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    白炭黑的制备

    2014-09-22 11:24:17 浏览:707

    制备白炭黑的传统方法是利用硅酸钠、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源,除硅酸钠以外,其它成本都很高。新方法采用廉价的非金属矿作为硅源,大大降低了白炭黑的生产成本
    白炭黑的制备
    制备白炭黑的传统方法是利用硅酸钠、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源,除硅酸钠以外,其它成本都很高。新方法采用廉价的非金属矿作为硅源,大大降低了白炭黑的生产成本。
    白炭黑传统方法
    (1)气相法
    主要为化学气相沉积(CAV)法,又称热解法、干法或燃烧法。其原料一般为四氯化硅、氧气(或空气)和氢气,高温下反应而成。反应式为:   SiCl4+ 2H2+ O2—>SiO2+4HCl
    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。
    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。
    (2)沉淀法
     沉淀法又叫硅酸钠酸化法,采用水玻璃溶液与酸反应,经沉淀、过滤、洗涤、干燥和煅烧而得到白炭黑。反应式为:   Na2SiO3 + 2H+ —> 白炭黑 + 2Na+ + H20   国内大部分生产企业采用沉淀法。
    白炭黑新方法
    新方法主要以非金属矿及其延伸物为硅源,采用沉淀法制备白炭黑。其技术关键是将结晶的二氧化硅和硅酸盐转变成非晶态二氧化硅。原料主要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄榄石、蛇蚊石、高岭土、硬质高岭土、煤矸石、粉煤灰等。
     着重介绍以高岭土或硬质高岭土、煤矸石或粉煤灰为原料制备白炭黑的工艺技术。
     (1)以高岭土或硬质高岭土为原料
     先将高岭土或硬质高岭土粉碎至50~60目,然后在500~600℃高温下焙烧2小时,再将焙烧土与浓度30%的工业盐酸按1:2.5(重量)配 料,在90℃左右酸浸7小时,经中和、过滤、洗涤、干燥得到白炭黑,产品质量符合GB10507-89标准;同时得到高效净水剂聚合氯化铝。焙烧及酸浸反 应式如下:
    焙烧:Al2O3•2Si02•2H20 —> Al2O3•2Si02 + 2H20
      酸浸:Al2O3•2Si02 + 6HCl + 9H20 —>2AlCl3•6H20 + 2SiO2
    (2)以煤矸石或粉煤灰为原料
     先将煤矸石或粉煤灰粉碎至粒度小于120目,然后分两步:
    第一步生产硅酸钠:将粉碎的煤矸石或粉煤灰与纯碱按重量比1:50混合均匀,经高温冶融(1400~1500℃,1小时)、水萃浸溶(100℃以上,4~5小时)、过滤去杂质、浓缩滤液到45~46波美度即得到硅酸钠。
     第二步生产白炭黑:先将硅酸钠配成水玻璃溶液(模数为2.4~3.6,SiO2含量为4~10%),然后在5~20%的硫酸中酸浸 (28~32℃,8~16小时),再升温至80℃,搅拌,调节PH值为5~7,熟化20分钟,再经过滤洗涤、干燥、分选,得到白炭黑。该白炭黑为活性,纯 度高。
    白炭黑的产能
    国内以沉淀法白炭黑为主,于1958年实现沉淀法白炭黑的工业化生产,但产量小,发展较慢。1987年产量还仅有2687吨;1990年突破万吨达 到1.06万吨;1994年增长至2.81万吨,比1987年增长9.4倍;1997年我国白炭黑产量达到了8万吨左右;2004年上升到近30万吨。可 见近十几年来我国白炭黑产量是突飞猛进。
     国内白炭黑的生产分布比较广泛,一共有十几个省市生产,其中产量较大的是福建、山东、江苏、江西等省。目前国内一共有几十家白炭黑生产企业,总产 能在40万吨/年左右。其中规模较大的沉淀法白炭黑生产企业有福建南平嘉联化工有限公司、上海九琛精细化工有限公司、株洲兴隆化工实业有限公司、罗地亚白 炭黑(青岛)有限公司、无锡确成硅化学有限公司,滕州辛绪化工有限公司等。气相法白炭黑方面,广州吉必盛科技实业有限公司产能达到6000吨/年,是国内 最大的气相二氧化硅供应商。
     由于看好白炭黑市场前景,目前国内一些企业正在建设或计划建设白炭黑项目,有改扩建,也有新建。如上海九琛精细化工有限公司、濮阳市光璞石化公司、湖北兴发集团等。
     预计2010年我国白炭黑产能有望突破100万吨/年大关。
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