白炭黑制备新工艺研究
利用稻壳制备白炭黑的研究进展吕久忠
利用稻壳制备白炭黑的研究进展吕久忠发布时间：2021-08-26T02:22:57.577Z 来源：《中国科技教育》2021年第5期作者：吕久忠1，2 王春雷1 朱蕾1[导读] 白炭黑是一种水合二氧化硅，目前工业生产的白炭黑主要有两种类型，气相白炭黑和沉淀白炭黑[1]。
1.无锡菲勒高性能材料有限公司江苏无锡 214000；2.宿迁梽弘建筑工程技术服务有限公司江苏宿迁 223800摘要：稻壳是稻谷加工的副产品，含有丰富的二氧化硅是制备白炭黑的优质可再生资源。
稻壳基白炭黑纯度高、粒度细在聚合物填充补强、油漆、涂料吸附催化等领域具有重要作用。
稻壳基白炭黑的制备和性能受到了广泛关注，本文综述了稻壳制备白炭黑的研究成果，对各技术方法进行了对比分析，以期对稻壳资源的高效开发提供参考。
1、引言白炭黑是一种水合二氧化硅，目前工业生产的白炭黑主要有两种类型，气相白炭黑和沉淀白炭黑[1]。
气相白炭黑是采用四氯化硅与氢气、氧气共同燃烧，通过化学气相沉积法制备。
气相白炭黑纯度高、粒径细小、比表面积大。
沉淀法白炭黑是采用硅酸钠溶液与碱液反应，然后进行酸化沉淀得到白炭黑。
沉淀法白炭黑杂质相对多，其粒径一般也比较大。
虽然这两种方法能够高效制备白炭黑，但随着环境保护和资源的利用，采用这种化学合成法面临着资源逐渐减少和环境污染的压力。
稻壳是一种可再生的生物质资源，含有丰富的二氧化硅，是制备白炭黑的良好替代资源。
目前，国内利用稻壳制白炭黑和纳米白炭黑的研究甚多，其工艺可分为干法和湿法两种。
干法为直接燃烧稻壳得稻壳灰，后经粉碎制得白炭黑，其工艺简单，制造成本低，缺点为产品质量低，白度不高，产品质量有待提高。
湿法为先将稻壳灰和碱反应生成水玻璃，水玻璃和酸反应生成白炭黑，生产的白炭黑产品质量高，但工艺较复杂。
2 干法工艺制备稻壳基白炭黑刘厚凡等[2]以稻壳为原料，通过在稀盐酸中煮沸、干燥后，在一定温度下煅烧，可制得优质白炭黑，产品白度在93%以上，二氧化硅质量分数在98%以上，粒径为50nm 左右。
气相法白炭黑生产工艺
气相法白炭黑生产工艺气相法白炭黑生产工艺白炭黑是一种重要的工业材料，在许多行业中有着广泛的应用。
由于其独特的物理和化学性质，白炭黑可以用于制造轮胎、橡胶制品、涂料、油墨、塑料等产品。
目前，白炭黑的生产主要采用了化学法、热裂解法和气相法等多种不同的工艺。
在这些方法中，气相法是一种较为先进的生产工艺，它能够使白炭黑的生产效率大幅度提高。
一、气相法白炭黑的生产原理气相法白炭黑生产原理是以液化木材、石油和天然气等为原料，通过爆炸氧化还原反应产生高温和高压，然后将反应得到的一氧化碳和热分解出的碳黑进行快速混合，形成白炭黑的过程。
这种工艺可以分为四个阶段：预热阶段、还原阶段、氧化阶段和混合阶段。
预热阶段：将选定的原料加热到高温，并且将其转化为液态状态。
在这个过程中，一些反应会发生，这些反应会产生能够促进气相反应的物质。
还原阶段：在这个阶段，按照一定的进料速度，将经过预热处理的液态原料加入还原反应炉中。
在还原炉内，液态原料在高温条件下与空气进行反应，这个反应会将原料分解成一氧化碳和二氧化碳。
氧化阶段：在还原阶段，一氧化碳和二氧化碳会混合在一起，进入氧化炉进行氧化反应。
在氧化炉中，一氧化碳会被氧气氧化成为CO2，这个反应会放出产生高温的能量，这些能量可以用来维持炉内温度。
混合阶段：最后，在氧化炉中，CO2会与碳黑进行混合。
当CO2分子与碳黑分子相互碰撞时，会产生分解反应，并产生白炭黑。
二、气相法白炭黑的优点气相法白炭黑生产工艺具有以下优点：1. 生产效率高：在气相法白炭黑生产工艺中，所有的反应都是在高温、高压环境下进行的。
这些条件会促进反应的进行，使得生产效率大大提高。
2. 产品质量高：在工艺过程中可以严格控制原料的含量和温度等参数，能够获得更好的产品质量。
3. 生产成本低：气相法白炭黑的生产过程相对于传统的生产方法更加简单，而且能有效利用原料。
因此，生产成本相对较低。
4. 环保：气相法白炭黑生产工艺中，大量的废气会被吸收再利用，废料也可以被妥善处理，减少了对环境的污染。
白炭黑的制备研究进展2
的 空 气 为 载 体 ， 送 至 合 成 水 解 炉 。 积，粒径、纯度、形态、结构度、孔
四氯化硅在高温下气化（ 火焰温度 隙度的制品。生产工艺不同，其物
自然界里天然的 Ｓ ｉ Ｏ 几乎都是 ２
结晶的形态，经加工粒径一般在
