连续法制备沉淀二氧化硅预习报告.doc

连续法制备沉淀二氧化硅及性能检测预习方案一实验目的1初步了解和掌握无机超微细粉体沉淀二氧化硅产品开发的研究思路和实验研究方法，学会独立进行实验方案的设计，组织与实施。2了解沉淀二氧化硅的各种制备方法，掌握传统法和连续法制备沉淀二氧化硅的原理、工艺流程和影响产品性能的因素。3掌握沉淀二氧化硅主要性能参数的测定方法。4了解“连续式反应装置”的构成及功能。二实验原理1白炭黑物理性质和用途白炭黑外观为白色高度分散的无定形粉末或絮状粉末，也有加工成颗粒状作为商品的。比重为2.3192.653，熔点为1750。不溶于水及绝大多数酸，在空气中吸收水分后会成为聚集的细粒。能溶于苛性钠和氢氟酸。对其它化学药品稳定，耐高温不分解，不燃烧。具有很高的电绝缘性，多孔性。内表面积大，在生胶中有较大的分散力。经表面改性处理的憎水性白炭黑易溶于油内，用于橡胶和塑料等作为补强填充剂，都会使其产品的机械强度和抗撕指标显著提高。由于制造方法不同，白炭黑的物化性质、微观结构均会有一定差异，故其应用领域和应用效果也不同。白炭黑的用途很广，且不同产品具有不同的用途，现再概述如下：用作合成橡胶的良好补强剂，其补强性能仅次于炭黑，若经超细化和恰当的表面处理后，甚至优于炭黑。特别是制造白色、彩色及浅色橡胶制品时更为适用。用作稠化剂或增稠剂，合成油类、绝缘漆的调合剂，油漆的退光剂，电子元件包封材料的触变剂，荧光屏涂覆时荧光粉的沉淀剂，彩印胶板填充剂，铸造的脱模剂。加入树脂内，可提高树脂防潮和绝缘性能。填充在塑料制品内，可增加抗滑性和防油性。填充在硅树脂中，可制成耐200以上的塑料。在造纸工业中用作填充剂和纸的表面配料。还有用作杀虫剂及农药的载体或分散剂，防结块剂以及液体吸附剂和润滑剂等。2白炭黑的制备方法白炭黑的生产方法，根据国内外的资料表明，主要是沉淀法和气相法两大类型。由于沉淀法所用原料便宜，易得，生产工艺和设备较为简单，产品售价低，因而目前占主导地位。这里我们所要介绍的主要是沉淀法。沉淀法又称湿法，主要原材料为石英砂、纯碱、工业盐酸或硫酸或硝酸或二氧化碳。其工艺路线大体上是：先采用燃油或优质煤在高温下将石英砂与纯碱反应制得工业水玻璃，工业水玻璃用水配制成一定浓度的稀溶液，然后在一定条件下加入某种酸，使二氧化硅沉淀出来，再经清洗、过滤、干燥（烘干或喷雾）、粉碎、制得产品白炭黑。沉淀法又分酸法、溶胶法、碳化法等许多不同的具体方法。我们这里介绍的是以硅酸钠和硫酸为原料制备沉淀二氧化硅的传统法和以稻壳为原料，在硅酸钠碳酸氢钠体系中反应制备沉淀二氧化硅的连续法。（1）传统法传统法是我们知道的酸法。一般说来，酸法是将可溶性硅酸盐与硫酸（或其它酸）一起反应，当反应液到达某一pH值时停止加酸反应，进行陈化，然后过滤并用水多次反复清洗，脱除42SONa后，送干燥、粉碎后得到产品。工艺流程示意图为:该方法所得产品的性能与制备过程的条件控制有十分重要的关系。这是因为在反应的过程中，溶液中可溶性的硅酸盐首先转变成为单体硅酸（可溶性）。由反应体系的条件所决定，单体硅酸有可能生成疏松的絮状物（聚集作用），也有可能生成致密的胶粒（凝胶作用），从而造成最终产品的很大差异。为了得到所需性能的白炭黑，反应过程的有关条件必须严格控制。在实际制备过程中，同样是酸法，并且用同样的原材料，其具体的操作过程和条件控制有不少差别，在对原材料成份要求，稀释程度以及加酸速度、搅拌速度和温度等都有不同的指标。