白炭黑主要生產方法和用途

    白炭黑按生產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，在蒸發器中加熱蒸發，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   國內大部分生產企業采用沉淀法。

 

    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%的工業鹽酸按1：2.5（重量）配料，在90℃左右酸浸7小時，經中和、過濾、洗滌、干燥得到白炭黑，產品質量符合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。第二步生產白炭黑：先將硅酸鈉配成水玻璃溶液（模數為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PH值為5~7，熟化20分鐘，再經過濾洗滌、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

 

    由于白炭黑產品具有廣泛優越性，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。

 

    農業化學制品  在農業化學制品中，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。

 

    造紙填料  用白炭黑做紙張填料可提高紙張抗油墨透過性能及機械強度，增加白度，減少單位重量。能有效實現紙張輕量化、降低生產成本、提高紙張使用性能。