CN111268685A - 一种气相二氧化硅的合成工艺 - Google Patents

一种气相二氧化硅的合成工艺 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种气相二氧化硅的合成工艺，步骤如下：1)原料的制备：将含无机硅和/或无机硅化合物的废料制成膏状固态，加入冶金助剂捏合造粒，烘干成原料颗粒备用；2)纳米二氧化硅的制备：根据上述原料颗粒含硅成分的组成相应调整生产装置的能量输入和气氛条件，通过两段反应区，原料颗粒在高温空气等离子体下反应，形成气相二氧化硅，载气中形成的二氧化硅气溶胶离开反应区后快速急剧冷却，使气溶胶成核凝聚成纳米级二氧化硅；3)成核的纳米级二氧化硅随载气进入多级旋风分离器和金属网过滤器，分离分类成不同等级的产品；4)反应区中未带出的其他物质形成液态熔渣排出另行利用。

Description

一种气相二氧化硅的合成工艺
技术领域
本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种气相二氧化硅的合成工艺。
背景技术
气相二氧化硅俗称气相白炭黑，是纳米级的二氧化硅，原始粒径5-20纳米，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。广泛的应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、密封胶等高分子工业领域。
传统生产技术：化学气相沉积(CVD)法，又称燃烧法。其原料为四氯化硅、氧气和氢气，高温下反应而成。反应式为：
SiCl4+2H2+O2—>SiO2+4HCl。
氧气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸发，并以干燥、过滤后的空气为载体，送至合成水解炉。四氯化硅在高温下气化(火焰温度1000～1800℃)后，与一定量的氢和氧(或空气)在1800℃左右的高温下进行气相水解；此时生成的气相二氧化硅颗粒极细，与气体形成气溶胶，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒，然后经旋风分离器收集，再送入脱酸炉，用氮气吹洗至PH值为4～6即为成品。
传统的生产技术存在以下缺点：
1.投资巨大－原料和生产过程有毒、危险、是复杂的化学反应过程；
2.受原料的制约。必须大型化工厂有附产的四氯化硅或氯硅烷、氧气、氢气，必须与之联合生产，不能独立存在；
3.成本高，价格高，极大限制了应用；
4.技术核心仍然掌握在发达国家的少数企业，中国市场被垄断。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种气相二氧化硅的合成工艺。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种气相二氧化硅的合成工艺，具体步骤如下：
1)原料的制备：将含无机硅和/或无机硅化合物的废料制成膏状固态，加入冶金助剂捏合造粒，烘干成原料颗粒备用；
2)纳米二氧化硅的制备：将上述原料颗粒放入到微波等离子体反应器中，并调节微波等离子体输出功率为500-800KW，接着将反应器内的温度升至700-850℃，通入保护气体与氧气，并调整反应器内的氧气含量为3-15％，原料颗粒在高温氧气等离子体下反应，形成气相二氧化硅，载气中形成的二氧化硅气溶胶离开反应器后快速冷却至100℃以下，使气溶胶成核凝聚成纳米级二氧化硅；
3)成核的纳米级二氧化硅随载气进入多级旋风分离器和金属网过滤器，分离分类成不同等级的产品；
4)反应区中未带出的其他物质形成液态熔渣排出另行利用。
进一步的，步骤1)中含无机硅和/或无机硅化合物的废料中包含SiC、SiO2和Si中的任意一种或多种。
进一步的，步骤1)中制成的膏状固态物料的水份含量为30％。
进一步的，步骤1)中所述冶金助剂选用硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝中的任意一种或多种；所述冶金助剂的加入量为物料中固体含量的1-3％。
进一步的，步骤1)中烘干的原料颗粒的粒径为1.5-2.0mm。
进一步的，所述微波等离子体反应器包括两段反应区，第一段反应区与第二段反应区间的温差为300-500℃。
进一步的，步骤2)中所述保护气体为氮气、氩气、氦气中的任意一种或多种。
进一步的，步骤2)中微波等离子体反应器中的气体流速为280-320slpm；等离子体反应器内的气体压力为0.08-0.13Mpa。
进一步的，步骤2)中二氧化硅气溶胶在5s内降温至100℃以下。
与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：
1.投资小－是传统工艺的五分之一。
2.为高温冶金过程，无毒无污染，低危险性，原料和生产过程彻底摆脱四氯化硅、氧气和氢气的限制，能独立存在。
3.不需复杂的脱酸过程。
4.成本低-是传统工艺的三分之一。
5.利用工业废料为原料，既节省了原料成本又治理了废料。
6.综合能耗仅为传统工艺的三分之一至二分之一。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
生产原料：太阳能多晶硅线切割废料(呈泥浆状，含SiC、SiO2和Si粉，粒径2-20μm)。
一种气相二氧化硅的合成工艺，具体步骤如下：
1)原料的制备：将含SiC、SiO2和Si粉的泥浆状废料压滤脱水成水份含量为30％的膏状固态，加入废料中固体含量2-3％的硫酸钠捏合造粒，并烘干成粒径为1.5-1.8mm的原料颗粒备用；
