中國非金屬行業(yè)白炭黑概述

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白炭黑是白色粉末狀X-射線無定形硅酸和硅酸鹽產(chǎn)品的總稱，主要是指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅、超細(xì)二氧化硅凝膠和氣凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等。白炭黑是多孔性物質(zhì)，其組成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羥基的形式存在。能溶于苛性堿和氫氟酸，不溶于水、溶劑和酸（氫氟酸除外）。耐高溫、不燃、無味、無嗅、具有很好的電絕緣性。

目錄

成分

　　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(dá)９９％，粒徑可達(dá)１０~２０ｎｍ，但制備工藝復(fù)雜，價(jià)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(shù)、溶膠-凝膠法、化學(xué)晶體法、二次結(jié)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(bǔ)強(qiáng)劑、牙膏摩擦劑等。氣相白炭黑主要用作硅橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑、涂料和不飽和樹脂增稠劑，超細(xì)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。

編輯本段制備

　　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

　?。?）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(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。

　　德國迪高沙（Degussa）公司和美國卡伯特（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。我國沈陽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)不及國外大公司。廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司是目前國內(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，是氣相二氧化硅國家標(biāo)準(zhǔn)GB20020-2005負(fù)責(zé)起草單位。

　?。?）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

　?。?）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)過濾洗滌、干燥、分選，得到白炭黑。該白炭黑為活性，純度高。

產(chǎn)能

　　國內(nèi)以沉淀法白炭黑為主，于1958年實(shí)現(xiàn)沉淀法白炭黑的工業(yè)化生產(chǎn)，但產(chǎn)量小，發(fā)展較慢。1987年產(chǎn)量還僅有2687噸；1990年突破萬噸達(dá)到1.06萬噸；1994年增長至2.81萬噸，比1987年增長9.4倍；1997年我國白炭黑產(chǎn)量達(dá)到了8萬噸左右；2004年上升到近30萬噸?？梢娊畮啄陙砦覈滋亢诋a(chǎn)量是突飛猛進(jìn)。

　　國內(nèi)白炭黑的生產(chǎn)分布比較廣泛，一共有十幾個(gè)省市生產(chǎn)，其中產(chǎn)量較大的是福建、山東、江蘇、江西等省。目前國內(nèi)一共有幾十家白炭黑生產(chǎn)企業(yè)，總產(chǎn)能在40萬噸/年左右。其中規(guī)模較大的沉淀法白炭黑生產(chǎn)企業(yè)有福建南平嘉聯(lián)化工有限公司、上海九琛精細(xì)化工有限公司、株洲興隆化工實(shí)業(yè)有限公司、羅地亞白炭黑（青島）有限公司、無錫確成硅化學(xué)有限公司，滕州辛緒化工有限公司等。氣相法白炭黑方面，廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)能達(dá)到6000噸/年，是國內(nèi)最大的氣相二氧化硅供應(yīng)商。

　　由于看好白炭黑市場前景，目前國內(nèi)一些企業(yè)正在建設(shè)或計(jì)劃建設(shè)白炭黑項(xiàng)目，有改擴(kuò)建，也有新建。如上海九琛精細(xì)化工有限公司、濮陽市光璞石化公司、湖北興發(fā)集團(tuán)等。

　　預(yù)計(jì)2010年我國白炭黑產(chǎn)能有望突破100萬噸/年大關(guān)。

編輯本段用途

　　由于白炭黑產(chǎn)品的一系列優(yōu)越性，使它能夠廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。

橡膠制品

　　白炭黑用在彩色橡膠制品中以替代炭黑進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，滿足白色或半透明產(chǎn)品的需要。白炭黑同時(shí)具有超強(qiáng)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(zhì)量的橡膠制品，如越野輪胎、工程輪胎、子午胎等。

農(nóng)業(yè)化學(xué)制品

　　在農(nóng)業(yè)化學(xué)制品中，如農(nóng)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?yàn)樗哂懈呶搅?，易于懸浮，有良好的親和性及化學(xué)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。特別是與氮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(jié)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(bǔ)強(qiáng)性，同時(shí)由于其伸展性還可以提高粘著力，質(zhì)高價(jià)廉。

抗結(jié)塊劑

　　白炭黑可用在一些產(chǎn)品中來提高自由流動(dòng)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(jié)塊混合物。

造紙?zhí)盍?/p>

　　用白炭黑做紙張?zhí)盍峡商岣呒垙埧褂湍高^性能及機(jī)械強(qiáng)度，增加白度，減少單位重量。能有效實(shí)現(xiàn)紙張輕量化、降低生產(chǎn)成本、提高紙張使用性能。

　　此外還可用在消防劑、飼料、化妝品、消光劑、顏料、油漆等許多行業(yè)。