CN106103345A - 用于生产二氧化硅颗粒的方法 - Google Patents

用于生产二氧化硅颗粒的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106103345A
CN106103345A CN201580007950.XA CN201580007950A CN106103345A CN 106103345 A CN106103345 A CN 106103345A CN 201580007950 A CN201580007950 A CN 201580007950A CN 106103345 A CN106103345 A CN 106103345A
Authority
CN
China
Prior art keywords
granule
amorphous silica
spherical
zirconic
reducing agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580007950.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106103345B (zh
Inventor
B.米雷
M.德斯托
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elkem ASA
Original Assignee
Elkem ASA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elkem ASA filed Critical Elkem ASA
Publication of CN106103345A publication Critical patent/CN106103345A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106103345B publication Critical patent/CN106103345B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/18—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
    • C01B33/181—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof by a dry process
    • C01B33/182—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof by a dry process by reduction of a siliceous material, e.g. with a carbonaceous reducing agent and subsequent oxidation of the silicon monoxide formed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/02—Amorphous compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32—Spheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及用于生产无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒的方法，其中将二氧化硅和还原剂注入呈熔融状态的氧化锆的反应容器中，所述氧化锆用作储热器，在其中二氧化硅与还原剂反应，产生低价氧化硅蒸汽，将所述低价氧化硅蒸汽氧化成所述球形亚微米二氧化硅颗粒。

