CN102432026B - 由多晶硅副产物四氯化硅制备白炭黑的方法 - Google Patents

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Abstract

由多晶硅副产物四氯化硅制备白炭黑的方法，包括以下步骤：将四氯化硅通入水解反应釜，进行水解反应，得到硅酸凝胶和HCl气体；将硅酸凝胶和泡花碱加入滚筒反应器，然后向滚筒反应器中加入水，开启滚筒反应器混合反应，分离不溶杂质，获得清液；将清液通入沉淀反应釜中，加入十二烷基苯磺酸钠分散剂，调节pH值为8～9，熟化后，再继续调节pH值为3.0～5.0，陈化后，水洗过量的酸液，经过滤分离后得到带有物理结晶水的白炭黑，然后经干燥、磨细得到产品。本发明可使硅胶源得到最有效的利用，它的流程较短，生产设备和工艺操作相对简单，易于工业化生产。由本发明提供的方法获得的白炭黑产品的黏结力与强度高，耐热性与耐酸性好，且其他指标均能达到技术要求。

Description

由多晶硅副产物四氯化硅制备白炭黑的方法
技术领域
本发明涉及硅制备白炭黑的方法，具体地说是一种利用多晶硅副产物四氯化硅制备白炭黑的方法。
背景技术
多晶硅是电子工业和光伏产业所需的主要原料。然而，生产多晶硅会产生大量的四氯化硅。四氯化硅是一种高毒性物质，对眼睛及上呼吸道有强烈刺激作用，并严重污染环境。因此，如何有效利用四氯化硅变废为宝，提高多晶硅生产能力，实现可持续发展的多晶硅产业成为近年来企业和学者的热门课题。目前比较成熟的处理四氯化硅技术如下：1、将四氯化硅转化为白炭黑；2、将四氯化硅转化为有机硅产品；3、将四氯化硅转化为三氯氢硅；4、将四氯化硅用于光纤生产。在这四种处理四氯化硅的技术中，四氯化硅转化为白炭黑的技术最为可行。白炭黑，又名水合二氧化硅，分子式为SiO2·nH2O，是一种白色、无毒、无定形微细粉状物，具有多孔性、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能的重要无机硅化合物。白炭黑具有很高的活性，因此表现出许多特性，诸如光学屏蔽、非线性电阻等，从而具有广泛的应用。目前四氯化硅转化为白炭黑的方法主要有气相法和沉淀法。
现有的一种气相法所采取的方式是：将四氯化硅气体于1800℃下在氢气、氧气火焰中水解，制得烟雾状、颗粒微细、表面光滑的二氧化硅粉体，使其凝结成絮状，分离脱酸即可得到产品白炭黑。这种气相法存在的不足是：原料价格高、反应流程长、生产过程能耗大、产品价格高而受到限制。
现有的一种沉淀法所采取的方式是：通过四氯化硅直接酸水解或醇解反应沉淀、过滤、洗涤、干燥得到沉淀白炭黑。这种沉淀法存在其欠缺是：制备的白炭黑活性不高，颗粒不易控制，亲和力差，补强性能低，颗粒表面亲水性基团键合严重，削弱了产品的结合力，只能生产低档次产品，产品应用范围窄，市场容量小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由多晶硅副产物四氯化硅制备白炭黑的方法，该方法反应流程较简单，所获得的白炭黑的黏结力与强度高，耐热性与耐酸性好。
为实现上述目的，本发明采用以下方案：
1)将四氯化硅通入水解反应釜，在30～60℃、常压条件下进行水解反应0.5～2小时，得到硅酸凝胶和HCl气体，将HCl气体回收制成盐酸备用；
2)将硅酸凝胶和泡花碱加入滚筒反应器，控制硅酸凝胶与泡花碱质量比为1∶2～1∶1，使泡花碱的模数为2～3，然后向滚筒反应器中加入水，水的质量为硅酸凝胶与泡花碱质量之和的10～70％，升温至40～60℃，开启滚筒反应器混合反应1～3小时后，过滤分离不溶杂质，获得清液；
3)将清液通入沉淀反应釜中，加入十二烷基苯磺酸钠分散剂，用量为清液总质量的0.01％～0.5％，用盐酸调节pH值为8～9，然后在60～95℃下熟化0.5～2小时，再继续加入盐酸调节pH值为3.0～5.0，陈化10小时后，采用去离子水水洗过量的酸液，经过滤分离后得到带有物理结晶水的白炭黑，然后在150℃下干燥10小时后，磨细得120目产品的白炭黑。
以上调节pH值所用的盐酸为回收HCl气体制成的盐酸。
由上述方案可见，本发明提供的制备白炭黑的方法具有以下积极效果：
1、采用多晶硅副产物四氯化硅水解后的硅酸凝胶与泡花碱作为双硅胶源来生产白炭黑，提高资源利用率和产品质量；
2、利用多晶硅副产物四氯化硅水解后的硅酸凝胶原料本身来提高了泡花碱的模数，使硅胶源得到最有效的利用，简化工艺；
3、水解产物HCl全部回收制备盐酸，并用于酸化沉淀，减少盐酸产生，实现环境友好型生产；
4、该工艺流程较短，生产设备和工艺操作相对简单，易于工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例一、
1)将四氯化硅通入水解反应釜，在30℃、常压条件下进行水解反应1小时，过滤得到硅酸凝胶送入滚筒反应器，HCl气体经过一级和二级酸回收釜水吸收制成盐酸备用；
2)从加料罐将泡花碱加入到滚筒反应器，控制硅酸凝胶与泡花碱的质量比1∶2，使泡花的碱模数为2，向滚筒反应器中加入水，水的质量为硅酸凝胶与泡花碱质量之和的20％，升温至40℃，开启滚筒反应器混合反应1小时后，过滤分离不溶杂质，获得清液；
3)将清液送入沉淀反应釜中，加入十二烷基苯磺酸钠分散剂，十二烷基苯磺酸钠的用量为清液总质量的0.05％，采用回收HCl气体制成的盐酸来调节pH值为8～9，然后在60℃下熟化0.5小时，再继续向沉淀反应釜中加入盐酸调节pH为3.0～4.0，陈化10小时，然后采用去离子水水洗过量的酸液，经过滤分离器分离后得到带有物理结晶水的白炭黑，然后在干燥器中150℃干燥10小时后，送入球磨机磨细得120目产品的白炭黑。
实施例二
1)将四氯化硅通入水解反应釜，在50℃、常压条件下进行水解反应2小时，过滤得到硅酸凝胶送入滚筒反应器，HCl气体经过一级和二级酸回收釜水吸收制成盐酸备用；
2)从加料罐将泡花碱加入到滚筒反应器，控制硅酸凝胶与泡花碱的质量比1∶1，使泡花的碱模数为3，向滚筒反应器中加入水，水的质量为硅酸凝胶与泡花碱质量之和的50％，升温至60℃，开启滚筒反应器混合反应2小时，过滤分离不溶杂质，获得清液；
3)将清液送入沉淀反应釜中，加入十二烷基苯磺酸钠分散剂，十二烷基苯磺酸钠的用量为清液总质量的0.2％，采用回收HCl气体制成的盐酸来调节PH，控制pH为8～9，然后在95℃下熟化2小时，再继续向沉淀反应釜中加入盐酸调节pH为4.0～5.0，陈化10小时，然后采用去离子水水洗过量的酸液，经过滤分离器分离后得到带有物理结晶水的白炭黑，然后在干燥器中150℃干燥10小时后送入球磨机磨细得120目产品的白炭黑。
对实施例一、二获得的产品进行分析如下表：
Figure GDA00001309103000041
由上表可见，由本发明提供的方法获得的白炭黑产品的黏结力与强度高，耐热性与耐酸性好，且其他指标均达到有关规定的技术要求。

