用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法
2023-09-19 12:32:35
專利名稱：用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法
技術領域：
本發明屬於無機材料的製備方法，具體涉及一種用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法。
背景技術：
隨著我國光伏產業近年來的超常規發展，多晶矽大約可形成2萬噸/年的生產能力。而每生產1噸多晶矽，就會產生10-15噸四氯化矽副產品。這些四氯化矽副產品由於找不到"出路"而成為廢棄物。如何處理這些廢棄物成為多晶矽生產企業的難題。
廣州吉必盛科技實業有限公司以四氯化矽為原料生產氣相白炭黑，是處理四氯化矽廢棄物的一個較好方法。但該法設備投資大，產品生產成本較高，從而制約了其產品推廣。因此，還必須另闢蹊徑，找出一種生產工藝簡單，設備投資小，產品成本低的新方法，來解決四氯化矽廢棄物的問題。
國內大部分生產企業採用沉澱法(又叫矽酸鈉酸化法)生產沉澱白炭黑，即採用水玻璃溶液與酸反應，經沉澱、過濾、洗滌、乾燥、煅燒而得到白炭黑。近年來，也報導了生產沉澱白炭黑的許多新方法，主要是以非金屬礦及其延伸物為矽源，採用沉澱法製備白炭黑。
迄今為止，還未見用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的報導。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有四氯化矽廢棄物處理方法所存在的設備投資大，產品生產成本較高的技術難題，為人們提供一種生產工藝簡單，設備投資小，產品成本低的用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法。
本發明的目的是通過下述技術方案來實現的。 本發明的用四氯化矽製備沉澱法白炭黑(又稱沉澱水合二氧化矽)的方法，是
將四氯化矽直接與水或鹼性水溶液反應，生成沉澱水合二氧化矽漿料，得到的漿料經固
液分離、洗滌、乾燥、粉碎工藝，製得滿足不同用途的沉澱法白炭黑產品；反應溫度一般在
0-10(TC範圍，較好在0-5(TC範圍。從成本方面考慮反應溫度控制在室溫比較好。 上述方案中，所述鹼性水溶液系由鹼性物質溶解在水中而成，所用鹼性物質包括
所有能溶於水的無機鹼和有機鹼，如氨、胺、水玻璃、氫氧化鈉、碳酸鈣、矽酸鹽等，優選水
玻璃和矽酸鹽；按摩爾比計，鹼性物質四氯化矽=1 : 0. 25 2。 上述方案中，所述水或鹼性水溶液中配有功能助劑，所述功能助劑可以是穩定劑、表面活性劑、消泡劑、改性劑等，如甘油、聚乙二醇、聚氧乙烯醚、有機矽乳液等，以調節沉澱法白炭黑產品的性能。 上述方案中，所述四氯化矽直接與水反應時，四氯化矽佔水和四氯化矽總重量的5% _70%，較好為15% -35%。 上述方案中，所述四氯化矽直接與鹼性水溶液反應時，四氯化矽佔水、鹼性物質和四氯化矽總質量的5% _70%，較好為15% -35%。 上述方案中，所述功能助劑的添加量為總量的0 5%，較好為0 1%;所述總量
為水、四氯化矽和功能助劑的總量或水、鹼性物質、四氯化矽和功能助劑的總量。 本發明利用多晶矽和其它工業生產中產生的副產品——四氯化矽為原料，通過與
水或鹼性水溶液反應生成沉澱法白炭黑，有以下兩種不同的生產工藝四氯化矽直接與水
反應製備沉澱法白炭黑的生產工藝和四氯化矽直接與鹼性水溶液反應製備沉澱法白炭黑的生產工藝。( — )四氯化矽直接與水反應製備沉澱法白炭黑的生產工藝如下
1.原料及設備 (1)水可為地下水、江河水、自來水、去離子水、蒸餾水等一切水。從產品質量和成 本綜合考慮，優先選用去離子水。 (2)生產過程中所需設備、容器和管道可選用塑料、不鏽鋼、搪瓷、玻璃鋼等耐酸材 質，優先選用搪瓷和玻璃鋼材質。