Description

用于生产二氧化硅颗粒的方法
技术领域
本发明包括用于生产无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒的方法。另外，本发明包括由此生产的无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒。
背景技术
根据现有技术，亚微米无定形二氧化硅颗粒由来自炉（例如硅炉和硅铁炉）的废气生产。Elkem AS已开发关于来自不同炉的废气以及生产精细的无定形二氧化硅颗粒（微细二氧化硅(microsilica)）的技术很多年。微细二氧化硅(microsilica)颗粒通常具有约0.15微米的粒度和介于20 m2/g和30 m2/g之间的表面积（BET）。相对高的比表面积对于一些应用（例如混凝土）而言是一个缺点，这归因于微细二氧化硅(microsilica)颗粒低的流动性能。
然而，由上述方法所获得的无定形二氧化硅颗粒确实具有以下缺点：组成和颜色随着炉操作的变化而变化，还随着用于生产硅或硅铁的原材料的变化而变化。因此SiO2含量可从99重量％向下变化至70重量％并且颜色可从黑色变化到白色。
精细的无定形二氧化硅颗粒用于许多应用中，例如混凝土、耐火材料、陶瓷材料、塑料和橡胶中的填料。
还已知通过燃烧无机硅烷来生产亚微米二氧化硅颗粒。但该方法非常昂贵。
因此本发明的目的是提供用于生产球形亚微米无定形二氧化硅颗粒的稳定且加速的方法，所述二氧化硅颗粒具有高且一致的纯度以及一致的颜色。
发明描述
本发明的目的是克服现有技术的缺点，并且提供用于生产亚微米无定形二氧化硅的稳定且加速的方法。
本发明的目的是生产被允许与氧气反应，从而形成具有球形无定形性质的亚微米二氧化硅颗粒的低价氧化硅（silicon sub-oxide）蒸汽。
可燃性低价氧化硅气体的来源是反应容器，在该反应容器中借助于合适的加热装置保持反应物池（a pool of reactants）处在适当的温度下。
原理是使二氧化硅来源与还原剂反应，由此生产用作燃烧介质的低价氧化硅。通过二氧化硅的部分还原来生产气态低价氧化物通常是一种耗热反应。因此此类储热器的存在促进并稳定该过程。
本发明包括用于生产无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒的方法。在本发明中，将二氧化硅来源和还原剂添加到容纳基于氧化锆的熔池（a zirconium oxide based moltenpool）的反应容器中。基于氧化锆的熔池被用作稳定本发明方法的储热器。氧化锆是一种高熔点的非反应性金属氧化物。
基于氧化锆的熔体优选是氧化锆，但是也可以含有少于10重量％，并且更优选少于5重量％的其它元素。若基于锆的熔体含有其它元素，则相比于针对纯的二氧化锆的约2715℃，熔点可以降低至约2650℃。
熔融氧化锆具有非常低的蒸汽压并且将不产生会污染所生产的二氧化硅颗粒的低价氧化锆。二氧化硅与还原剂反应，产生低价氧化硅蒸汽，并且将所述低价氧化硅蒸汽氧化成所述球形二氧化硅颗粒。
本发明包括用于生产无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒的方法，其中将二氧化硅和还原剂注入包含基于氧化锆的熔池的反应容器中，其中所述基于氧化锆的熔池用作储热器，在其中二氧化硅与还原剂反应产生低价氧化硅蒸汽（SiO），将所述低价氧化硅蒸汽氧化成所述无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒。
保持容纳于容器中的基于氧化锆的材料的温度，并将其维持在至少处于或高于所述基于氧化锆的材料的熔点。基于氧化锆的材料的温度为选自以下范围之一：2650-2800℃、2700-2710℃、2710-2720℃、2720-2800℃、2800-2900℃、2900-3000℃。
在一个实施方案中，所述还原剂选自各种不同的化合物；然而碳材料（例如焦炭、煤、炭黑等等）是用于生产球形二氧化硅颗粒的优选的还原剂。此外，根据本发明生产的低价氧化硅蒸汽为氧化硅（SiO）。此外，将氧化硅蒸汽氧化成球形无定形二氧化硅颗粒。
在本发明的一个实施方案中，任选将气体注入基于氧化锆的熔池中，以便增加从该池释放的金属低价氧化物的分压。该气体选自氮气或空气。
通过选择纯净的二氧化硅和纯净的碳还原剂作为反应物，通过本发明的方法获得非常纯净的二氧化硅颗粒。另外，所生产的二氧化硅颗粒的颜色为白色。
所生产的二氧化硅颗粒具有球形形态学。所获得的球形二氧化硅颗粒具有选自以下范围之一的尺寸：10-9 - 10-6 m、10-9- 10-8 m、10-8 - 10-7 m、10-7 - 10-6 m。
归因于生产低价氧化硅蒸汽的高温，所生产的二氧化硅颗粒具有比根据现有技术所生产的微细二氧化硅低的表面积。根据本发明方法生产的二氧化硅颗粒优选具有介于5m2/g和15 m2/g之间的比表面积并且更优选具有介于10m2/g和12 m2/g之间的比表面积。
所生产的二氧化硅颗粒的低的比表面积已显示在耐火浇注料以及基于波特兰水泥的砂浆和混凝土中使用时，改善了流动。所生产的二氧化硅颗粒的改善的流动性能具有以下优点：要求将成本较低的分散剂添加到浇注料、砂浆和混凝土中。
本发明包括无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒，根据上述方法所生产的颗粒。
发明详述
本发明的方法还可包括生产微细二氧化硅或无定形二氧化硅（SiO2）的球形亚微米颗粒，其中将二氧化硅和还原剂碳的混合物添加到在容器中的基于氧化锆的熔池中。
制备低价氧化硅蒸汽氧化硅（SiO）的主要反应如下：
SiO2+ C = SiO(g) + CO(g)
因此，本发明的方法为碳热还原方法。
将基于熔融氧化锆池的熔池保持在高于2650℃（并且优选高于纯的氧化锆的熔点）的温度下。还可将基于熔融氧化锆的材料保持在2710–2720℃的温度区间下。在约1800℃下，所产生的低价氧化硅的蒸汽压（ SiO蒸汽压）达到1个大气压。在本实施方案中，高于2650℃的温度比产生SiO蒸汽所需的约1800℃的温度高得多。因此该熔池将用作储热器。然而，在如上文所提及的高的温度下，所得的二氧化硅颗粒的表面积将被改进趋向更低的表面积，同时仍基本上是亚微米。所产生的低价氧化硅蒸汽（SiO-气体）在浴上方立即被氧化成SiO2颗粒，并回收于过滤器（例如尤其是袋式过滤器）中。
如上文所提及的，本发明的基于氧化锆的材料的熔池将用作储热器，因此使用于生产无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒的方法稳定并加速。在本发明中，氧化锆将用作几乎惰性的储热器，因此所生产的二氧化硅的球形亚微米颗粒将获得高纯度。在本发明中，所获得的产生无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒的球形亚微米的纯度是至少99重量％。
已描述本发明的优选实施方案，对于本领域技术人员将是显而易见的是，可以使用结合所述概念的其它实施方案。以上说明的本发明的这些和其它实施例旨在仅作为示例，并且本发明的实际范围将从以下权利要求书来确定。

Claims (10)

