一、用硅藻土生產超細和納米二氧化硅

鄭水林 王光玉 李楊 姜中強 杜高翔 楊紅彩 劉福來 王艷玲等

（中國礦業大學（北京） 化學與環境工程學院，北京 100083）

一、內容簡介

以低品位硅藻土為原料，采用物理提純、超細和表面處理、化學法（堿溶、消褲酸析）和粒子阻隔技術制備超細和納米二氧化硅，產品主要技術指標如下：①物理法超微細二氧化硅：SiO2含量（干基）≥90%，pH＝6.5～7.5，比表面積50～100 m2/g，孔體積0.2～0.6 mL/g；細度d97≤2～3μm（平均粒度≤1μm），吸油值（150±50） mL/100 g。②化學法超細二氧化硅SiO2含量（干基）≥99%，pH＝5.5～7.0，比表面積300～450 m2/g，孔體積0.6～2.0 mL/g，白度≥92；細度平均粒徑（離心沉降） 1～3μm，吸油值（280±50）mL/100 g。③納米二氧化硅：SiO2含量（干基）≥99%，pH＝5.5～7.0，比表面積400～700 m2/g，孔體積0.4～1.5 mL/g，白度≥92；粒徑（透射電鏡） 10～60nm，吸油值（310±50） mL/100 g。

項目在實驗室細致的制備條件及試驗的基礎上進行了擴大試驗，從實驗室小型綜合試驗到擴大試驗放大800倍，結果總體上好于實驗室小型試驗。在擴大試驗過程中，雖然對比表面積指標有目的地通過沉析工藝和粒子阻隔劑進行了調節，但樣品白度、純度指標基本穩定。

二、推廣應用

3×104t/a超微細二氧化硅生產線正在吉林省臨江市建設并已部分投產（吉林省第二批東北老工業基地調整改造國債項目）。

本項目物理法超細二氧化硅的主要目標市場為膠鞋和除睜咐輪胎外的其他淺色橡膠制品；化學法超細二氧化硅的主要目標市場為“綠色輪胎”、油漆涂料和油墨（增稠劑和消光劑）、功能塑料悉橋純、硅橡膠等；納米二氧化硅的主要目標市場為彩噴紙、硅橡膠、油漆涂料和油墨（消光劑）、化纖填料等。這些領域與現代高技術和新材料產業密切相關，發展速度快，市場前景好。這些材料的應用對于資源綜合利用和環境保護具有重要意義。

三、鑒定、獲獎、專利情況

該成果于2004年6月28日通過吉林省科技廳組織的技術成果鑒定。

該項目的核心技術已通過國家知識產權局的實質審查，獲得授權（專利號：ZL 02156764.6；授權公告日2005年7月27日）。

二、生產氣相法二氧化硅的工藝流程

經過洗滌塔 填料塔 洗干凈了再排個空

三、工業上生產二氧化硅原理和工藝流程？？？

1 制備二氧化硅部分

1. 1 主要原料、設備和儀器

主要原料:工業硅酸鈉 , ρ=1.384 g/cm3;工業硫酸;乳化劑;氨水;合成蠟。

主要設備和儀器:搪瓷( 帶攪拌,夾套加熱 )釜 ;高速攪拌機;噴霧干燥機;氣流粉碎機;壓濾機。

1. 2 蠟乳化液配制

將合成蠟和適當乳化劑、水按一定比例高速分散 50～60 min,制備穩定的乳化液。

1. 3 SiO2消光劑的制備

在搪瓷釜內加入一定量的稀硅酸鈉溶液和蠟乳化液 ,攪拌條件下 ,以一定速度加入稀硫酸 ,釜內出現凝膠后將其打碎 ,繼續加酸至中性 ,攪拌 15 min至反應完全。隨后將物料迅速升溫 ,以稀硫酸或氨水調節溶液的 pH,在 85～95 ℃保溫老化一定時間。將沉淀物過濾洗滌至中性 ,把水洗后的凝膠加適量去離子水至固含量 10%,高速攪拌30～40 min,用噴霧干燥機干燥。最后 ,控制氣流粉碎機的工藝條件得到平均粒徑 4～8 um的 SiO2消光劑。

2 結果與討論

2. 1 成膠工藝條件對 SiO2凝膠孔特性的影響

2. 1. 1 膠凝時間的影響

在常溫條件下 ,通過調節加酸速度,控制膠凝時間。加酸速度快 ,膠凝時間快 ,反之 ,膠凝時間慢。由圖 1可見 , SiO 凝膠的孔體積隨膠凝時間的增加而減小 ,瞬間凝膠 , SiO2 凝膠孔體積較大 ,膠凝時間越長 ,孔體積越小。因此 ,控制膠凝時間可以制備孔體積為 0. 8～1. 7 mL/g的不同型號的 SiO2 消光劑。

2. 1. 2 反應溫度的影響 見圖 2

由圖 2可見 ,反應溫度 25～40 ℃時 , SiO2 凝膠孔體積最大 ,反應溫度偏低或偏高孔體積都會降低 ,而且 ,當溫度較高時 ,出現局部凝膠將影響產品性能。因此 ,選擇反應溫度 25～40 ℃。

2. 1. 3 老化條件的影響 見圖 3

由圖 3可見 ,隨著老化時間增加 ,孔體積逐漸增加。酸性條件老化 ,孔體積較低;中性條件老化,孔體積增大;堿性條件與中性條件變化不大。因此選擇中性或堿性條件老化 ,老化時間 2 h。

2.2 蠟表面處理對 SiO2 凝膠性能的影響

用蠟對二氧化硅進行表面處理 ,常用的方法有機械混合法和乳化蠟法。不同改性方法對 SiO2 凝膠性能的影響如表 1所示。

表 1 不同改性方法對 SiO2 凝膠性能的影響

改性方法 灼燒失重/(%) 孔體積/(mL·g) 比表面/(m·g) 分散性

加蠟前 加蠟后 加蠟前 加蠟后 加蠟前 加蠟后

機械混合法 4 13～15 1. 12 1. 03 318 300 較差

乳化蠟法 4 13～15 1. 15 1. 04 320 287 好

由表 1可見 ,兩種方法都能將蠟涂敷到凝膠孔中 ,使凝膠的孔體積和比表面均有所下降 ,灼燒失重增加。由灼燒失重可以得出 ,蠟處理的二氧化硅中蠟含量大約 9%～11% (質量分數) 。但機械混合法的樣品放入水中 ,經 2 h高速攪拌仍有部分浮在水面 ,分散性較差;而乳化蠟法樣品的親水性明顯提高 ,放入水中自動潤濕 ,本實驗選擇乳化蠟法。

2. 3 SiO2消光劑在家具漆中的應用試驗

實驗選擇膠凝時間 5 ～7 min、反應溫度25～40 ℃、中性條件老化和老化時間 2 h,乳化蠟法制得孔體積為 1. 2mL/g的蠟處理 SiO2消光劑 ,將不同用量的消光劑用高速攪拌分別加入到 3種家具漆中涂片后 ,消光效果如圖 4所示:隨消光劑用量的增加光澤減小 ,在硝基漆中消光效果最好,消光劑用量約 6%(質量分數)時 ,可使涂膜光澤達到平光;醇酸漆中消光劑用量約 9% (質量分數) 時 ,消光效果也較好;在聚胺酯漆（單組分）中消光效果稍差。

3 結論

1 采用凝膠法工藝合成超微細二氧化硅時,當反應溫度 25～40 ℃、中性或堿性條件老化、老化時間 2 h,通過控制膠凝時間可以制備不同孔體積的SiO2消光劑。

2 將蠟用乳化劑配成乳化液 ,然后同原料硅酸鈉一起反應 ,可以制備分散性能良好的蠟處理 SiO2消光劑 ,其中蠟含量大約 9%～11% （質量分數） 。

3 乳化蠟法制得孔體積為 1. 2 mL/g的蠟處理SiO2消光劑用于硝基漆、醇酸漆中消光效果較好 ,在聚胺酯漆（單組分）中消光效果稍差。

標簽：二氧化硅工藝流程原理