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《气相法白炭黑生产技术的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、气相法白炭黑生产技术的研究严大洲汤传斌谢正和(中国恩菲工程技术有限公司,北京100083)[摘要]介绍了气相法白炭黑的制备原理与生产工艺,通过解决生产过程中的技术难点及创新点,提高了白炭黑的产品质量,降低了生产成本,促进了资源的循环利用。[关键词]气相法白炭黑;四氯化硅;工艺[中图分类号]TN30411+2[文献标识码]B[文章编号]1008-5122(2010)06-0033-03StudyonProductionTechnologyofFumedSilicaYANDa2zhou,TANGChuan2bin
2、,XIEZheng2heAbstract:Thispaperintroducesthepreparationprincipleandproductiontechnologyoffumedsilica,basedonsolvingthetechnicaldifficultyandinnovationintheproductionprocess,theproductionqualityofsilicawasimproved,theproductioncostwasdecreased,andtheresources
3、recyclingwerepromoted.Keywords:fumedsilica;silicontetrachloride;technology气相法白炭黑的化学结构为二氧化硅,是一种多功能添加剂,其以优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性被广泛应用于硅橡胶、粘胶剂、油漆涂料、不饱和聚酯树脂及复合材料,有“工业味精”之美誉,是一种在世界范围内真正工业化并广泛应用的纳米材料[1]。气相法白炭黑在国外已有60多年的生产历史,1941年由Degussa公司发明的气相法白炭黑制备技术经过半个多世纪的改进其工业化生产
4、技术已经非常成熟。2008年全球气相法白炭黑的产量已达210kt/a,目前主要由几家公司控制,其中最大的公司是德国的Degussa公司,产量达60kt/a,占全球气相法白炭黑总产量的2/5左右;其次是美国的Cabot、德国的Wacker及日本的Tokuyama。随着全球多晶硅工业的迅猛发展,其副产物已经成为制约整个行业发展的最大瓶颈。所以多晶硅企业配套白炭黑生产线,将其副产物作为生产气相白炭黑的主体原料;而生产气相白炭黑的副产物盐酸则通过解析成氯化氢供给原料三氯氢硅合成,形成一个资源循环利用、相互促进发展的良
5、性循环。[2-6]1气相白炭黑生产工艺气相白炭黑(二氧化硅)的主要生产工艺,是通过伴随氢氧燃烧过程的四氯化硅的水解反应,生成由N2、O2、H2O、HCl和SiO2组成的气固混合物,在冷却过程中,气体中的固相SiO2经过一组管状聚集器粒子相互碰撞而发生聚集,生成适宜粒度分布的大颗粒。将固体与气相分离,并用加热和蒸汽气提的方法,将吸附于固体中的HCl除去,得到气相二氧化硅产品。利用四氯化硅为原料的化学反应方程式如式(1),工艺流程如图1。(1)SiCl4+2H2+O2SiO2+4HCl2生产工艺的技术创新点及对产
6、品质量的影响211四氯化硅高温水解燃烧炉的设计燃烧炉的设计是本工艺的关键技术及重要创新点之一,既要求其喷嘴结构能保证原料混合均匀,原料气体的流速、燃烧温度等满足工艺要求以及提高[收稿日期]2010-10-12[基金项目]国家“863”计划资助项目(2008AA031301)[作者简介]严大洲(1963-),男,湖北宜昌人,教授级高工,中国恩菲副总工程师,全国劳动模范,全国有色行业设计大师,中国光伏产业联盟副秘书长,主要从事多晶硅生产工艺研究与管理工作。有色冶金节能□工艺节能·34·黑,气体流速为10～15m/
7、s;生产比表面积300m2/g的气相法白炭黑,气体流速应为在8～13m/s。生产比表面积150m2/g的气相法白炭黑,气体流速应为7～10m/s。在生产过程中根据产品需求调整工艺条件,并采用DCS自动系统实现生产系统连续过程的稳定,既保证计算机控制系统控制算式先进、精度高、响应速度快的优点,又考虑到仪表控制系统安全可靠、维护方便的要求。213气相二氧化硅粒子的聚集控制这是本工艺技术创新点及产品质量控制的关键技术之三。纳米粒子具有特殊的表面结构,其表面缺少邻近配位原子,具有很高的活性,特别是在高温碰撞情况下很容
8、易发生团聚。颗粒团聚程度可以用团聚系数AF(50)表示:图1气相白炭黑生产工艺流程生产的稳定性和连续性;同时需要解决材质在高温氯化氢环境下的防腐蚀问题。采用特殊的钛材制作燃烧喷嘴和燃烧炉,在结构上保证物料混合均匀、燃烧充分并高效冷却,保证粒子分布均匀,在反应火焰周围包覆一层环隙氢氧焰,减少外界对反应的影响以及二氧化硅粒子在管道内的沉积,最大限度减小工程放大效应,改进产品的粒径分布和分散性,同时提高生
