白炭黑及其生產(chǎn)方法

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1、硅在自然界中主要以二氧化硅和硅酸鹽的狀態(tài)存在，一切植物皆含有少量的二氧化硅，動(dòng)物體內(nèi)的結(jié)締組織中亦含有二氧化硅。硅在地殼中的含量是絕對豐富的，硅在地殼中的重量百分?jǐn)?shù)為27.6%，僅次于氧（47.2%）為第二位。無機(jī)硅化合物在八十年代是無機(jī)化學(xué)品中發(fā)展較快的系列產(chǎn)品，尤其是近些年來發(fā)展更為迅速。在德溫特中心專利索引的無機(jī)化學(xué)品類中，硅化合物的專利文摘量占了絕對的優(yōu)勢。由此可以看出，無機(jī)硅化合物，在眾多的無機(jī)化學(xué)品中是有明顯的競爭力的。?縱觀世界情況，硅化合物的新品種近些年來增加并不多，而對于無機(jī)硅化合物用途的開發(fā)則較為重視。例如硅化合物中最老的品種硅酸鈉，目前也在向高性能、

2、高附加價(jià)值化發(fā)展；美國莫比爾公司對于ZSM沸石研制了多種規(guī)格，幾乎可用于石油化工的各個(gè)催化過程；氮化硅陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)正在向?qū)嵱没M(jìn)軍。因此，從目前開發(fā)趨勢看，無機(jī)硅化合物將會(huì)大量進(jìn)入到輕工、食品、醫(yī)藥、建筑、電子、冶金、機(jī)械工業(yè)等許多領(lǐng)域，一定大有發(fā)展前途。我國的硅化合物產(chǎn)品主要是解放后才逐步發(fā)展起來，至今才有幾十個(gè)品種，因此差距還較大。我國具有優(yōu)質(zhì)而豐富的資源，為研究開發(fā)更多的硅化合物提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。近十多年來，不僅得到了化工部的重視，并委托科研單位出版了“硅鋁化合物”資料?？梢灶A(yù)料，我國的硅化合物的發(fā)展速度必將越來越快，與世界發(fā)達(dá)國家的差距必將越來越小。白炭黑是硅化合物中

3、較老的一個(gè)品種，三十年代中葉，德、蘇、美等國就開始研制，到四十年代末就進(jìn)入了工業(yè)生產(chǎn)，八十年代總生產(chǎn)能力達(dá)70～80萬噸/年。我國六十年代開始起步，八十年代千噸級的廠有兩家，年產(chǎn)量總共僅5000～6000噸，而且品種少，質(zhì)量差，能耗高，未形成系列化。因此，研制新產(chǎn)品和開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域的任務(wù)十分艱巨。1.物理化學(xué)性質(zhì)外觀為白色高度分散的無定形粉末或絮狀粉末，也有加工成顆粒狀作為商品的。比重為2.319～2.653，熔點(diǎn)為1750℃。不溶于水及絕大多數(shù)酸，在空氣中吸收水分后會(huì)成為聚集的細(xì)粒。能溶于苛性鈉和氫氟酸。對其它化學(xué)藥品穩(wěn)定，耐高溫不分解，不燃燒。具有很高的電絕緣性，多孔性

4、。內(nèi)表面積大，在生膠中有較大的分散力。經(jīng)表面改性處理的憎水性白炭黑易溶于油內(nèi)，用于橡膠和塑料等作為補(bǔ)強(qiáng)填充劑，都會(huì)使其產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度和抗撕指標(biāo)顯著提高。由于制造方法不同，白炭黑的物化性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)均會(huì)有一定差異，故其應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用效果也不同。2.用途。白炭黑的用途很廣，且不同產(chǎn)品具有不同的用途，現(xiàn)再概述如下：用作合成橡膠的良好補(bǔ)強(qiáng)劑，其補(bǔ)強(qiáng)性能僅次于炭黑，若經(jīng)超細(xì)化和恰當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗?，甚至?yōu)于炭黑。特別是制造白色、彩色及淺色橡膠制品時(shí)更為適用。用作稠化劑或增稠劑，合成油類、絕緣漆的調(diào)合劑，油漆的退光劑，電子元件包封材料的觸變劑，熒光屏涂覆時(shí)熒光粉的沉淀劑，彩印膠板填充劑，

5、鑄造的脫模劑。加入樹脂內(nèi)，可提高樹脂防潮和絕緣性能。填充在塑料制品內(nèi)，可增加抗滑性和防油性。填充在硅樹脂中，可制成耐200℃以上的塑料。在造紙工業(yè)中用作填充劑和紙的表面配料。還有用作殺蟲劑及農(nóng)藥的載體或分散劑，防結(jié)塊劑以及液體吸附劑和潤滑劑等。3.生產(chǎn)方法概述白炭黑的生產(chǎn)方法，根據(jù)國內(nèi)外的資料表明，主要是沉淀法和氣相法兩大類型。由于沉淀法所用原料便宜，易得，生產(chǎn)工藝和設(shè)備較為簡單，產(chǎn)品售價(jià)低，因而目前占主導(dǎo)地位?，F(xiàn)將有關(guān)方法簡介如下：一、沉淀法沉淀法又稱濕法，主要原材料為石英砂、純堿、工業(yè)鹽酸或硫酸或硝酸或二氧化碳。其工藝路線大體上是：先采用燃油或優(yōu)質(zhì)煤在高溫下將石英砂與

6、純堿反應(yīng)制得工業(yè)水玻璃，工業(yè)水玻璃用水配制成一定濃度的稀溶液，然后在一定條件下加入某種酸，使二氧化硅沉淀出來，再經(jīng)清洗、過濾、干燥（烘干或噴霧）、粉碎、制得產(chǎn)品白炭黑。沉淀法又分酸法、溶膠法、碳化法等許多不同的具體方法。(1)酸法?一般說來，酸法是將可溶性硅酸鹽與硫酸（或其它酸）一起反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)液到達(dá)某一pH值時(shí)停止加酸反應(yīng)，進(jìn)行陳化，然后過濾并用水多次反復(fù)清洗，脫除Na2SO4后，送干燥、粉碎后得到產(chǎn)品。??工藝流程示意圖為：該方法所得產(chǎn)品的性能與制備過程的條件控制有十分重要的關(guān)系。這是因?yàn)樵诜磻?yīng)的過程中，溶液中可溶性的硅酸鹽首先轉(zhuǎn)變成為單體硅酸（可溶性）。由反應(yīng)體系的

7、條件所決定，單體硅酸有可能生成疏松的絮狀物（聚集作用），也有可能生成致密的膠粒（凝膠作用），從而造成最終產(chǎn)品的很大差異。為了得到所需性能的白炭黑，反應(yīng)過程的有關(guān)條件必須嚴(yán)格控制。在實(shí)際制備過程中，同樣是酸法，并且用同樣的原材料，其具體的操作過程和條件控制有不少差別，現(xiàn)舉兩例為證：例一配制好的稀硫酸以一定的速度，分三次加入到盛有一定量的稀釋了的水玻璃的反應(yīng)釜中，邊加酸邊攪拌邊升溫，最后的反應(yīng)產(chǎn)物的pH值控制在4～4.5之間，然后升溫，在攪拌下老化一定時(shí)間，再冷卻后送去分離。例二配制好的稀硫酸，以一定的速度加入到盛有一定量稀釋了的