[發(fā)明專利]一種二氧化硅的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310374157.6
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN104418332A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王永慶;闕偉東;初亮
• 申請（專利權(quán)）人: 確成硅化學(xué)股份有限公司
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12
• 代理公司: 北京德恒律治知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種二氧化硅的制備方法。

背景技術(shù)

水合二氧化硅俗稱白炭黑，分子式為SiO₂·nH₂O，外觀形態(tài)為粉狀、微珠、顆粒狀，白炭黑是橡膠補強廣泛使用的材料，一般說來，由于白炭黑（超細(xì)的、表面處理的例外）補強效果還不及炭黑好，故屬半補強填充材料。因此要根據(jù)使用場合決定代替炭黑的百分?jǐn)?shù)。沉淀白炭黑用于橡膠制品有汽車、翻斗車、卡車、拖拉機、叉車、自行車等的內(nèi)外胎，工業(yè)用皮帶、膠管、襯墊、膠板、糧食加工用脫谷膠輥，以及膠鞋等各種橡膠工業(yè)制品中都或多或少地要用到白炭黑。在普通輪胎內(nèi)添加一定量的白炭黑能提高輪胎的使用壽命。據(jù)研究試驗結(jié)果表明，若能增配10～20份白炭黑就可以改善膠接性和抗撕裂性，使輪胎行駛里程提高，同時還能增強輪胎對路面的抓著力，以利于安全行車。由于節(jié)能減排與綠色環(huán)保的要求，越來越多的白炭黑應(yīng)用于輪胎橡膠工業(yè)。將白炭黑作為填料與天然膠和合成膠混煉，應(yīng)用于輪胎可以降低滾動阻力，改善濕滑性能，因而使汽車耗油低、減少廢氣排放。

目前，白炭黑的主要生產(chǎn)方法主要有氣相法和液相法中的沉淀方法。前者因成本高而使應(yīng)用受限。我國沉淀法白炭黑年生產(chǎn)和消費在70萬噸以上，但傳統(tǒng)的沉淀法白炭黑采用酸沉淀法為主，硫酸和水玻璃是生產(chǎn)沉淀法二氧化硅俗稱白炭黑的主要原料，目前一噸白炭黑需要消耗約1.2噸水玻璃，一般生產(chǎn)過程中消耗的是濃度為25～35%的液體硅酸鈉。根據(jù)所使用硫酸的濃度不同，可將沉淀法產(chǎn)生二氧化硅分為濃酸法和稀酸法。此外，傳統(tǒng)沉淀法中，生產(chǎn)二氧化硅的反應(yīng)器一般為間歇釜式反應(yīng)器，硫酸和水玻璃之間為液液相反應(yīng)，通過攪拌器將反應(yīng)物混合均勻。但這種反應(yīng)會出現(xiàn)局部高濃度過酸化的現(xiàn)象，易于使二氧化硅粒子在液液相界面處聚集為較大的聚集體，同時使二氧化硅粒子的粒徑分布不均，從而影響二氧化硅最終的產(chǎn)品質(zhì)量。

近年來，已經(jīng)開發(fā)出一種在常壓下通過二氧化碳與硅酸鈉反應(yīng)制備二氧化硅的方法。其中，中國發(fā)明專利CN92106890.5公開了一種利用煙道廢氣中的二氧化碳與硅酸鈉反應(yīng)生產(chǎn)二氧化硅的方法，該方法的具體實施的工藝程序包括：煙道廢氣→洗化槽→碳化（加入硅酸鈉溶液）→壓濾→洗滌→干燥→粉碎。但是，在該工藝中，所用的煙道氣中的二氧化碳濃度不高，此外，二氧化碳?xì)怏w在硅酸鈉溶液中分布不均勻，這些不僅降低了反應(yīng)進行的速率而且使生成的二氧化硅粒子粒徑過大（大的聚集體）或過小（細(xì)粉）、粒徑分布不均勻。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中，生產(chǎn)出的二氧化硅粒子粒徑過大（大的聚集體）或過小（細(xì)粉）、粒徑分布不均勻的問題，本發(fā)明提出了一種制備二氧化硅的方法，此方法包括：

（a）反應(yīng)：將直徑均勻的工藝氣體的氣泡分散到硅酸鈉溶液中，以使硅酸鈉溶液與二氧化碳進行反應(yīng)，生成二氧化硅料漿，其中，工藝氣體含有二氧化碳；

（b）過濾：過濾二氧化硅料漿并得到濾出物；

（c）漿化：對濾出物進行漿化，得到二氧化硅漿液；以及

（d）干燥：干燥二氧化硅漿液。

具體而言，通過以下方式實施上述方法：

在本發(fā)明的反應(yīng)步驟之前，可以利用二氧化碳提純裝置將含有二氧化碳的初始?xì)怏w提純成含有二氧化碳的工藝氣體，其中，初始?xì)怏w中的二氧化碳濃度大于工藝氣體中的二氧化碳濃度；二氧化碳提純裝置包括變壓吸附裝置、膜法純化裝置、低溫分餾裝置和/或它們的組合；以體積分?jǐn)?shù)計，初始?xì)怏w中的二氧化碳濃度為介于8%和12%之間，工藝氣體中的二氧化碳濃度為30%以上。初始?xì)怏w可以是熱風(fēng)爐尾氣或具有上述氣體組成的其他廢氣，并且其可以進一步包括氮氣、氧氣、二氧化硫、氮氧化物和/或它們的組合，其中，二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)小于0.02%，氮氧化物的體積分?jǐn)?shù)小于0.05%。通過使用本發(fā)明中的含有二氧化碳的工藝氣體代替?zhèn)鹘y(tǒng)沉淀法中使用的濃硫酸，節(jié)約了對濃酸的消耗并減少了二氧化碳?xì)怏w的排放，具有一定的經(jīng)濟效益。此外，使用純化后的較高濃度的二氧化碳?xì)怏w（二氧化碳的體積百分比在30%以上）作為反應(yīng)氣體可以加快反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率從而使經(jīng)濟效益最大化。