１ ～１ ０ μ ｍ ，只能做一般的填充剂
Ｍ Ｎ ａ２ Ｓ ｉ Ｏ ３ ＋ ２ ｍ Ｈ ＋ → Ｍ Ｓ ｉ Ｏ ２ ·ｎ Ｈ ２ Ｏ ＋ ２ ｍ Ｎ ａ ＋ ＋ （ ｍ － ｎ ） Ｈ ２Ｏ
新方法主要以非金属矿及其延 伸物为硅源，采用沉淀法制备白炭 黑。其技术关键是将结晶的二氧化 硅和硅酸盐转变成非晶态二氧化 硅。而天然含硅酸盐、铝硅酸盐或 镁铝硅酸盐的非金属矿在国内外大 量存在，原料主要有硅灰石、膨润 土、高岭土、硅藻土、蛋白石、煤 矸石、橄榄石、蛇蚊石、硬质高岭 土等。本文主要介绍以天然硅灰石 和硅藻土为原料制备白炭黑的方 法。 ２．３．１ 以天然硅灰石为原料制备白炭
使用。要得到超微细无定形的 Ｓ ｉ Ｏ ２
粒子，必须把结晶的 Ｓ ｉ Ｏ 转化为氯 ２
化物或可溶性硅酸盐，再通过气相
或液相法制取。
２．１ 气相法［７］
气相法白炭黑主要为化学气相
沉 淀 法（ Ｃ Ａ Ｖ ），又 称 热 解 法 、 干
法或燃烧法。１ ９ ４ １ 年德国迪高沙公
司成功开发出由硅或有机硅的氯化
物氢氧焰水解法制造白炭黑的技
术，称为“Ａｅｒｏｓｉｌ”法。此法是目 前发达国家工业化生产纳米级氧化
图 ２ 沉淀法白炭黑工艺流程
中国粉体工业 ２００７年第６期
１３
论文选萃
Ｔｈｅｓｉｓ
理化学特性也各不相同，正好可满 足不同用途和性能的要求。
沉淀法白炭黑的生产技术、设 备简单，分散剂和原料易得，流程 简单，投资规模不大，但能耗高，对 环境要求较高，产品活性不高，颗 粒不易控制，亲和力差，补强性能 低，颗粒表面亲水键合严重，削弱 了产品的结合力。 ２．３ 新型沉淀法
白炭黑的生产工艺及其应用
白炭黑旳生产工艺及其应用何李军工艺2023（卓越）摘要：白炭黑属于硅系白色补强型粉体材料，是合成水合硅酸和硅酸盐旳总称，包括沉淀SiO2、气相SiO2、Ca·SiO3、Mg·SiO3、Al2(SiO3)3等。
由于它们具有与炭黑媲美旳性能和外观上为白色旳特性，故统称为白炭黑。
不过一般讲旳白炭黑大多是指SiO2而言。
白炭黑经典旳制造措施分3类：气相法、沉淀法和离解法。
工业上旳制备措施都是这3种措施旳组合或改良。
由于生产措施不一样，其性能和用途也有所不一样。
本文就白炭黑旳不一样生产工艺其应用展开论述。
关键词：白炭黑生产工艺应用沉淀法气相法离解法Production processes and application of silica whiteLijun HeAbstract:Silica white is white reinforced silicon powder materials, It is the collectively of Silicate Hydrate of synthesis and silicates.including precipitation of SiO2,gas phase SiO2、Ca·SiO3、Mg·SiO3、Al2(SiO3)3 and so on.But generally speaking mostly refers SiO2 silica white terms.The classic method of manufacturing a silica white three categories: vapor phase method, a precipitation method and from the solution. Industrial preparation methods are a combination of these three methods or improved. As production methods, the properties and usesare different. In this paper, silica white different production processes of its application to start on. Key word:silica white Production processes application vapor phase method precipitation method pyrolysis method前言白炭黑即水合二氧化硅是微细粉末状或超细粒子状旳二氧化硅，高纯者SiO2达99.8％，质轻，原始粒径<0.0003mm，比重2.319—2.653，熔点1750℃。
