制備白炭黑的傳統(tǒng)方法是利用硅酸鈉、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源,除硅酸鈉以外,其它成本都很高。新方法采用廉價(jià)的非金屬礦作為硅源,大大降低了白炭黑的生產(chǎn)成本。

傳統(tǒng)方法

(1)氣相法

主要為化學(xué)氣相沉積(CAV)法,又稱熱解法、干法或燃燒法。其原料一般為四氯化硅、氧氣(或空氣)和氫氣,高溫下反應(yīng)而成。反應(yīng)式為:SiCl4+ 2H2+ O2—>SiO2+4HCl 空氣和氫氣分別經(jīng)過(guò)加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過(guò)濾后送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾后,在蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā),并以干燥、過(guò)濾后的空氣為載體,送至合成水解爐。四氯化硅在高溫下氣化(火焰溫度1000~1800℃)后,與一定量的氫和氧(或空氣)在1800℃左右的高溫下進(jìn)行氣相水解;此時(shí)生成的氣相二氧化硅顆粒極細(xì),與氣體形成氣溶膠,不易捕集,故使其先在聚集器中聚集成較大顆粒,然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集,再送入脫酸爐,用含氮空氣吹洗氣相二氧化硅至PH值為4~6即為成品。

德國(guó)迪高沙(Degussa)公司和美國(guó)卡伯特(Cabot)公司的氣相法生產(chǎn)技術(shù)全球領(lǐng)先。他們的生產(chǎn)裝置規(guī)模大,自動(dòng)化程度高,產(chǎn)品成本低,牌號(hào)(尤其是應(yīng)用于特殊領(lǐng)域的功能性專用產(chǎn)品牌號(hào))多,品質(zhì)好,如表面積分布均勻、含水量低。我國(guó)沈陽(yáng)化工股份有限公司及上海氯堿化工股份有限公司也采用氣相法生產(chǎn),但在生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)技術(shù)、自動(dòng)化程度及產(chǎn)品牌號(hào)等方面遠(yuǎn)不及國(guó)外大公司。廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司是目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)量最大,牌號(hào)最全,技術(shù)最先進(jìn)的氣相二氧化硅供應(yīng)商,是氣相二氧化硅國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB20020-2005負(fù)責(zé)起草單位。

(2)沉淀法

沉淀法又叫硅酸鈉酸化法,采用水玻璃溶液與酸反應(yīng),經(jīng)沉淀、過(guò)濾、洗滌、干燥和煅燒而得到白炭黑。反應(yīng)式為:Na2SiO3 + 2H+ —> 白炭黑 + 2Na+ + H20 國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)企業(yè)采用沉淀法。

新方法

新方法主要以非金屬礦及其延伸物為硅源,采用沉淀法制備白炭黑。其技術(shù)關(guān)鍵是將結(jié)晶的二氧化硅和硅酸鹽轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)二氧化硅。原料主要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄欖石、蛇蚊石、高嶺土、硬質(zhì)高嶺土、煤矸石、粉煤灰等。著重介紹以高嶺土或硬質(zhì)高嶺土、煤矸石或粉煤灰為原料制備白炭黑的工藝技術(shù)。

(1)以高嶺土或硬質(zhì)高嶺土為原料

先將高嶺土或硬質(zhì)高嶺土粉碎至50~60目,然后在500~600℃高溫下焙燒2小時(shí),再將焙燒土與濃度30%的工業(yè)鹽酸按1:2.5(重量)配料,在90℃左右酸浸7小時(shí),經(jīng)中和、過(guò)濾、洗滌、干燥得到白炭黑,產(chǎn)品質(zhì)量符合GB10507-89標(biāo)準(zhǔn);同時(shí)得到高效凈水劑聚合氯化鋁。焙燒及酸浸反應(yīng)式如下:焙燒:Al2O3·2Si02·2H20 —> Al2O3·2Si02 + 2H20 酸浸:Al2O3·2Si02 + 6HCl + 9H20 —>2AlCl3·6H20 + 2SiO2

(2)以煤矸石或粉煤灰為原料

先將煤矸石或粉煤灰粉碎至粒度小于120目,然后分兩步:第一步生產(chǎn)硅酸鈉:將粉碎的煤矸石或粉煤灰與純堿按重量比1:50混合均勻,經(jīng)高溫冶融(1400~1500℃,1小時(shí))、水萃浸溶(100℃以上,4~5小時(shí))、過(guò)濾去雜質(zhì)、濃縮濾液到45~46波美度即得到硅酸鈉。第二步生產(chǎn)白炭黑:先將硅酸鈉配成水玻璃溶液(模數(shù)為2.4~3.6,SiO2含量為4~10%),然后在5~20%的硫酸中酸浸(28~32℃,8~16小時(shí)),再升溫至80℃,攪拌,調(diào)節(jié)PH值為5~7,熟化20分鐘,再經(jīng)過(guò)濾洗滌、干燥、分選,得到白炭黑。該白炭黑為活性,純度高。