[發明專利]制備球形二氧化硅粉末的方法及裝置

在審

• 申請號: 202010069850.2
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111115645A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 洪濤;郭敏;呂小剛
• 申請（專利權）人: 新疆三銳佰德新材料有限公司
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18
• 代理公司: 烏魯木齊合縱專利商標事務所 65105
• 代理人: 周星瑩;湯潔

本發明涉及球形二氧化硅粉末技術領域，是一種制備球形二氧化硅粉末的方法及裝置，本發明生產工藝流程短，設備簡單，節能，生產成本低，不涉及環保問題，本發明首次采用單質硅粉和氧氣或空氣直接燃燒的方法制備得到球形二氧化硅粉末，該球形二氧化硅粉末形貌優良，呈球形，球形度為100%，顆粒尺寸可達到亞微米、納米，產品純度高，分散性好，能有效解決目前國內市場上無法生產亞微米、納米顆粒尺寸，球形度高，純度高的球形二氧化硅粉末的問題，實現亞微米、納米球形二氧化硅粉末的國產化。

技術領域

本發明涉及球形二氧化硅粉末技術領域，是一種制備球形二氧化硅粉末的方法及裝置。

背景技術

球形二氧化硅粉末，由于其具有高介電、耐熱耐濕耐腐蝕、高填充量、低膨脹、低應力、低雜質、低摩擦系數和低價格等優越性能，球形二氧化硅粉末廣泛應用于覆銅板以及環氧塑封料填料、航空航天、涂料、油漆、粘結劑、催化劑、醫藥、精密鑄造、高檔陶瓷、高壓元器件及日用化妝品等高新技術領域。

目前，球形二氧化硅粉末的制備方法包括火焰熔融法、等離子體法、沉淀法、溶膠凝膠法、微乳液法和氣相法等，其中，火焰熔融法（又稱高溫熔融噴射法）是將高純度石英在2100℃至2500℃下熔融為液體，經過噴霧、冷卻，得到球形二氧化硅粉末，主要缺點是顆粒尺寸大，耗能高，只能生產5微米以上尺寸粉體；等離子體法是將硅微粉在等離子矩的高溫場中熔化、氣化，然后在快速冷卻過程中形成球形顆粒，主要缺點是顆粒尺寸粒度分布很寬，耗能高；沉淀法是以水玻璃和酸化劑為原料，適時加入表面活性劑同時控制反應溫度，在溶液到達一定pH 值時加入穩定劑，所得沉淀經洗滌、干燥、煅燒后即得納米球形SiO₂粉末，主要缺點是工藝條件復雜，環保成本高；溶膠凝膠法是加入酸使堿度降低從而誘發硅酸根的聚合反應，使體系中以膠態粒子形式存在的高聚態硅酸根離子粒徑不斷增大，形成具有乳光特征的硅溶膠，成溶膠后，SiO₂膠粒便通過表面吸附的水合Na⁺的橋聯作用而凝聚形成硅凝膠，經過過濾、干燥和煅燒后即得納米粉體，主要缺點是工藝復雜，環保成本高，較難實現工業化生產；微乳液法是利用兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成均勻的乳液，使成核、生產、聚結、團聚等過程局限在一個微小的球形液滴內，從乳液中析出固相，形成球形顆粒，主要缺點是工藝條件苛刻，環保成本高，較難實現工業化生產；氣相法是通過氯硅烷在氫氧焰中高溫水解縮聚而生成二氧化硅粒子，然后經過驟冷，顆粒驟聚、氣固分離、脫酸等后處理工藝而獲得該粒子是一種無定性粉體，主要缺點是產品純度低，使用有機試劑，環保成本高。

發明內容

本發明提供了一種制備球形二氧化硅粉末的方法及裝置，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決現有技術存在的工藝流程復雜，耗能高，生產、環保成本高，產品顆粒尺寸大和產品純度低的問題。

本發明的技術方案之一是通過以下措施來實現的：一種制備球形二氧化硅粉末的方法，按下述步驟進行：第一步，通過流速為0.1m³/h至30m³/h載氣將室溫至500℃的硅粉與流速為1m³/h至200m³/h氧氣或空氣混合后，經過機械分散或氣流分散得到分散狀態的混合物；第二步，通過點火使分散狀態的混合物充分燃燒合成得到液態二氧化硅液滴；第三步，將液態二氧化硅液滴依次經過冷卻、旋風分離、布袋除塵收集后得到球形二氧化硅粉末。

下面是對上述發明技術方案之一的進一步優化或/和改進：

上述第一步中，載氣為氬氣、二氧化碳、氖氣、氦氣、空氣中的一種。

上述第一步中，硅粉的分散狀態為單分散。

上述第二步中，點火為斷續點火、連續點火中的一種，點火方式為氫氧焰、等離子焰、氧炔焰、電打火中的一種。

上述第三步中，冷卻為自然散熱、風冷、罐體循環冷卻水、向罐內吹入冷卻空氣中的一種。