浅谈硫酸法制备白炭黑的主要工艺过程
浅谈硫酸法制备白炭黑的主要工艺过程沈阳市皇姑区华山路33-3号172室 王建华 白炭黑是硅化合物中较老的一个品种,三十年代中叶,德、苏、美等国就开始研制,到四十年代末就进入了工业生产,八十年代总生产能力达70～80万吨 年。
我国60年代开始起步,八十年代千吨级的厂有两家,年产量总共仅5000～6000吨,而且品种少,质量差,能耗高,未形成系列化。
因此,研制新产品和开发新领域的任务十分艰巨。
根据硅酸的聚合机制,硫酸法制备白炭黑时,首先必须对原材料水玻璃和硫酸进行稀释和静置。
进行必要的分析测定,确定投料量。
以稀释澄清后的水玻璃为底液输入反应釜,对反应釜里的水玻璃进行升温,并开动搅拌浆。
当温度升到某一定值时,按某一速度加入稀硫酸,使其与水玻璃反映发生成硅酸。
加酸过程是制备白炭黑的最重要的关键过程,需要同时处理好几个关系:如加酸速度与搅拌速度的关系;加酸速度与温升速度的关系;加酸速度与硅酸的自聚合速度的关系等。
在这几个速度中,搅拌速度一般固定控制在一个较大的速度,以保证整个溶液体系处于湍流状态,绝对避免产生局部微元酸性区域。
加酸速度是最主要的工艺操作,一般说来,加酸速度应控制先慢后快。
加酸速度应注意与溶液的升温速度同步进行。
为了更好地观察溶液变化,有利于及时调整速度,加酸和升温还可以分几个阶段进行,在阶段中间停顿10～20分钟,注意观察因硅酸自聚合而引起的溶液变化。
一般分为三至四个阶段,第一阶段的加酸量约为总加酸量的三分之一或略少些,第二阶段的加酸量约为总加酸量的二十分之一左右,其余为第三阶段加酸量,直至使溶液PH 值为4左右停止加酸。
在加酸的同时进行升温,升温的速度也不宜过快,亦要照顾到加酸速度。
原则上不加酸不升温,实际上绝对的不升温是不可能的,只要升温速度缓慢,一般对产品质量无明显影响。
加酸速度的控制好坏,主要体现在第二阶段溶液的变化。
一般控制第二阶段的加酸速度比第一阶段的加酸速度还要慢得多,约为第一阶段加酸速度的1 3左右。
白炭黑制备及应用研究
白炭黑制备及应用研究文献：李素英,钱海燕.白炭黑的制备与应用现状[J].无机硅化合物,2008,（4）：12-15.1白炭黑制备方法1.1气相法气相法是目前发达国家工业化生产纳米级自炭黑的主要方法。
其工艺过程为：经气化的四氯化硅、氢和氧组成的均相气体混合在水解炉中燃烧，进行高温水解反应，烟雾状的自炭黑通过聚集器聚集，然后经分离器到脱酸炉中进行脱酸处理，即可得到超细白炭黑。
反应生成的H C I 气体经水洗塔水洗后成为低浓度的盐酸。
反应式为：S i Cl 4 + ( n + 2 ) H2 + ( n／2+1 ) O 2→S i O2·n H2 0+ 4 HCl 此法得到的产品纯度高，分散度好，粒子细而呈球形，表面羟基少，因而具有优异的补强性能。
但工艺复杂、对设备要求高、能耗大、生产成本高。
1.2沉淀法1.2.1硫酸沉淀法该方法是基于酸与硅酸钠发生凝胶化反应的原理。
反应经过两个步骤完成：缩合成溶胶，溶胶再转化成水凝胶。
反应式为：Na 2 0·mS i O2 + H2 S O4 +nH2 0→ Na 2 S 04 + mS i O2·(n+1)H20沉淀条件如酸度、温度、时间等因素对产品的性质影响很大。
质量不好的硅酸钠溶液中往往含有复杂的硅酸聚合体，在酸化过程中这些聚合体会迅速扩大，形成硅酸凝块，一些机械杂质如Fe3+，Al3+，Ca2+等电解质的存在会促进凝块的形成，影响产品的质量。
特别是铁含量高会致使白炭黑产品带红色，透明度低。
硅酸钠溶液的浓度会严重影响产品的分散性和结构。
提高酸化的温度(在95～97℃下熟化30min比较理想)会促进硅酸的凝聚．加速硅酸的脱水缩合，从而促进粒子的形成，有利于白炭黑质量的提高。
但是温度过高也会由于很快沉淀而形成粗大粒子，降低白炭黑的质量。
1.2.2盐酸沉淀法将硅酸钠和盐酸作用制造晶种，再将晶种、硅酸钠、盐酸一起加入反应锅内反应、熟化。
该方法制备高活性白炭黑，关键在于防止硅酸聚集成硅凝胶。
高分散性白炭黑的制备工艺研究论文
高分散性白炭黑的制备工艺研究论文引言白炭黑是一种具有良好分散性和高比表面积的无机纳米材料，广泛应用于涂料、橡胶、塑料、油墨等领域。
其中，高分散性的白炭黑更是被广泛关注。
本论文旨在研究高分散性白炭黑的制备工艺，并探讨其制备条件对分散性能的影响。