1.用于生产无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒的方法，其中将二氧化硅和还原剂注入包含基于氧化锆的材料的熔池的反应容器中，其中所述基于氧化锆的材料的熔池用作储热器，在其中二氧化硅与还原剂反应，产生低价氧化硅蒸汽SiO，将所述低价氧化硅蒸汽氧化成所述无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒。
2.根据前述权利要求1的方法，其中包含在所述容器中的基于氧化锆的材料的温度至少处于所述材料的熔点。
3.根据前述权利要求1-2中任一项的方法，其中基于氧化锆的熔池的温度选自以下范围之一：2650-2800℃、2700-2710℃、2710-2720℃、2720-2800℃、2800-2900℃、2900-3000℃。
4.根据前述权利要求1-3中任一项的方法，其中所述获得的球形二氧化硅颗粒具有选自以下范围之一的尺寸：10-9 - 10-6 m、10-9 - 10-8 m、10-8 - 10-7 m、10-7 - 10-6 m。
5.根据权利要求1的方法，其中还原剂为碳。
6.根据前述权利要求1-5中任一项的方法，其中将气体注入氧化锆中。
7.根据权利要求6的方法，其中所述气体选自惰性气体或氮气。
8.根据前述权利要求1-7中任一项所生产的无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒。
9.根据权利要求8的无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒，其中所述颗粒具有介于5m2/g和15 m2/g之间的比表面积。
10.根据权利要求9的无定形二氧化硅的球形亚微米颗粒，其中所述颗粒具有介于10m2/g和12 m2/g之间的比表面积。
CN201580007950.XA 2014-02-24 2015-02-23 用于生产二氧化硅颗粒的方法 Active CN106103345B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20140237A NO337545B1 (no) 2014-02-24 2014-02-24 Fremgangsmåte for fremstilling av silisiumdioksidpartikler
NO20140237 2014-02-24
PCT/NO2015/050039 WO2015126262A1 (en) 2014-02-24 2015-02-23 Process for the production of silicon dioxide particles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106103345A true CN106103345A (zh) 2016-11-09
CN106103345B CN106103345B (zh) 2018-01-02

Family

ID=53878644

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580007950.XA Active CN106103345B (zh) 2014-02-24 2015-02-23 用于生产二氧化硅颗粒的方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US10011496B2 (zh)
EP (1) EP3110757B1 (zh)
JP (1) JP6286573B2 (zh)
CN (1) CN106103345B (zh)
AU (1) AU2015219582B2 (zh)
BR (1) BR112016017801B1 (zh)
CA (1) CA2935056C (zh)
MX (1) MX2016008843A (zh)
NO (1) NO337545B1 (zh)
WO (1) WO2015126262A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114288948B (zh) * 2021-12-26 2022-09-30 江苏中腾石英材料科技股份有限公司 一种火焰法制备纳米高纯二氧化硅的装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4301060A (en) * 1977-08-11 1981-11-17 Kestrel Chemicals Limited Polyvinyl chloride containing a filler
CN1134395A (zh) * 1994-09-22 1996-10-30 Abb管理有限公司 生产混合金属氧化物粉末的方法及由此法生产的混合粉末
EP1361195A1 (en) * 2000-06-20 2003-11-12 Nippon Aerosil Co., Ltd. Amorphous, fine silica particles, and method for their production and their use
CN1620404A (zh) * 2002-01-18 2005-05-25 瓦克化学有限公司 制备无定形硅的方法和/或由此获得的有机卤硅烷
CN102249240A (zh) * 2011-06-08 2011-11-23 浙江大学 利用硅藻土制备高纯单质硅的制备方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2573057A (en) * 1947-09-11 1951-10-30 Kaiser Aluminium Chem Corp Process of preparing white finely divided amorphous silica
NL197592A (zh) * 1954-05-28 1900-01-01
NL261314A (zh) * 1960-02-26
FR2243153A1 (en) * 1973-09-10 1975-04-04 Electricity Council Ultrafine particles of silica or alumina - prepd by arc reducing coarse particles and reoxidising metal vapour
KR950001660B1 (ko) * 1989-04-07 1995-02-28 니혼 쇼꾸바이 가가꾸 고오교 가부시기가이샤 무기산화물 입자의 제조법
NO310142B1 (no) 1999-03-29 2001-05-28 Elkem Materials Fremgangsmåte for fremstilling av amorft silica fra silisium og fra silisiumholdige materialer
US6495114B1 (en) * 1999-07-22 2002-12-17 Fina Research, S.A. Production of silica particles
JP4904567B2 (ja) * 2000-11-15 2012-03-28 日本アエロジル株式会社 非晶質微細シリカ粒子とその用途
JP2002362919A (ja) * 2001-06-06 2002-12-18 Denki Kagaku Kogyo Kk シリカ超微粉の製造方法
JP2009215088A (ja) * 2008-03-07 2009-09-24 Nihon Yamamura Glass Co Ltd 球状シリカガラス微粒子及びその製法
TW201033123A (en) * 2009-03-13 2010-09-16 Radiant Technology Co Ltd Method for manufacturing a silicon material with high purity
JP5758686B2 (ja) 2011-04-21 2015-08-05 株式会社日本触媒 非晶質シリカ粒子