(3)為調節沉澱法白炭黑產品的性能，可在水中配入一些功能助劑(包括穩定 劑、表面活性劑、消泡劑、改性劑等)如甘油、聚乙二醇、聚氧乙烯醚、有機矽乳液等。
(4)四氯化矽與水混合反應時，四氯化矽佔混合物(含四氯化矽、水)總質量的質 量百分比在5% _70%之間，優選15% -35%。
2.生產工藝 (1)將四氯化矽與水(可含一些功能助劑)按一定比例混合反應，加料方式可採取 滴加、靜態混和、噴射混和等一種或多種形式。 (2)將上步所得二氧化矽漿狀液進行固液分離，可採用過濾、沉澱、離心等一種或 多種形式。固體(沉澱白炭黑粗品)轉入下步操作，液體(稀鹽酸)轉入其它容器儲存，待 濃縮為濃鹽酸。
(3)將上步所得沉澱白炭黑粗品用水洗滌至中性或接近中性(ra值5-8)。可直接
用水洗滌，洗後的廢水作為稀鹽酸回收。也可用鹼水(如氨、氫氧化鈉、碳酸鈣、矽酸鹽、碳
酸鈉等一種或多種水溶液)洗滌，洗後的廢水回收或進入環保排放程序。
(4)將上步洗滌後的沉澱法白炭黑乾燥，乾燥方式可採用烘培、煅燒、熱氣流乾燥
等一種或多種方式。
(5)對上步產品進行粉碎，可採用研磨、球磨、氣流粉碎等一種或多種方式，以調節 沉澱法白炭黑產品的比表面積等性能。
(6)包裝。
( 二 )四氯化矽直接與顯鹼性的水溶液反應製備沉澱法白炭黑的生產工藝
1.原料及設備 (1)水可為地下水、江河水、自來水、去離子水、蒸餾水等一切水。從產品質量和成 本綜合考慮，優先選用去離子水。
(2)所用鹼性物質包括所有能溶於水的無機鹼和有機鹼，如氨、胺、水玻璃、氫氧
化鈉、碳酸鈣、矽酸鹽等，優選水玻璃和矽酸鹽。
(3)將(2)中鹼溶於(1)所述水中即為鹼性水溶液。 (4)生產過程中所需設備、容器和管道可選用塑料、不鏽鋼、搪瓷、玻璃鋼等耐酸材 質，優先選用搪瓷和玻璃鋼材質。
(5)為調節沉澱法白炭黑產品的性能，可在水中配入一些功能助劑(包括穩定 劑、表面活性劑、消泡劑、改性劑等)如甘油、聚乙二醇、聚氧乙烯醚、有機矽乳液等。
(6)四氯化矽與顯鹼性的水溶液混合反應時，四氯化矽佔混合物
(含四氯化矽、顯鹼性的水溶液和功能助劑)總質量的質量百分比在5% _70%之 間，優選15% -35%。
4
2生產工藝 (1)將四氯化矽與顯鹼性的水溶液(可含一些功能助劑)按一定比例混合反應，加 料方式可採取滴加、靜態混和、噴射混和等一種或多種形式。 (2)將上步所得二氧化矽漿狀液進行固液分離，可採用過濾、沉澱、離心等一種或 多種形式。固體(沉澱白炭黑粗品)轉入下步操作，液體(鹽溶液)轉入其它容器儲存，等 待回收或環保排放。 (3)將上步所得沉澱白炭黑粗品用水洗滌至中性或接近中性(ra值5-8)。可直接 用水洗滌，也可用鹼水(如氨、氫氧化鈉、碳酸鈣、矽酸鹽、碳酸鈉等一種或多種水溶液)洗 滌，洗後的廢水回收或進入環保排放程序。 (4)將上步洗滌後的沉澱法白炭黑乾燥，乾燥方式可採用烘培、煅燒、熱氣流乾燥 等一種或多種方式。
(5)對上步產品進行粉碎，可採用研磨、球磨、氣流粉碎等一種或多種方式，以調節 沉澱法白炭黑產品的比表面積等性能。
(6)包裝。 本發明的發明人經過研究，發現將四氯化矽直接與水或顯鹼性的水溶液反應，可 以很方便地製備沉澱法白炭黑，與現有技術相比，它具有生產工藝簡單，設備投資小，產品 成本低的特點，為多晶矽和其它工業生產中的副產品——四氯化矽解決了"三廢"利用問 題，工藝簡單適用，所生產沉澱法白炭黑(沉澱水合二氧化矽)產品成本低，所得產品可廣 泛用於橡膠、食品、塑料、日化等領域。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步描述本發明，本發明不僅限於所述實施例。