实验方法材料准备1.白炭黑粉末：选取工艺纯白炭黑作为原料；2.分散剂：在实验中选择聚乙烯醇（PVA）作为分散剂；3.溶剂：选择乙醇作为溶剂。
制备工艺1.白炭黑处理：将白炭黑粉末放入研钵中，并加入适量的溶剂进行湿磨处理，使用高速搅拌器在恒温水浴中进行湿磨，湿磨时间为2小时；2.分散剂处理：将PVA分散剂溶解在适量的溶剂中，通过磁力搅拌器进行搅拌，搅拌时间为30分钟，直至分散剂完全溶解；3.白炭黑与分散剂的混合：将湿磨后的白炭黑与分散剂混合，使用超声波处理装置进行超声处理，超声时间为30分钟；4.过滤：将混合物通过滤纸过滤，收集过滤后的白炭黑。
结果与分析影响因素分析在本实验中，我们分别对分散剂的溶解浓度、超声处理时间以及超声处理强度进行了变量分析，以研究它们对高分散性白炭黑制备的影响。
1.分散剂的溶解浓度：通过改变PVA分散剂的溶解浓度，我们发现当溶解浓度为5%时，所制备的白炭黑具有最好的分散性能。
超过此浓度，分散性能反而下降。
这是因为高浓度的分散剂在超声处理过程中会降低白炭黑的分散性能。
2.超声处理时间：我们将超声处理时间分别设置为30分钟、60分钟和90分钟进行对比实验。
实验结果显示，当超声处理时间为60分钟时，制备的白炭黑分散性能最优。
超过60分钟，超声处理时间的延长对分散性能的提升作用不大。
3.超声处理强度：在超声处理过程中，超声处理强度也会对白炭黑的分散性能产生影响。
我们分别设置超声处理强度为20 W/cm²、40 W/cm²和60 W/cm²进行了实验。
结果表明，超声处理强度为40 W/cm²时，制备的白炭黑分散性能最佳。
白炭黑制备新工艺研究
ＮＨ ＨＣ ３ Ｏ 一ＮＨ３ 十＋Ｃ ２ Ｏ 十＋Ｈ２ Ｏ 然后 ， 水玻 璃 溶 液 同 Ｃ 体 进 行 碳 化 反 应 Ｏ气
生成 白炭 黑 ， 应式 如下 ： 反
Ｎａ ・ ｍＳ Ｏ２（ Ｏ ｉ １） ＋ ＣＯ２ （ ｇ） ＋ ｎ — Ｈ２ Ｏ
Ｎａ ＣＯ３ １ ＋ ｍ Ｓ Ｏ２・ｎ Ｏ（ ） ２ （） ｉ Ｈ２ ｓ
本 不变 ． 随反应 时 间 的延 长 ， 系长 时 间受 热 也 但 体
再加 入 乙醇 结 晶 回收 的 工 艺 ， 是 本 实 验 的创 新 这
点． 此工 艺可 大大 降低 能耗 ， 而且 碳 酸 钠 是制 备 工 业水 玻璃 的原 料 之 一 ， 收 它 既 使 资 源 循 环 利 用 回 提高 生 产效益 ， 没 有 对环 境 造 成 污染 ， 又 体现 绿 色
过 加 入 某 种 化 学 试 剂 低 成 本 回 收 ， 作 为 反 应 的生 产原 料 ， 而 实 现 了 资 源 的循 环 利 用 ， 耗 的 降低 和废 物 的 再 从 能
零 排 放 ． 法 不仅 能 制 备 出 高 质 量 优 质 的 白炭 黑 ， 艺 简 单 ， 形 成 工 业 化 生 ， 且 符 合 绿 色 化 工 的 环 保 思 该 工 易 而
行 的总 反应 方程式 如 下 ：
２ Ｈ４ Ｎ ＨＣＯ３ Ｎａ ・ｍＳ Ｏ２ （ ＋ １ Ｈ２ ＋ Ｏ ｉ ＋ ｍ ） Ｏ一
１ ３ １ 水 玻 璃 精 制 利 用 婆 梅 氏 比重 计 将 工业 ． ． 中水玻 璃稀 释 到 一 定 浓 度 ， 过 抽 虑 清 除 杂 质 备 经
用．
另 取一 定量 的备用 水 玻 璃 ， 缓滴 入 反 应釜 ， 水 缓 待
玻 璃加 完后继 续搅 拌 一 定 时 间 ， 止 反应 ， 温 陈 停 保
白炭黑最新可行性研究报告
白炭黑最新可行性研究报告
近年来，白炭黑的研究逐渐走向实用化，相关领域的研究成果日益丰富。
本文将对白炭黑
的最新可行性研究进行探讨，并展望其未来的应用前景。
一、白炭黑的制备方法
白炭黑的制备方法主要包括化学气相沉积法、热解法、溶胶-凝胶法等。
其中，化学气相
沉积法可以实现大面积、高纯度的白炭黑的制备，但制备成本较高；热解法则具有成本较低、易于控制等优点，但晶体结构较难调控；溶胶-凝胶法制备的白炭黑具有高比表面积、孔隙结构可调控等优点，是一种较为有前景的制备方法。
二、白炭黑的应用领域
1. 催化剂载体：白炭黑具有高比表面积和丰富的活性位点，可作为催化剂的良好载体，被
广泛用于化学反应、环境净化等领域。
2. 吸附剂：白炭黑具有高吸附性能和孔隙结构，可用于水处理、气体净化等领域，具有良
好的应用前景。
3. 电池电极材料：白炭黑作为一种导电性良好的材料，可用于锂离子电池、钠离子电池等
电池系统中，具有较高的循环稳定性和电化学性能。
三、白炭黑的市场前景