此外，在对滤并的处理与干燥的方法上也有不同的过程和要求。可见差别之存在。传统法制备白炭黑影响产品性能的重要工艺条件大致有三个：1）水玻璃的影响。在合成过程中发现,硅酸钠的浓度过大,易形成凝胶;而浓度过小,则易产生溶胶而得不到所需的产品。但在一定浓度范围内,改变硅酸钠的浓度,可以合成具有不同粒径的产品;水玻璃中SiO2与Na2O物质的量比也是影响白炭黑产品的一个因素。2)表面活性剂和分散剂的影响。在SiO2合成过程中,加入表面活性剂可以抑制硅酸凝胶的形成,但未除去表面活性剂的SiO2粉末的比表面积远小于处理过的样品的比表面积。因此,若要得到纯净的高比表面积的产品,须通过灼烧方法将表面活性剂除去。3）沉淀剂与沉淀方法的影响。产品SiO2nH2O微粒粒径的大小既与核粒SiO2nH2O的大小和结构有关,也与硅酸聚合沉积的速率和方式有关。（2）连续法 连续法是一种采用碳酸钠水溶液提取稻壳炭化物中的二氧化硅，进而制得白炭黑产品的方法。其基本原理如下：1)在一定条件下炭化后的稻壳炭化物放于碳酸钠水溶液中，稻壳炭化物中的二氧化硅与碳酸钠在温度T1下发生如下反应：二氧化硅以低模数可溶态硅酸钠形式溶解出来，并随之发生如下反应： 在温度1T条件下，经一定时间后，上述两反应各组份达到动态平衡。2)溶解液在保温条件下过滤，然后迅速降温至温度2T，滤液中单硅酸浓度将处于饱和状态，温度与饱和浓度(C。)及临界形核浓度(Ct)的关系如图1所从而发生水合二氧化硅沉淀相变析出过程：在此析出过程中，包含了胶粒成核(脱水)、长大、聚集及沉淀等过程，最终形成白炭黑。矿物型二氧化硅与稻壳炭化物中的二氧化硅性质上存在着很大差别，前者以晶体形式存在，后者以水合二氧化硅形式存在。连续法采用的是碳酸钠水溶液其实是专门针对稻壳碳化物中的二氧化硅，这就是利用稻壳制取白炭黑的工艺研究 纯碱提浸法。其主要工艺流程如下:书本上给我们介绍的连续法制备沉淀二氧化硅主要着重于工艺后半段，利用碳酸氢钠提取的工艺流程：该反应体系的具有如下特点：1 Na2SiO4-NaHCO3体系为碱性反应体系，在整个反应过程中，体系中的pH值能基本维持在一个稳定的区域，这样就保证了反应过程中体系环境的相对稳定，使二氧化硅粒子能在稳定的条件下进行。2 该反应体系成河时间短，这样使粒子能在相同的时间里成核，并且同时开始长大，对粒子粒径的均匀性有利。以碳酸钠溶液为提取液与稻壳灰中的二氧化硅反应提取白炭黑,二氧化硅的提取率90%以上,碳酸钠提取液理论上不消耗,可以循环使用。这是此工艺的最大特点和优势。碳酸钠溶液与稻壳灰溶煮,将溶煮的混合液过滤,滤液在冷却过程中有大量的水合二氧化硅沉淀析出。将沉淀出的水合二氧化硅经过滤、洗涤、干燥、粉碎后即可制得白炭黑产品。此工艺对稻壳的炭化温度有严格要求,因为炭化温度过低,有机挥发组分不能完全除去,在提取二氧化硅时残余挥发组分将溶于碱液中,使得到的二氧化硅色泽发黄,难以达到国标中对二氧化硅的白度要求;炭化温度过高,炭化稻壳中的二氧化硅无定形结构遭到破坏,影响二氧化硅的提取率。参考文献1 洪立福 金鑫. 超细二氧化硅的制备与改性J. 北京化工大学学报，2004,31（5）.2 王佼. 白炭黑制备方法及表面改性研究进展J. 北京工业职业技术学院学报，2005，4(4).3 赵丽颖 郑伟. 沉淀二氧化硅的应用与发展J. 牙膏