Claims (2)

1.由多晶硅副产物四氯化硅制备白炭黑的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将四氯化硅通入水解反应釜，在30～60℃、常压条件下进行水解反应0.5～2小时，得到硅酸凝胶和HCl气体，将HCl气体回收制成盐酸备用；
2)将硅酸凝胶和泡花碱加入滚筒反应器，控制硅酸凝胶与泡花碱质量比为1∶2～1∶1，使泡花碱的模数为2～3，然后向滚筒反应器中加入水，水的质量为硅酸凝胶与泡花碱质量之和的10～70％，升温至40～60℃，开启滚筒反应器混合反应1～3小时后，过滤分离不溶杂质，获得清液；
3)将清液通入沉淀反应釜中，加入十二烷基苯磺酸钠分散剂，用量为清液总质量的0.01％～0.5％，用盐酸调节pH值为8～9，然后在60～95℃下熟化0.5～2小时，再继续加入盐酸调节pH值为3.0～5.0，陈化10小时后，采用去离子水水洗过量的酸液，经过滤分离后得到带有物理结晶水的白炭黑，然后在150℃下干燥10小时后，磨细得120目产品的白炭黑。
2.根据权利要求1所述的由多晶硅副产物四氯化硅制备白炭黑的方法，其特征在于：调节pH值所用的盐酸为回收HCl气体制成的盐酸。
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