随着环保意识的提高和可持续发展的要求不断增强，白炭黑作为一种环保友好的材料，具
有广阔的市场前景。
未来，白炭黑在催化剂、吸附剂、电池电极材料等领域的应用将得到
进一步拓展，市场规模将逐渐扩大。
综上所述，白炭黑作为一种具有高比表面积和吸附性能的功能材料，在环保领域具有广泛
的应用前景。
未来，随着制备技术的不断提高和应用领域的拓展，白炭黑将发挥更大的作用，为环境保护和可持续发展做出更大贡献。
浅析白炭黑的制备和表面改性
１ ． 白炭黑概 述
１ ． １ 白炭黑简介
氟酸 ，不溶于 水、溶剂和酸 （ 氢氟酸 除
二是 连在 一 个 Ｓ ｉ 原 子 上 的 双 生 羟
白炭黑是 白色粉末状 Ｘ一射线无定 外）。耐高温、不燃、无味 、无 嗅、具 基 ； 形硅酸和硅酸盐产 品的总称 ，主要是 指 有很 好的电绝缘性 。
再经过调节 ｐ Ｈ、过滤 、干燥等 步骤 ，
２ ． ２ ． １ 酸化 法
制备方法 ，是将 可溶性硅酸盐 与酸 一起
源 ，有原料 来源广泛成本低廉 等优 点 ，
是制备 白炭黑 的新方法 。
酸化法制取 白炭 黑是一种最传 统的 即可制得符合标准 的白炭 黑。 以高岭 土为 例 ：高岭土经预先焙 烧
２ ． １ 化学气相沉积法
法 。其 原生粒径 在 ７～ ４ ０ ｎ ｍ 之 间。 比
反应 ，脱 除硫酸 钠和水后制得 白炭 黑的 以增强其酸溶 反应活性后 ，便可用酸 来
化学气相沉 积法又称为干法 或热解 方 法 。其 反 应 方 程 式 为 ：Ｎａ ２ Ｏ・ Ｓ ｉ Ｏ２ 浸取制备 白炭黑 。
浅析 白炭黑的制备和表面改性
程 优 优 ／ 文
【 摘要ｌ 白炭黑一 种重要 的无机 化工基 础原料 ，由于其 具有分散性 、多孔性 、耐 高温 、补强性等
性能被广泛 用作橡 胶 、涂料和塑料等诸 多领域 重要 的无机填料 。本文 简述 了白炭黑的结构和性质 ，对
白炭 黑的制备方法和改性技 术进 行 了重点综述 ，并对白炭黑的发展前景进行 了展 望。
同时 微粒 表 面存 在 活 性 较大 的一
白炭黑是多孔性物质 ，其组成可 用 量 的羟基 ，经研 究证实 ，自炭黑的表面 ｓ 卜０ Ｈ 键 ，易 与其他离 子键合 从而起 Ｓ ｉ Ｏ２ ‘ ｎ Ｈ２ Ｏ表 示 ，其 中 ｎ Ｈ２ Ｏ 是 以 表 羟基 有三种类 型 ： 面羟基的形式存在 。能溶于苛性碱和氢
沉淀法生产白炭黑的新工艺
维普资讯
到 目前 为止 ，国内有关 白炭黑 的专利共有４余项 。除上 述三大类外 ，又在处理磷 肥尾气 Ｏ
的基础上发展 出氟硅酸 钠氨化法及其衍 生方法制取 自炭黑 。
国外 主要 采用溶胶一 凝胶法 和反相胶束微乳 液法生产纳米 级 白炭黑 。
这些方 法的主要优 缺点如下（ １： 表 ）
表１
维普资讯
无机＆４ ￣＠（ ｏ ．ｉｃｎＣ ｍ ｏｎ００７年第 １ 总第 １８ ，内部 交流） ｅ ， Ｉ ｒ Ｓ ｉ ｏ ｐ ｕｃ ０ ｎ ｇ ｌｏ ２ 期（ ３期
４ １
本发 明的优点 ：
与 当前 比较 流行 的工 艺相 比，原料廉价 易得 ，产 品指标 可控程度 高 ；辅助原料９ ％ 以 ０ 上可循环利用 ，大 幅度 降低 了生产成本 ，只为现有沉淀法 成本的３ ％ ～ ０ ０ ５ ％，而且没有污水
关键词 ：白炭黑 ；铵盐 ；团聚 ；制备
技术领 域
本发明是一种用按 盐法对水玻 璃进行沉锭 ，生产各类 白炭 黑 的新方法 及工艺 。 白炭黑是一种应用 及其广泛 的重要无机功 能粉 体材料 ， 主要应用 于橡胶 、 塑料 、 合成树
脂 、硅油 、 涂料 、染料 、油漆 、 墨 、皮革 、医药 、农药 、化壮 品 、抛光剂 、粘结剂 、化纤 、 油 陶瓷 、造纸 等广 泛的领域 。
无机硅化合物（ 孵 Ｓ ｉ ｎＣｍ ｏｎ ２０ 年第 １ 总第 １８ ，内部交流） ｉｃ ｏ ｐ ｕｃ ０ ７ ｌｏ ￣ 期（ ３期
对白炭黑及其生产工艺的几点分析
对白炭黑及其生产工艺的几点分析前言硅在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，其在地壳中的重量百分数为27.6%，仅次于氧（47.2%）位于第二位。
无机硅化合物在二十世纪八十年代是无机化学品中发展较快的系列产品，尤其是近些年来发展更为迅速。
纵观世界情况，硅化合物的新品种近些年来增加并不多，而对于无机硅化合物用途的开发则较为重视。
例如硅化合物中最老的品种硅酸钠，目前也在向高性能、高附加价值化发展。