實施例一 在1000升搪瓷釜中加入640公斤去離子水，開動攪拌，控制釜溫不超過50°C ，逐漸 滴加四氯化矽，經3小時，共加入四氯化矽160公斤。然後將上述漿狀物放入一個1000升 塑料桶中，靜置24小時。用60目銅網過濾，所得液體作為稀鹽酸送入儲罐。將過濾後的固 體在一個塑料洗滌槽中，邊攪拌邊用去離子水漂洗15分鐘，直至K1值接近7。再用60目銅 網過濾，所得濾餅用離心機脫水，再輸送到氣流乾燥機中乾燥。所得產品，經測試，其物化性 能如下 (1) 二氧化矽含量:93% ; (2)篩餘物(45um)0. 1 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量6% ; (5) ra值6-7 ; (6)總含鐵量12mg/kg ; 實施例二 在1000升搪瓷釜中加入640公斤鹼水(含115公斤矽酸鈉，其餘為去離子水)，開 動攪拌，控制釜溫不超過5(TC，逐漸滴加四氯化矽，經3小時，共加入四氯化矽80公斤。按
摩爾比計，矽酸鈉四氯化矽=1 : 0.5。然後將上述漿狀物放入一個iooo升塑料桶中，靜
置24小時。用60目銅網過濾，將過濾後的固體在一個塑料洗滌槽中，邊攪拌邊用去離子水 漂洗15分鐘，直至ra值接近7。再用60目銅網過濾，所得濾餅用離心機脫水，再輸送到氣 流乾燥機中乾燥。所得產品，經測試，其物化性能如下
(1) 二氧化矽含量:93% ; (2)篩餘物(45um)0 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量6% ; (5)ra值6-7; (6)總含鐵量125mg/kg。 實施例三 除水的用量為760公斤，四氯化矽用量為40公斤外，其餘同實施例一。所得產品，經測試，其物化性能如下 (1) 二氧化矽含量:93% ; (2)篩餘物(45咖)0 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量6% ; (5) TO值6-7 ; (6)總含鐵量12mg/kg ; 實施例四 除水的用量為240公斤，四氯化矽用量為560公斤外，其餘同實施例一。所得產品，經測試，其物化性能如下 (1) 二氧化矽含量:90% ; (2)篩餘物(45um)0. 5 ; (3)加熱減量3% ; (4)灼燒減量8% ; (5) TO值6-7 ; (6)總含鐵量13mg/kg ; 實施例五 除水的用量為680公斤，四氯化矽用量為120公斤外，其餘同實施例一。所得產品，經測試，其物化性能如下 (1) 二氧化矽含量92% ; (2)篩餘物(45um)0. 1 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量6% ; (5) ra值6-7 ; (6)總含鐵量12mg/kg ; 實施例六 除水的用量為520公斤，四氯化矽用量為280公斤外，其餘同實施例一。所得產品，經測試，其物化性能如下 (1) 二氧化矽含量:91% ; (2)篩餘物(45um)0. 3 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量7% ; (5) ra值6-7 ; (6)總含鐵量13mg/kg ; 實施例七 除水的用量為600公斤，四氯化矽用量為160公斤，甘油的用量為40公斤外，其餘同實施例一。所得產品，經測試，其物化性能如下 (1) 二氧化矽含量:93% ; (2)篩餘物(45um)0 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量6% ; (5) ra值6-7 ; (6)總含鐵量12mg/kg ; 實施例八 除水的用量為616公斤，四氯化矽用量為160公斤，聚乙二醇的用量為24公斤外，其餘同實施例一。所得產品，經測試，其物化性能如下 (1) 二氧化矽含量:93% ; (2)篩餘物(45um)0 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量6% ; (5) ra值6-7 ; (6)總含鐵量12mg/kg ;
6
實施例九 除水的用量為632公斤，四氯化矽用量為160公斤，聚氧乙烯醚的用量為8公斤 外，其餘同實施例一。所得產品，經測試，其物化性能如下
(1) 二氧化矽含量:93% ; (2)篩餘物(45um)0 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量6% ; (5) ra值6-7 ; (6)總含鐵量12mg/kg ; 實施例十 除水的用量為624公斤，四氯化矽用量為160公斤，有機矽乳液的用量為16公斤 外，其餘同實施例一。所得產品，經測試，其物化性能如下
(1) 二氧化矽含量:92% ; (2)篩餘物(45um)0 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量6% ; (5) TO值6-7 ; (6)總含鐵量12mg/kg ; 實施例i^一 除鹼水(含112公斤氨，其餘為去離子水)的用量為504公斤，四氯化矽用量為 280公斤，聚氧乙烯醚的用量為16公斤外，其餘同實施例二。按摩爾比計，氨四氯化矽= 1 : 0.25。所得產品，經測試，其物化性能如下
(1) 二氧化矽含量:93% ; (2)篩餘物(45um)0. 5 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量6% ; (5)ra值6-7; (6)總含鐵量220mg/kg ; 實施例十二 除鹼水(含28公斤乙二胺，其餘為去離子水)的用量為640公斤，四氯化矽用量 為80公斤，聚乙二醇的用量為1公斤外，其餘同實施例二。按摩爾比計，乙二胺四氯化矽
=1:1。所得產品，經測試，其物化性能如下 (1) 二氧化矽含量93% ; (2)篩餘物(45um)0 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量6% ; (5)ra值6-7; (6)總含鐵量163mg/kg ; 實施例十三 除鹼水(含38公斤氫氧化鈉，其餘為去離子水)的用量為744公斤，四氯化矽用 量為40公斤，甘油的用量為16公斤外，其餘同實施例二。按摩爾比計，氫氧化鈉四氯化 矽=1 : 0.25。所得產品，經測試，其物化性能如下
(1) 二氧化矽含量93% ; (2)篩餘物(45um)0 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量6% ; (5)ra值6-7; (6)總含鐵量80mg/kg ; 實施例十四 在1000升搪瓷釜中加入640公斤去離子水，開動攪拌，控制釜溫不超過5t:，逐漸 滴加四氯化矽，經6小時，共加入四氯化矽160公斤。然後將上述漿狀物放入一個1000升 塑料桶中，靜置24小時。用60目銅網過濾，所得液體作為稀鹽酸送入儲罐。將過濾後的固 體在一個塑料洗滌槽中，邊攪拌邊用去離子水漂洗15分鐘，直至K1值接近7。再用60目銅 網過濾，所得濾餅用離心機脫水，再輸送到氣流乾燥機中乾燥。所得產品，經測試，其物化性能如下
(1) 二氧化矽含量:92% ;(2)篩餘物(45um)0 ;
(3)加熱減量3% ; (4)灼燒減量7% ;
(5) ra值6-7 ; (6)總含鐵量12mg/kg ; 實施例十五 在1000升搪瓷釜中加入640公斤去離子水，開動攪拌，控制釜溫在95°C -IO(TC之 間，逐漸滴加四氯化矽(鹽酸氣通過管道排出專門處理)，經6小時，共加入四氯化矽160公 斤。然後將上述漿狀物冷卻後放入一個1000升塑料桶中，靜置24小時。用60目銅網過濾， 所得液體作為稀鹽酸送入儲罐。將過濾後的固體在一個塑料洗滌槽中，邊攪拌邊用去離子 水漂洗15分鐘，直至ra值接近7。再用60目銅網過濾，所得濾餅用離心機脫水，再輸送到 氣流乾燥機中乾燥。所得產品，經測試，其物化性能如下
(1) 二氧化矽含量:93% ; (2)篩餘物(45um)0. 5 ; (3)加熱減量3% ; (4)灼燒減量6% ; (5) ra值6-7 ; (6)總含鐵量12mg/kg ; 實施例十六 除鹼水(含200公斤波美度40的水玻璃，其餘為去離子水)夕卜， 其餘同實施例二。反應溫度為Ot:。所得產品，經測試，其物化性能如下 (1) 二氧化矽含量93% ; (2)篩餘物(45um)0 ; (3)加熱減量2% ; (4)灼燒減量6% ; (5)ra值6-7; (6)總含鐵量106mg/kg。