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4301060A (en) * 1977-08-11 1981-11-17 Kestrel Chemicals Limited Polyvinyl chloride containing a filler
CN1134395A (zh) * 1994-09-22 1996-10-30 Abb管理有限公司 生产混合金属氧化物粉末的方法及由此法生产的混合粉末
EP1361195A1 (en) * 2000-06-20 2003-11-12 Nippon Aerosil Co., Ltd. Amorphous, fine silica particles, and method for their production and their use
CN1620404A (zh) * 2002-01-18 2005-05-25 瓦克化学有限公司 制备无定形硅的方法和/或由此获得的有机卤硅烷
CN102249240A (zh) * 2011-06-08 2011-11-23 浙江大学 利用硅藻土制备高纯单质硅的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3110757B1 (en) 2019-07-03
JP6286573B2 (ja) 2018-02-28
MX2016008843A (es) 2017-04-13
NO20140237A1 (no) 2015-08-25
US20160318769A1 (en) 2016-11-03
JP2017506205A (ja) 2017-03-02
CA2935056C (en) 2019-03-05
BR112016017801A2 (zh) 2017-08-08
AU2015219582A1 (en) 2016-10-06
US10011496B2 (en) 2018-07-03
EP3110757A1 (en) 2017-01-04
BR112016017801B1 (pt) 2022-03-22
CA2935056A1 (en) 2015-08-27
CN106103345B (zh) 2018-01-02
AU2015219582B2 (en) 2017-04-20
EP3110757A4 (en) 2017-10-11
NO337545B1 (no) 2016-05-02
WO2015126262A1 (en) 2015-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105384177B (zh) 亚微米级球形二氧化硅微粉的制备方法
WO2018006694A1 (zh) 生产四氯化硅的方法
RU2016146831A (ru) Смесь на основе формовочного материала, содержащая резолы и аморфный диоксид кремния, полученные из нее формы и стержни и способ их получения
BR112019012517B1 (pt) Processo para a produção de silício de qualidade comercial
JP2024501595A (ja) 高純度低ウランサブミクロン球状シリカ微粉末の調製方法
CN106103345A (zh) 用于生产二氧化硅颗粒的方法
JP6390826B1 (ja) 発熱型スプレー顆粒モールドパウダーの製造方法
Tangstad Handbook of Ferroalloys: Chapter 6. Ferrosilicon and Silicon Technology
CA3219176A1 (en) Plasma arc process and apparatus for the production of fumed silica
CA2933476C (en) Process for the production of aluminium oxide particles
JPH0663713A (ja) 鋼の連続鋳造用発熱型顆粒状モールドパウダー
JPS5815021A (ja) β−ＳｉＣとＺｒＯ↓２を同時に製造する方法
JP2015171987A (ja) セラミック溶接のための多孔質シリカを含む粉末組成物及びその調製のための方法
JPS61117110A (ja) 金属珪素の製造方法ならびにその製造装置
JP5230051B2 (ja) 微小溶融シリカ粒子
KR101461803B1 (ko) 그래핀 제조방법 및 그 제조장치
Ringdalen et al. Phase Transformations in Quartz and it's Effect on Furnace Operation
JPS5834405B2 (ja) 主としてβ型結晶よりなる炭化珪素の製造方法
CN105347779A (zh) 一种氧化铝、氮化铝复合粉体的制造方法
JP2009143743A (ja) 合成シリカ粉の製造方法
JPH08926B2 (ja) 炭化珪素とコ−クスとからなる混合焼結体
JPH09110483A (ja) 無機質中空粒子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant