CN113860318A - 一种节能环保纳米二氧化硅生产装置及工艺 - Google Patents

一种节能环保纳米二氧化硅生产装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种节能环保纳米二氧化硅生产装置及工艺，所述的装置包括物料储罐，所述的物料储罐分别连接送料装置和等离子体发生器。所述的工艺是将微米级SiO₂粉体经除杂净化后，用等离子体炬进行气化后再对其进行冷却，通过分级得到不同粒径的纳米级二氧化硅产品。本发明利用等离子体高温把微米级SiO₂经除杂净化的粉体进行气化，喷入冷惰性气体中急冷得5∼40nm球状的SiO₂微粒，经气流分级筛分成不同粒径的产品。取代了传统能耗高、工艺复杂的气相法、溶胶‑凝胶法、微乳法。本发明利用电感耦合无电极等离子体技术对二氧化硅进行气化，不存在任何污染，得到高纯度纳米二氧化硅。

Description

一种节能环保纳米二氧化硅生产装置及工艺
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种节能环保纳米二氧化硅生产装置及工艺。
背景技术
纳米材料被众多科学家视为21世纪最有前途的材料之一，西方各发达国家纷纷把纳米级材料的 研究、开发列入本国的高技术发展计划之中，纳米SiO2作为纳米级材料中的重要一员。但值得关注的是， 传统沉淀法工艺生产的白炭黑产品能否成为纳米SiO2中的一个品种。传统沉淀法特指以硫酸、盐酸、 SiO2与水玻璃为基本原料生产白炭黑的生产工艺。
传统沉淀法白炭黑不是纳米材料, 如果仅根据白炭黑透射电镜照片显示其粒径为15∼20nm，即将其视为纳米材料，显然是错误的。传统沉淀法白炭黑在使用透射电镜测定其粒径时，首先要对样品进行预处理，一般是在分散液内采用超声波技术使之分散。因此，测得的粒径是强制分散后的粒径，通常称之为原始粒子，而不代表成品粒径。传统沉淀法白炭黑在橡胶中经混炼后，并不能使沉淀法白炭黑分散成100nm以下的粒子。据国外研究表明，在胶料中分散后的白炭黑粒子，也就是真正与胶料交联起补强作用的粒子粒径在250∼500nm的范围内。传统沉淀法白炭黑的原始粒子虽为 15∼20nm，但在表面羟基作用下已形成聚集体颗粒，因而无法表现出纳米材料应有的特性。传统沉淀法白炭黑粒子生成过程中，可以将其分为如下几个过程：在沉淀反应时水玻璃与酸反应，最初生成硅酸，然后自聚成硅酸微粒子。这个过程形成的粒子我们称之为原始粒子或一次粒子，也就是透射电镜可以看到的SiO2粒子，它的确是纳米态胶体粒子。随后，这些聚硅酸微粒渐渐长大形成链状水合硅酸聚集体，这些聚集体我们可以称之为二次粒子。在过滤、洗涤后，滤饼打浆，送入干燥设备中脱水，水合硅酸聚集体变成SiO2颗粒产品，我们称之为三次粒子。如果将沉淀法白炭黑产品再次粉碎，所得到的白炭黑产品应称之为四次粒子了。故现有传统沉淀法生产工艺是不可能得到纳米态SiO2微粒的。即使采用先进的超细粉碎手段，也只能得到微米级的 SiO2粉体。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种节能环保纳米二氧化硅生产装置。
本发明的第二目的在于提供一种节能环保纳米二氧化硅生产工艺。
本发明的第一目的是这样实现的，所述的装置包括物料储罐，所述的物料储罐1分别连接送料装置和等离子体发生器。
本发明的第二目的通过以下步骤实现：
将微米级SiO2粉体经除杂净化后，用等离子体炬进行气化后再对其进行冷却，通过分级得到不同粒径的纳米级二氧化硅产品。
本发明的有益效果：
本发明利用等离子体高温把微米级SiO2经除杂净化的粉体进行气化，喷入冷惰性气体中急冷得5∼40nm球状的SiO2微粒，经气流分级筛分成不同粒径的产品。取代了传统能耗高、工艺复杂的气相法、溶胶-凝胶法、微乳法。本发明利用电感耦合无电极等离子体技术对二氧化硅进行气化，不存在任何污染，得到高纯度纳米二氧化硅。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图中：1-物料储罐，2-送气装置，3-等离子体发生器，4-视频电源，5-石英送料管，6-辅助气体装置，7-石英炬管，8-等离子体炬，9-扩散咀，10-空压机，11-制冷机，12-冷气喷嘴，13-旋流冷却塔，14-惰性气体回收罐，15-惰性气体储罐，16-风机，17-风力分级机，18-集尘器，19-二氧化硅收集装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不得以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
如图1所示，包括物料储罐1，所述的物料储罐1分别连接送料装置2和等离子体发生器3。
所述的等离子体发生器3包括石英送料管5，石英炬管7，扩散咀9，所述的物料储罐1的出料口连通石英送料管5，石英送料管5设置在石英炬管7内，石英送料管5的出料端设置扩散咀9，扩散咀9呈喇叭型且小口连接在石英炬管7的端口上形成物料通道。
所述的石英炬管7内还设置辅助气体通道与辅助气体装置6相连通，辅助气体通道的开口与石英送料管5的出口朝向一致。所述的辅助气体为惰性气体。
所述的石英炬管9的进气口连接制冷机11，制冷机11连接空压机10。
所述的制冷机11分别连接惰性气体储罐15和冷气喷嘴12，冷气喷嘴12连通旋流冷却塔13。
所述的旋流冷却塔13的物料出口通过风机16连通风力分级机17，微尘出口连接集尘器18。
一种节能环保纳米二氧化硅生产工艺，包括如下步骤：
将微米级SiO2粉体经除杂净化后，用等离子体炬进行气化后再对其进行冷却，通过分级得到不同粒径的纳米级二氧化硅产品。
SiO2粉体在气化之前通过惰性气体进行送料。
所述的等离子体炬的温度为9000~12000K。
所述SiO2粉体气化后，冷却过程中是被经过制冷机制冷后的惰性气体对其进行冷却的。
所述的惰性气体为氩气或氦气。
下面结合附图对本发明创造进行详细说明以示本发明的原理：
把30.8umSiO2经除杂净化的粉体装入物料储罐1，由送料氩气罐2提供一定压力的氩气进行送料到石英送料管5，等离子体发生器3由射频电源4（13.56MHz）提供电能由电感线圈产生强大的磁场使带物料的氩气和辅助氩气（来自辅助气体装置6）通过磁场区产生等离子体炬8（约10000K），二氧化硅粉体瞬间被气化，气化后经扩散咀9进入旋流冷却塔13进行急冷，为防止物料氧化，由氩气储罐15提供氩气通过制冷机冷11却后经冷气喷嘴12喷入旋流冷却塔13对物料进行冷却，由于石英炬管7工作在高温环境，由空压机10（压力为0.6Mpa）经制冷机11冷却后的空气切向送入石英炬管7进行冷却，由尾端排出。氩气回收罐14的氩气净化后返回氩气储罐15进行使用，旋流冷却塔13冷却的物料通过风机6送往风力分级机17分级后送往二氧化硅收集装置19收集得不同粒级的纳米二氧化硅产品。风力分级机17出来的微尘由集尘器18进行收集。

Claims (10)

1.一种节能环保纳米二氧化硅生产装置，包括物料储罐（1），其特征在于所述的物料储罐（1）分别连接送料装置（2）和等离子体发生器（3）。
2.根据权利要求1所述的节能环保纳米二氧化硅生产装置，其特征在于所述的等离子体发生器（3）包括石英送料管（5），石英炬管（7），扩散咀（9），所述的物料储罐（1）的出料口连通石英送料管（5），石英送料管（5）设置在石英炬管（7）内，石英送料管（5）的出料端设置扩散咀（9），扩散咀（9）呈喇叭型且小口连接在石英炬管（7）的端口上形成物料通道。
3.根据权利要求1所述的节能环保纳米二氧化硅生产装置，其特征在于所述的石英炬管（7）内还设置辅助气体通道与辅助气体装置（6）相连通，辅助气体通道的开口与石英送料管（5）的出口朝向一致。
4.根据权利要求3所述的节能环保纳米二氧化硅生产装置，其特征在于所述的石英炬管（9）的进气口连接制冷机（11），制冷机（11）连接空压机（10）。
5.根据权利要求4所述的节能环保纳米二氧化硅生产装置，其特征在于所述的制冷机（11）分别连接惰性气体储罐（15）和冷气喷嘴（12），冷气喷嘴（12）连通旋流冷却塔（13）。
6.根据权利要求5所述的节能环保纳米二氧化硅生产装置，其特征在于所述的旋流冷却塔（13）的物料出口通过风机（16）连通风力分级机（17），微尘出口连接集尘器（18）。
7.一种节能环保纳米二氧化硅生产工艺，其特征在于包括如下步骤：
将微米级SiO2粉体经除杂净化后，用等离子体炬进行气化后再对其进行冷却，通过分级得到不同粒径的纳米级二氧化硅产品。
8.如权利要求7所述的一种节能环保纳米二氧化硅生产工艺，其特征在于SiO2粉体在气化之前通过惰性气体进行送料。
9.如权利要求7所述的一种节能环保纳米二氧化硅生产工艺，其特征在于所述的等离子体炬的温度为9000~12000K。
10.如权利要求7所述的一种节能环保纳米二氧化硅生产工艺，其特征在于所述SiO2粉体气化后，冷却过程中是被经过制冷机制冷后的惰性气体对其进行冷却的。
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