美国莫比尔公司对于ZSM沸石研制了多种规格，几乎可用于石油化工的各个催化过程；氮化硅陶瓷发动机正在向实用化进军。
因此，从目前开发趋势看，无机硅化合物将会大量进入到轻工、冶金、电子、食品、医药、建筑、机械工业等许多领域。
一、白炭黑概述白炭黑不仅是指单纯的合成SiO2，还指早期含金属氧化物的硅酸产品，即分二氧化硅类白炭黑和硅酸盐类白炭黑，是硅化合物中较老的一个品种。
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。
密度为2.6 g/mL ，熔点为1610℃。
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。
二、用途白炭黑的用途很广，且产品性能不同，对应其用途不同。
一般可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。
可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。
白炭黑制备新工艺研究
第31卷第1期2009年01月武 汉 工 程 大 学 学 报J. Wuhan Inst. Tech.Vol.31 No.1Jan. 2009收稿日期:2008207211作者简介:王 慧(19872),女,湖北荆州人,精细化工专业在读本科生.研究方向:无机精细化工.指导老师:徐旺生,教授,硕士研究生导师.研究方向:无机精细化工.3通信联系人文章编号:107422869(2009)0120029203白炭黑制备新工艺研究王 慧,舒 琼,龙文露,徐旺生3(武汉工程大学化工与制药学院,绿色化工过程省部共建教育部重点实验室,湖北新型反应器与绿色化学工艺重点实验室,湖北武汉430074)摘 要:研究了白炭黑新的制备技术,即采用以碳酸氢铵和水玻璃为原料制备白炭黑.在制备中的副产物可通过加入某种化学试剂低成本回收,再作为反应的生产原料,从而实现了资源的循环利用,能耗的降低和废物的零排放.该法不仅能制备出高质量优质的白炭黑,工艺简单,易形成工业化生产,而且符合绿色化工的环保思想.关键词:沉淀法;白炭黑;水玻璃;碳酸氢铵;碳酸钠中图分类号:TQ127.2 文献标识码:A0 引 言国内外白炭黑的生产方法主要分为:沉淀法、碳化法和气相法.其中沉淀法是国内应用最多的.传统制备白炭黑方法是以工业水玻璃和硫酸(或盐酸)为原料来制备白炭黑,虽然其工艺简单产量高,但母液中含有SO 2-4(或Cl -)不易回收,产生大量的废水;并且硫酸或盐酸长期使用会腐蚀设备和管道造成工业损失.本研究采用以水玻璃和碳酸氢铵为原料,制备出了高质量的白炭黑,其中副产物碳酸钠的回收及循环利用降低了生产成本并提高了能量的利用率,同时还利用了回收的工业废水,从而达到零排放的要求.副产物碳酸钠和碳酸氢钠的回收采用部分蒸发再加入乙醇结晶回收.与采用完全蒸发结晶相比所耗的能量大大减少,并且乙醇价格便宜,毒性低,又具挥发性,可利用低压蒸汽就可以对它进行蒸馏再次回收使用.所以总体的生产成本大大降低,并且可以得到有经济价值的副产物,对环境又没有污染,资源也得到循环使用.1 实验部分1.1 基本原理水玻璃是一种碱性化合物,它同碳酸氢铵进行的总反应方程式如下:2N H 4HCO 3+NaO ・mSiO 2+(m +1)H 2O →2Na HCO 3+2N H 3↑+mSiO 2・H 2O实际反应过程可分解为以下三个步骤:首先,碳酸氢铵溶液在加热搅拌过程中发生分解反应,反应式如下:N H 4HCO 3→N H 3↑+CO 2↑+H 2O然后,水玻璃溶液同CO 2气体进行碳化反应生成白炭黑,反应式如下:NaO ・mSiO 2(1)+CO 2(g )+n H 2O →Na 2CO 3(1)+mSiO 2・n H 2O (s )最后,生成副产物的反应:Na 2CO 3+CO 2+H 2O →2Na HCO 3主要副产物碳酸氢钠随反应时间的延长因二氧化碳的浓度减少又重新分解生成碳酸钠.而碳酸钠是制备工业水玻璃的主要原料之一.由于副产物碳酸钠和碳酸氢钠都易溶于水而不溶于乙醇,在过程中碳酸钠的回收采用的是部分蒸发再加入乙醇使副产物从母液中自动结晶出来.1.2 工艺流程首先将水玻璃用水稀释配成精制水玻璃,将配好的碳酸氢钠溶液升温至一定温度后再逐滴加入精制水玻璃,继续加热搅拌至完全反应,反应完全后将物料过滤洗涤抽干得白炭黑滤饼.将滤饼送入烘箱烘干,粉碎即得试验产品.最后,对滤液中副产物进行回收.