2)纳米二氧化硅的制备：将上述原料颗粒放入到微波等离子体反应器中，并调节微波等离子体输出功率为700-800KW，接着将反应器内的温度升至820-850℃，通入氮气与氧气，控制微波等离子体反应器中的气体流速为320slpm；气体压力为0.13Mpa，并调整反应器内的氧气含量为12-15％，上述微波等离子体反应器包括两段反应区，第一段反应区温度为1120℃，第二段反应区间的温差为820℃，通过两段反应区，原料颗粒在高温氧气等离子体下反应，形成气相二氧化硅，总反应式如下：
SiC+SiO2+Si+O2→SiO2+CO
载气中形成的二氧化硅气溶胶离开反应器后5s内快速冷却至100℃以下，使气溶胶成核凝聚成纳米级二氧化硅。
3)成核的纳米级二氧化硅随载气进入多级旋风分离器和金属网过滤器，分离分类成不同等级的产品。
4)反应区中未带出的其他物质形成液态熔渣排出另行利用。
实施例2：
生产原料：有机硅单体合成炉渣废料(呈干态，含SiO2和Si粉，粒径20-2000μm)。
一种气相二氧化硅的合成工艺，具体步骤如下：
1)原料的制备：向含SiO2和Si粉的干态炉渣废料中加水，调整含水量至30％，加入废料中固体含量1-2％的硫酸钙捏合造粒，并烘干成粒径为1.8-2.0mm的原料颗粒备用；
2)纳米二氧化硅的制备：将上述原料颗粒放入到微波等离子体反应器中，并调节微波等离子体输出功率为500-600KW，接着将反应器内的温度升至700-750℃，通入氩气与氧气，控制微波等离子体反应器中的气体流速为280slpm；气体压力为0.08Mpa，并调整反应器内的氧气含量为3-5％，上述微波等离子体反应器包括两段反应区，第一段反应区温度为1200℃，第二段反应区间的温差为700℃，通过两段反应区，原料颗粒在高温氧气等离子体下反应，形成气相二氧化硅，总反应式如下：
SiO2+Si+O2→SiO2
载气中形成的二氧化硅气溶胶离开反应器后5s内快速冷却至100℃以下，使气溶胶成核凝聚成纳米级二氧化硅。
3)成核的纳米级二氧化硅随载气进入多级旋风分离器和金属网过滤器，分离分类成不同等级的产品。
4)反应区中未带出的其他物质形成液态熔渣排出另行利用。
实施例3：
生产原料：铁合金行业含SiO2和Si的废料(呈干态，含SiO2和Si粉，粒径500-2000μm)。
一种气相二氧化硅的合成工艺，具体步骤如下：
1)原料的制备：向含SiO2和Si粉的干态废料中加水，调整含水量至30％，加入废料中固体含量1-2％的硫酸铝捏合造粒，并烘干成粒径为1.6-1.8mm的原料颗粒备用；
2)纳米二氧化硅的制备：将上述原料颗粒放入到微波等离子体反应器中，并调节微波等离子体输出功率为500-600KW，接着将反应器内的温度升至750-780℃，通入氦气与氧气，控制微波等离子体反应器中的气体流速为300slpm；气体压力为0.10Mpa，并调整反应器内的氧气含量为5-8％，上述微波等离子体反应器包括两段反应区，第一段反应区温度为1050℃，第二段反应区间的温差为750℃，通过两段反应区，原料颗粒在高温氧气等离子体下反应，形成气相二氧化硅，总反应式如下：
SiO2+Si+O2→SiO2
载气中形成的二氧化硅气溶胶离开反应器后5s内快速冷却至100℃以下，使气溶胶成核凝聚成纳米级二氧化硅。
3)成核的纳米级二氧化硅随载气进入多级旋风分离器和金属网过滤器，分离分类成不同等级的产品。
4)反应区中未带出的其他物质形成液态熔渣排出另行利用。
实施例4：
生产原料：碳化硅行业含SiC的废料与钢铁精炼含SiO2的废渣共同利用(呈干态，含SiO2和SiC粉，粒径300-1800μm)。
一种气相二氧化硅的合成工艺，具体步骤如下：
1)原料的制备：向含SiO2和Si粉的干态废料中加水，调整含水量至30％，加入废料中固体含量2％的冶金助剂捏合造粒，并烘干成粒径为1.5-1.8mm的原料颗粒备用；其中冶金助剂由硫酸钠与硫酸钙按质量比1:2混合而成。
2)纳米二氧化硅的制备：将上述原料颗粒放入到微波等离子体反应器中，并调节微波等离子体输出功率为600-700KW，接着将反应器内的温度升至780-820℃，通入氦气、氩气与氧气，控制微波等离子体反应器中的气体流速为310slpm；气体压力为0.12Mpa，并调整反应器内的氧气含量为8-12％，上述微波等离子体反应器包括两段反应区，第一段反应区温度为1180℃，第二段反应区间的温差为780℃，通过两段反应区，原料颗粒在高温氧气等离子体下反应，形成气相二氧化硅，总反应式如下：
SiC+SiO2+Si+O2→SiO2+CO
载气中形成的二氧化硅气溶胶离开反应器后5s内快速冷却至100℃以下，使气溶胶成核凝聚成纳米级二氧化硅。
3)成核的纳米级二氧化硅随载气进入多级旋风分离器和金属网过滤器，分离分类成不同等级的产品。
4)反应区中未带出的其他物质形成液态熔渣排出另行利用。
上述各实施例及传统工艺生产气相二氧化硅每吨所需的综合能耗如下表所示：(其中对比例1表示传统工艺)
Figure BDA0002404051430000081
由上表可知，本发明提供的气相二氧化硅合成工艺的综合能耗仅为传统工艺的三分之一至二分之一。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种气相二氧化硅的合成工艺，其特征在于，具体步骤如下：
1)原料的制备：将含无机硅和/或无机硅化合物的废料制成膏状固态，加入冶金助剂捏合造粒，烘干成原料颗粒备用；
