)公司和美国卡伯特(Cabot)公司的气相法生产技术全球领先。
他们的生产装置规模大,自动化程度高,产品成本低,牌号(尤其是应用于特殊领域的功能性专用产品牌号)多,品质好,如表面积分布均匀、含水量低。
我国沈阳化工股份有限公司及上海氯碱化工股份有限公司也采用气相法生产,但在生产规模、生产技术、自动化程度及产品牌号等方面远不及国外大公司。
广州吉必盛科技实业有限公司是目前国内产量最大,牌号最全,技术最先进的气相二氧化硅供应商,是气相二氧化硅国家标准GB20020-2005负责起草单位。