硅灰石酸法制备白炭黑

硅灰石酸法制备白炭黑

                                   时间：2014-1-8  作者：知然  来源：全球有机硅网

【全球有机硅网讯】：


    白炭黑是一种人工合成的无定形二氧化硅超微粒子填料，通常粒径在0.3um以下。白炭黑由于其耐酸、耐碱、耐高温及良好的电绝缘性能和分散性能，因而被广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、日用化工等行业，成为化工行业中最热门的产品之一。白炭黑用量最大的领域是在橡胶行业中作为最佳白色补强填料。


    白炭黑生产有物理法和化学法两种。由于化学法生产的白炭黑要比物理法生产的活性好、补强性能高，故已成为白炭黑生产的主要方法。按生产工艺的不同，化学法又可分为干法热解和湿法沉淀两种。受原料、能耗、成本等多方面因素的影响，目前主要采用酸淀工艺生产白炭黑。世界白炭黑主要生产地是美国和西欧。西方国家白炭黑年产量为92万吨左右，酸沉淀法生产约占84万吨。


    近年来，由于国内胶鞋及轮胎工业的发展，刺激了作为橡胶补强剂的白炭黑生产的快速增长。国内填料用白炭黑主要以石英砂为原料制成水玻璃后，再以沉淀法生产，该生产工艺耗用大量纯碱和酸，生产成本高。为此，许多生产企业正在探索用其他工业矿物（如蛇纹石、硅灰石等）生产白炭黑的工艺。


    硅灰石制备白炭黑基本原理是利用强酸与硅灰石反应，首先缩合成溶胶，接着将溶胶转化成水凝胶。


    硅灰石与盐酸反应属于固液两相反应，影响反应效果因素很多。如硅灰石粒度、盐酸浓度、反应温度及反应时间等。


    1.硅灰石粒度

    硅灰石与盐酸反应过程中会产生絮凝状的硅溶胶。两者的反应速度受固液相界面两侧传质速率控制。从化学活性及反应动力学看，Ca2+向溶液中传质和H+向固相传质速率较快，但生成的硅溶胶向液相传质速率较慢，而且随着反应的进行，紧靠固液相界面的液相层硅溶胶浓度增大，粘度也增大，这进一步降低了硅灰石颗粒表面的硅溶胶向液相扩散的速率，从而使硅溶胶在硅灰石外层越积越厚，同时也阻碍Ca2+和H+的迁移。


    为了防止或减弱这种不利的情况出现，我们一方面用搅拌来扰动固液界面附近反应，使之失去平衡；另一方面通过减小硅灰石粒度，以增加固液两相接触的面积，加快反应的速度，缩短硅溶胶扩散的距离。我们用120目筛、200目筛和200目筛以下三种硅灰石粉样在同样条件下与盐酸进行反应，结果发现，200目的硅灰石样反应后，制得的白炭黑白度比120目粉样的反应产物要高得多。这说明硅灰石制白炭黑时，其粒度越细越好，但从生产成本考虑，粒度越细，成本也越高。初步的经济评价表明，硅灰石的粒度控制在200目左右比较合适。


    2.盐酸浓度


    盐酸过浓或过稀对反应都不利。若盐酸浓度过大，起始阶段的反应可能比较迅速，在很短时间内就生成大量的硅溶胶，迅速覆盖了未反应的硅灰石，把盐酸与硅灰石隔开，从而使Ca2+和H+向硅灰石表面扩散的速度大大降低，这就严重影响了硅灰石的完全反应。若盐酸浓度过稀，反应的进程比较缓慢，单位时间内形成的硅溶胶就会减少；另外，H+浓度的降低，会使H+的扩散动力减弱，通过溶胶到达硅灰石表面的H+就会大为减少。所以，盐酸过稀对反应的完成也不利。要使硅灰石与盐酸在一定时间内反应完全，控制盐酸的浓度为1:2较好。


    3.反应温度


    尽管硅灰石与盐酸的反应为放热反应，但当温度低于50℃时，两者反应十分缓慢。已有研究表明，当温度低于50℃时，SiO2的成核及粒子的增长过程极为缓慢，所以反应前应把盐酸溶液或硅灰石粉碎预热。由试验可知，在80 ~ 90℃范围内，反应进行得比较完全，沉淀出的白炭黑质量也较好。


    4.反应时间


    在同样粒度下，硅灰石与盐酸的反应程度随反应时间的增加而提高。（来源：全球有机硅网）

学习了，陌生的领域，了解了解也好。