如图1所示.1.3 工艺过程1.3.1 水玻璃精制 利用婆梅氏比重计将工业中水玻璃稀释到一定浓度,经过抽虑清除杂质备用.30 武汉工程大学学报第31卷图1 工艺流程图Fig.1 Technological process1.3.2 沉淀法白炭黑的制备 将一定量配好的碳酸氢铵溶液加入反应釜,启动搅拌和加热装置.另取一定量的备用水玻璃,缓缓滴入反应釜,待水玻璃加完后继续搅拌一定时间,停止反应,保温陈化.1.3.3 副产物回收 将反应生成物倒出,抽虑得到滤饼和滤液,反复洗涤滤饼后送烘箱干燥,冷却,称量,粉碎即得产品白炭黑.将上面得到的滤液蒸发一定时间后,使其部分浓缩,再加入乙醇与之混合后溶液中析出大量固体,送烘箱干燥,冷却,称量得副产物碳酸钠.母液经减压蒸馏即可回收其中的乙醇,剩余水用于水玻璃精制溶液的制备和原料.2 结果与讨论2.1 反应温度对白炭黑质量的影响表1 反应温度对白炭黑质量影响Table1 Infection of white carbon black quality toreacting temperature温度/℃白炭黑质量白炭黑产率Na2CO3产率50---60B92.20%90.15%70A96.10%92.30%80A94.65%90.19%90B92.48%87.47% 实验表明,反应在温度低于50℃左右时,不可能发生SiO2成核及其长大过程.高温下反应得到的白炭黑疏松,孔隙率高;低温下反应得到的白炭黑结构结实而密实.其原因为:白炭黑在聚集时,高温能增大聚集速度,同时能增加高能簇团的总数.但温度过高聚集体生长是由大簇团与单个粒子或小簇团之间的聚集决定的;温度过低时,较大簇团易动性较差,聚集过程主要表现为小粒子与簇团之间逐渐变化,结果形成紧密而坚实的聚集体.2.2 反应物浓度对产品质量的影响表2 水玻璃浓度对白炭黑质量的影响Table2 Infection of white carbon black quality to concentraction of water glass水玻璃比重/°Bé白炭黑质量白炭黑产率Na2CO3产率8B90.55%91.68%10A96.65%92.19%12B95.95%90.40%14C93.13%88.40% 由表2知10°Bé为最佳水玻璃反应比重.表3 N H4HCO3浓度对白炭黑质量的影响Table3 Infection of white carbon black quality to concentraction of N H4HCO3N H4HCO3浓度/(mol・L-1)白炭黑质量白炭黑产率Na2CO3产率0.8B93.47%92.31%1.2A95.76%96.19%1.6B94.13%94.45%2.0C93.26%92.36% 由表2和表3可知,随着原料浓度的逐渐增大,产率不断增大,但白炭黑的质量也越来越差.其原因为:水玻璃的粘度随浓度的增大而升高,反应物浓度过高,水玻璃粘度高不利于原料充分反应,产物与原料成团混合使反应质量下降.但浓度太低时体系中水玻璃含量太低使产率底且能耗高;而且当水玻璃与水体积比为1∶7,由于原料含量太低,达不到晶核生成所需的过饱和度,形成不了晶核,即使有晶核形成也会因溶液中原料太少而限制了晶核的增长.使白炭黑聚集体形成一次结构的聚合度,从而最终形成紧密坚实的白炭黑聚集体,这种结构的产品孔稀少,比表面积小,质量差.2.3 陈化时间对白炭黑质量的影响由表4可知,当陈化时间延长到3h与2h相第1期王 慧,等:白炭黑制备新工艺研究31比产率提高不明显,而到4h又有所下降;可解释为:在整个反应体系中水玻璃的水解反应是控制步骤,反应要经过一定时间水玻璃水解才完全.陈化时间延长到2h后,反应已经接近平衡,产率基本不变.但随反应时间的延长,体系长时间受热也会影响产品的质量及产率.而且时间过长能耗过大生产成本高,效益低.表4 陈化时间对白炭黑质量的影响Table4 Infection of white carbon black quality toageing time陈化时间/h白炭黑质量白炭黑产率Na2CO3产率1B90.55%88.68%2A95.24%91.75%3A96.65%92.19%4B94.13%89.40% 综上所述,兼顾主产品质量,产率及副产物产率的条件下,通过一系列单因素实验,最终选定水玻璃浓度为10°Bé,N H4HCO3mol浓度为1.2mol/L,反应温度为70℃,陈化时间为2h为最佳工艺条件.3 结 语a.