2)纳米二氧化硅的制备：将上述原料颗粒放入到微波等离子体反应器中，并调节微波等离子体输出功率为500-800KW，接着将反应器内的温度升至700-850℃，通入保护气体与氧气，并调整反应器内的氧气含量为3-15％，原料颗粒在高温氧气等离子体下反应，形成气相二氧化硅，载气中形成的二氧化硅气溶胶离开反应器后快速冷却至100℃以下，使气溶胶成核凝聚成纳米级二氧化硅；
3)成核的纳米级二氧化硅随载气进入多级旋风分离器和金属网过滤器，分离分类成不同等级的产品；
4)反应区中未带出的其他物质形成液态熔渣排出另行利用。
2.根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅的合成工艺，其特征在于，步骤1)中含无机硅和/或无机硅化合物的废料中包含SiC、SiO2和Si中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅的合成工艺，其特征在于，步骤1)中制成的膏状固态物料的水份含量为30％。
4.根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅的合成工艺，其特征在于，步骤1)中所述冶金助剂选用硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝中的任意一种或多种；所述冶金助剂的加入量为物料中固体含量的1-3％。
5.根据权利要求1或4所述的一种气相二氧化硅的合成工艺，其特征在于，步骤1)中烘干的原料颗粒的粒径为1.5-2.0mm。
6.根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅的合成工艺，其特征在于，所述微波等离子体反应器包括两段反应区，第一段反应区与第二段反应区间的温差为300-500℃。
7.根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅的合成工艺，其特征在于，步骤2)中所述保护气体为氮气、氩气、氦气中的任意一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅的合成工艺，其特征在于，步骤2)中微波等离子体反应器中的气体流速为280-320slpm；等离子体反应器内的气体压力为0.08-0.13Mpa。
9.根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅的合成工艺，其特征在于，步骤2)中二氧化硅气溶胶在5s内降温至100℃以下。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115287046A (zh) * 2022-08-19 2022-11-04 佛山科学技术学院 一种基于碳基的水合盐蓄热材料的制备方法
CN115340100A (zh) * 2021-12-09 2022-11-15 福建创威新材料科技有限公司 一种利用硅生产回收的粉尘制备二氧化硅的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1559662A (zh) * 2004-02-25 2005-01-05 孙 陶 等离子体合成多种纳米粉末的生产工艺
US20100210067A1 (en) * 2009-02-11 2010-08-19 Kenneth Scott Alexander Butcher Migration and plasma enhanced chemical vapor deposition
CN103201220A (zh) * 2010-11-02 2013-07-10 株式会社德山 硅砂造粒体及其制造方法
CN110791114A (zh) * 2019-11-18 2020-02-14 安徽冠泓塑业有限公司 一种废旧塑料纸杯的再生改性方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1559662A (zh) * 2004-02-25 2005-01-05 孙 陶 等离子体合成多种纳米粉末的生产工艺
US20100210067A1 (en) * 2009-02-11 2010-08-19 Kenneth Scott Alexander Butcher Migration and plasma enhanced chemical vapor deposition
CN103201220A (zh) * 2010-11-02 2013-07-10 株式会社德山 硅砂造粒体及其制造方法
CN110791114A (zh) * 2019-11-18 2020-02-14 安徽冠泓塑业有限公司 一种废旧塑料纸杯的再生改性方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄生乔等: ""微波等离子体化学合成纳米粉体材料研究与应用"", 《过程工程学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115340100A (zh) * 2021-12-09 2022-11-15 福建创威新材料科技有限公司 一种利用硅生产回收的粉尘制备二氧化硅的方法
CN115340100B (zh) * 2021-12-09 2023-10-13 福建创威新材料科技有限公司 一种利用硅生产回收的粉尘制备二氧化硅的方法
CN115287046A (zh) * 2022-08-19 2022-11-04 佛山科学技术学院 一种基于碳基的水合盐蓄热材料的制备方法

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