CN101973556B - 一种沉淀法制备白炭黑的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沉淀法制备白炭黑的方法，该方法包括如下步骤：①向反应器中加入白炭黑晶种溶液；②在72～82℃搅拌条件下，同时将化学计量或接近化学计量的四氯化硅和浓度为1.0mol/l的硅酸钠水溶液逐渐加入晶种溶液中，加入过程中体系的pH值保持在8～9，加入结束后得到b；③调节b的pH值至3～4得浆料，将浆料过滤、洗涤、干燥后得白炭黑。本发明方法工艺简单，反应条件温和、生产成本低，制得的产品性能指标好，可广泛用于橡胶、塑料等领域。

Description

一种沉淀法制备白炭黑的方法

技术领域

本发明涉及一种化工产品的制备方法，特别是一种以四氯化硅、硅酸钠水溶液为主要原料沉淀法制备白炭黑的方法。

背景技术

白炭黑又名水合二氧化硅，是一种无毒且性能良好的助剂，广泛用于橡胶、纺织、造纸、农药、食品添加剂以及卫生消防灭火材料等领域。目前白炭黑的生产方法主要有气相法和沉淀法两种。气相法主要以有机硅化合物、氯硅烷和氯化硅等为原料，在高温氢氧焰中共同燃烧得到，产品质优但价格昂贵。沉淀法普遍采用硅酸盐与无机酸反应来制取，产品价格低廉市场需求较大。随着轮胎制造业、硅橡胶产业、牙膏产业、涂料工业、新能源等领域的需求增长，预计未来5年我国沉淀法白炭黑的年均需求将以10%的速度增长。

伴随着信息技术和太阳能产业的飞速发展，国内对多晶硅的需求迅猛增长。多晶硅生产过程中副产大量的四氯化硅，每生成1吨多晶硅将副产10-15吨四氯化硅；在三氯氢硅的合成过程中，每生产1吨三氯氢硅副产0.15吨四氯化硅。四氯化硅在常态下为液体，沸点很低，易于汽化和水解，具有很强的腐蚀性和毒性，对人的眼睛、皮肤、呼吸道有强烈的刺激作用，若直接排放或掩埋，既污染环境，又降低了生产工艺的整体技术水平。目前，四氯化硅处理方法主要有两种，一种是将其转化为生产多晶硅的基本原料三氯氢硅，但现有的等离子体氢化法、热氢化法、氯氢化法工艺因转化率低、设备装置复杂、技术不成熟等原因缺乏有效的市场竞争力；另一种是用四氯化硅制备白炭黑，目前主要采用气相法，该方法制备的白炭黑性能优异，但条件苛刻，生产成本高，价格昂贵。因此，目前急需开发出一种工艺简单，设备投资小，生产成本低，又能综合利用四氯化硅的新方法，以满足硅行业持续发展和降低环境污染的迫切需要。

发明内容

本发明目的在于提供一种沉淀法制备白炭黑的方法，该方法工艺简单、生产成本较低，制得的白炭黑性能较好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种沉淀法制备白炭黑的方法，该方法包括如下步骤：

①向反应器中加入白炭黑晶种溶液；

②在72～82℃搅拌条件下，同时将化学计量或接近化学计量（即保持四氯化硅和硅酸钠水溶液的摩尔比在1～1.1：2）的四氯化硅和浓度为1.0mol/l的硅酸钠水溶液逐渐加入晶种溶液中，加入过程中体系的pH值保持在8～9（可以通过控制四氯化硅和硅酸钠水溶液的流速比来实现，一般两者的流速比为1：16～17），加入结束后得到b；

③调节b的pH值至3～4得浆料，将浆料过滤、洗涤、干燥后得白炭黑。

所述步骤①中的晶种溶液由以下方法制得：在58～62℃搅拌条件下，将四氯化硅加入到一定体积的0.1mol/l硅酸钠水溶液中进行反应，至溶液pH值为6～7时停止加入，静置陈化即得。静置陈化时间优选为10～60min。

所述步骤③中通过加入盐酸或四氯化硅调节b的pH值至3～4。

所述四氯化硅与硅酸钠水溶液反应生成的氯化钠溶液全部回收。

所述步骤③中干燥优选用烘箱于120℃干燥2～6h。

本发明利用副产物四氯化硅与硅酸钠水溶液进行反应的原理，反应结束后，对料浆进行过滤分离，得到沉淀白炭黑和氯化钠水溶液（氯化钠水溶液可以回收利用）。反应过程中，四氯化硅与水生成的盐酸（氯化氢溶于水中）与硅酸钠反应，代替了常规法白炭黑反应中的酸化剂，节约了生产成本。该新工艺既生产出市场容量大的沉淀法白炭黑，又综合利用了硅行业的副产物四氯化硅，减轻了环境污染，降低了生产成本。生产的沉淀白炭黑质量符合行业标准指标要求，副产物氯化钠（氯化钠溶液）完全能满足烧碱生产的要求。

本发明相对于现有技术，具有以下优点：

1、工艺简单，反应条件温和，易操作，设备投资小，原料易得，产品质量良好。

2、硅行业副产物四氯化硅得到综合利用，变废为宝，降低了对环境的污染；产物氯化钠全部回收用于烧碱生产，提高了本发明的经济效益。

3、生产成本低，市场容量大，可以克服四氯化硅气相法生产的白炭黑市场容量的限制，竞争力强。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1

一种沉淀法制备白炭黑的方法，该方法包括如下步骤：

①在反应釜中加入40L配制好的0.1mol/l的硅酸钠溶液，于58℃搅拌条件下，将四氯化

硅滴加入反应釜中进行反应，至溶液pH值为6时停止加入，静置陈化30min得晶种溶液；

②取0.86L四氯化硅和14L、1.0mol/l的硅酸钠水溶液；

③在72℃搅拌条件下，同时将上述的四氯化硅和硅酸钠水溶液逐渐加入晶种溶液中，加入结束后得到b，控制四氯化硅流速0.48ml/s、硅酸钠流速7.7ml/s，使加入过程中体系的pH值始终为8；

④通过滴加四氯化硅调节b的 pH值为3得浆料，将浆料过滤、洗涤后，用烘箱于120℃干燥3h后得到沉淀白炭黑3.82kg，产率为91%。所得产品的性能指标详见表1。

其中，四氯化硅与硅酸钠水溶液反应生成的氯化钠溶液全部回收。

表1是各实施例获得沉淀白炭黑产品性能指标与行业标准HG/T 3061-1999的比较结果，由表1可知，所制得的白炭黑产品完全符合行业标准。

实施例2 

一种沉淀法制备白炭黑的方法，该方法包括如下步骤：

①在反应釜中加入45L配制好的0.1mol/l的硅酸钠溶液，在62℃搅拌条件下，将四氯化硅滴加入反应釜中进行反应，至溶液pH值为7时停止加入，静置陈化10min得晶种溶液；

②取0.98L四氯化硅和16L、1.0mol的硅酸钠水溶液；

③在82℃搅拌条件下，同时将上述的四氯化硅和硅酸钠水溶液逐渐加入晶种溶液中，加入结束后得到b，控制四氯化硅流速0.53ml/s、硅酸钠流速8.9ml/s，使加入过程中体系的pH值始终为9；

④通过滴加四氯化硅调节b的pH值为4得浆料，将浆料过滤、洗涤后，用烘箱于120℃干燥2h后得到沉淀白炭黑4.48kg，产率为94%。所得产品的性能指标详见表1。

四氯化硅与硅酸钠水溶液反应生成的氯化钠溶液全部回收。

实施例3

一种沉淀法制备白炭黑的方法，该方法包括如下步骤：

①在反应釜中加入35L配制好的0.1mol/l的硅酸钠溶液，在60℃搅拌条件下，将四氯化硅滴加入反应釜中进行反应，至溶液pH值为6.5时停止加入，静置陈化60min得晶种溶液；

②取0.80L四氯化硅和13L、1.0mol的硅酸钠水溶液；

③在76℃搅拌条件下，同时将上述的四氯化硅和硅酸钠水溶液逐渐加入晶种溶液中，加入结束后得到b，控制四氯化硅流速0.44ml/s、硅酸钠流速7.2ml/s，使加入过程中体系的pH值始终为8.5；

④通过滴加四氯化硅调节b的pH值为3.5得浆料，将浆料过滤、洗涤后，用烘箱于120℃干燥6h后得到沉淀白炭黑3.48kg，产率为93%。所得产品的性能指标详见表1。

四氯化硅与硅酸钠水溶液反应生成的氯化钠溶液全部回收。

Claims (5)

1.一种沉淀法制备白炭黑的方法，其特征在于，包括如下步骤：

①向反应器中加入白炭黑晶种溶液；

②在72～82℃搅拌条件下，同时将化学计量或接近化学计量的四氯化硅和浓度为1.0mol/L的硅酸钠水溶液逐渐加入晶种溶液中，加入过程中体系的pH值保持在8～9，加入结束后得到b；

③调节b的pH值至3～4得浆料，将浆料过滤、洗涤、干燥后得白炭黑；

所述步骤①中的晶种溶液由以下方法制得：在58～62℃搅拌条件下，将四氯化硅加入到一定体积的0.1mol/L硅酸钠水溶液中进行反应，至溶液pH值为6～7时停止加入，静置陈化即得。

2.如权利要求1所述制备白炭黑的方法，其特征在于，所述静置陈化时间为10～60min。

3.如权利要求1所述制备白炭黑的方法，其特征在于，所述步骤③中通过加入盐酸或四氯化硅调节b的pH值至3～4。

4.如权利要求1至3任一所述制备白炭黑的方法，其特征在于，所述四氯化硅与硅酸钠水溶液反应生成的氯化钠溶液全部回收。

5.如权利要求4所述制备白炭黑的方法，其特征在于，所述步骤③中干燥为用烘箱于120℃干燥2～6h。