權利要求
一種用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法，其特徵在於是將四氯化矽直接與水或鹼性水溶液反應，生成沉澱水合二氧化矽漿料，得到的漿料經固液分離、洗滌、乾燥、粉碎工藝，製得滿足不同用途的沉澱法白炭黑產品；反應溫度為0-100℃。
2. 根據權利要求1所述的用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法，其特徵在於所述反應 溫度為0-5(TC。
3. 根據權利要求1所述的用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法，其特徵在於所述四氯 化矽直接與水反應時，四氯化矽佔水和四氯化矽總重量的5% -70% .
4. 根據權利要求1所述的用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法，其特徵在於所述四氯 化矽直接與水反應時，四氯化矽佔水和四氯化矽總重量的15% -35%。
5. 根據權利要求1所述的用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法，其特徵在於所述四氯 化矽直接與鹼性水溶液反應時，四氯化矽佔水、鹼性物質和四氯化矽總質量的5% -70%。
6. 根據權利要求1所述的用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法，其特徵在於所述四氯 化矽直接與鹼性水溶液反應時，四氯化矽佔水、鹼性物質和四氯化矽總質量的15% -35%。
7. 根據權利要求1所述的用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法，其特徵在於所述鹼 性水溶液系由鹼性物質溶解在水中而成，所用鹼性物質包括所有能溶於水的無機鹼和有機 鹼，按摩爾比計，鹼性物質四氯化矽=1 : 0. 25 2。
8. 根據權利要求7所述的用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法，其特徵在於所述無機 鹼和有機鹼是氨、胺、水玻璃、氫氧化鈉、碳酸鈣、矽酸鹽。
9. 根據權利要求1所述的用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法，其特徵在於所述水或 鹼性水溶液中配有功能助劑，所述功能助劑是穩定劑、表面活性劑、消泡劑、改性劑，所述功 能助劑的添加量為總量的0 5%。
10. 根據權利要求9所述的用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法，其特徵在於所述功 能助劑具體是指甘油、聚乙二醇、聚氧乙烯醚、有機矽乳液，添加量為總量的0 1%。
全文摘要
本發明屬於無機材料的製備方法，具體涉及一種用四氯化矽製備沉澱法白炭黑的方法，是將四氯化矽直接與水或鹼性水溶液反應，生成沉澱水合二氧化矽漿料，得到的漿料經固液分離、洗滌、乾燥、粉碎工藝，製得滿足不同用途的沉澱法白炭黑產品，反應溫度為0-100℃，四氯化矽佔總重量的5％-70％，鹼性水溶液系由鹼性物質溶解在水中而成，按摩爾比計，鹼性物質∶四氯化矽＝1∶0.25～2，水或鹼性水溶液中還配有功能助劑，功能助劑添加量為總量的0～5％，本發明具有生產工藝簡單，設備投資小，產品成本低的特點，所得產品可廣泛用於橡膠、食品、塑料、日化等領域。
文檔編號B09B3/00GK101712476SQ20091005921
公開日2010年5月26日 申請日期2009年5月8日 優先權日2009年5月8日
發明者朱旭, 陳世龍 申請人:朱旭;陳世龍