白炭黑主要生產(chǎn)方法和用途
發(fā)布時間:2017-02-20 11:36:20 人瀏覽
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白炭黑按生產(chǎn)方法大體分為沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。
氣相法白炭黑常態(tài)下為白色無定形絮狀半 白炭黑透明固體膠狀納米粒子(粒徑小于100nm),無毒,有巨大的比表面積。氣相法白炭黑全部是納米二氧化硅,產(chǎn)品純度可達99%,粒徑可達10~20nm,但制備工藝復雜,價格昂貴;
沉淀法白炭黑又分為傳統(tǒng)沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑,前者是指以硫酸、鹽酸、CO2與水玻璃為基本原料生產(chǎn)的二氧化硅,后者是指采用超重力技術、溶膠-凝膠法、化學晶體法、二次結晶法或反相膠束微乳液法等特殊方法生產(chǎn)的二氧化硅。沉淀白炭黑主要用作天然橡膠和合成橡膠的補強劑、牙膏摩擦劑等。氣相白炭黑主要用作硅橡膠的補強劑、涂料和不飽和樹脂增稠劑,超細二氧化硅凝膠和氣凝膠主要用作涂料消光劑、增稠劑、塑料薄膜開口劑等。
(1)氣相法
主要為化學氣相沉積(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,高溫下反應而成。反應式為:SiCl4+ 2H2+ O2—>SiO2+4HCl 空氣和氫氣分別經(jīng)過加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過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℃左右的高溫下進行氣相水解;此時生成的氣相二氧化硅顆粒極細,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。
(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,經(jīng)沉淀、過濾、洗滌、干燥和煅燒而得到白炭黑。反應式為: Na2SiO3 + 2H+ —> 白炭黑 + 2Na+ + H20 國內大部分生產(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。其技術關鍵是將結晶的二氧化硅和硅酸鹽轉變成非晶態(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、硬質高嶺土、煤矸石、粉煤灰等。 著重介紹以高嶺土或硬質高嶺土、煤矸石或粉煤灰為原料制備白炭黑的工藝技術。
(1)以高嶺土或硬質高嶺土為原料 先將高嶺土或硬質高嶺土粉碎至50~60目,然后在500~600℃高溫下焙燒2小時,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,經(jīng)中和、過濾、洗滌、干燥得到白炭黑,產(chǎn)品質量符合GB10507-89標準;同時得到高效凈水劑聚合氯化鋁。焙燒及酸浸反應式如下:
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)、水萃浸溶(100℃以上,4~5小時)、過濾去雜質、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),再升溫至80℃,攪拌,調節(jié)PH值為5~7,熟化20分鐘,再經(jīng)過濾洗滌、干燥、分選,得到白炭黑。該白炭黑為活性,純度高。
白炭黑的用途
由于白炭黑產(chǎn)品具有廣泛優(yōu)越性,使它能夠應用于許多領域。
橡膠制品 白炭黑用在彩色橡膠制品中以替代炭黑進行補強,滿足白色或半透明產(chǎn)品的需要。白炭黑同時具有超強的粘附力、抗撕裂及耐熱抗老化性能,所以在黑色橡膠制品中亦可替代部分炭黑,以獲得高質量的橡膠制品,如越野輪胎、工程輪胎、子午胎等。
農業(yè)化學制品 在農業(yè)化學制品中,如農藥、高效噴施肥料等,使用白炭黑作載體或稀釋劑,能保持持久效力,因為它具有高吸附力,易于懸浮,有良好的親和性及化學穩(wěn)定性。即使在雨水、沖洗和炎熱條件下,仍能長期保持不變。
日用化工制品 用白炭黑作填料和磨蝕劑的透明彩色及不透明牙膏,這類牙膏具有良好的柔韌性、分散性,膏體光滑、柔軟、磨蝕性好,不磨蝕牙膏管體;它能使藥物牙膏保持藥性的穩(wěn)定。特別是與氟化物具有良好的配伍性,可避免鈣鹽作磨料產(chǎn)生難溶鹽的弊端。
膠結劑 用在天然橡膠或合成橡膠制成的膠粘劑中,提供了觸變性和補強性,同時由于其伸展性還可以提高粘著力,質量好,價格便宜。
抗結塊劑 白炭黑可用在一些產(chǎn)品中來提高自由流動性,如草地肥料、殺真菌劑、磨輪研磨劑、洗衣漂白劑、酚醛注塑烏洛托品、酚和尿素的塑料制品、制造橡膠硫磺及抗結塊混合物。
造紙?zhí)盍? 用白炭黑做紙張?zhí)盍峡商岣呒垙埧褂湍高^性能及機械強度,增加白度,減少單位重量。能有效實現(xiàn)紙張輕量化、降低生產(chǎn)成本、提高紙張使用性能。
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