本研究采用的是碳酸氢铵和水玻璃为原料的方法制备白炭黑.通过实验结果可知该法能够得到产量高的优质白炭黑,工艺简单,易形成规模生产.其中反应过程中的实验温度,反应时间,陈化时间等一些工艺条件与传统的沉淀法类似,这样更易于工业改进,实现工业化.b.副产物碳酸钠的回收是采用母液部分蒸馏再加入乙醇结晶回收的工艺,这是本实验的创新点.此工艺可大大降低能耗,而且碳酸钠是制备工业水玻璃的原料之一,回收它既使资源循环利用提高生产效益,又没有对环境造成污染,体现绿色工艺的思想.c.从母液中回收副产物后剩余的是水和乙醇的混合物,通过蒸馏回收大部分乙醇后所剩的水溶液中仍含有原料成分,并且没有掺杂其它离子,可用于工艺过程中精制水玻璃溶液配置的水分部分来源.这样可使水循环利用.参考文献:[1] 陈春兵.化工行业节能减排工作的推行和实践[J].节能与环保,2008,(4):526.[2] 陈 荣.沉淀法白炭黑合成工艺研究[J].有机硅材料,2005,19(3):16218.[3] 文炎炳,杨建安.改性白炭黑制备工艺研究进展[J].杭州化工,2008,(1):829.[4] 荣天铎.以氯化铵和水玻璃生产白炭黑的研究[J].河南化工,2003,(3):18219.[5] 李伟然.重碱过滤母液制工业白炭黑工艺条件的研究[J].河南化工,2001,(9):13214.[6] 崔天顺.硅藻土合成白炭黑工艺研究[J].甘肃化工,2004,(1):36237.[7] 天津化工研究院.化工产品手册[M].2版.北京:化学工业出版社,1993:216.[8] 王志成.沉淀法纳米白炭黑的制备[J].有机硅材料,2005,19(2):23225.The new technologic research of thepreparation of white carbon blackWAN G Hui,S HU Qiong,LON G Wen2lu,XU Wa ng2s heng(School of Chemical Engineering and Pharmacy,Wuhan Insititute of T echnology;K ey Laberatary for Green Chemical Process of Ministry of Education,Hubei K ey Labotatory of Novel Reactor and Green Chemical T echnology,Wuhan470074,China)Abstract:The paper briefly int roduced new preparation technology of t he wider application of white carbon black which is made by t he material of water glass and ammonium hydrogen carbonate.In t he p rocess of preparation,t he out growt h which was recycled by adding in some chemical agent can be used as p roducing material to reaction,achieving t he recycle of reso urces,reducing consumption of energy and t he zero emissions of waste.The met hod not only p repared high2quality yield white carbon black,t he p rocess was simple and easy for large scale production,but also accorded wit h t he environmental p rotection t hought of chemical indust ry.K ey w ords:p recipitation;white carbon black;water glass;ammonium hydrogen carbonate;sodium carbonate本文编辑:张 瑞。
沉淀法制备白炭黑绿色新工艺
沉淀法制备白炭黑绿色新工艺熊祥祖,徐 彪,胡利峰,杜 文(武汉工程大学化工与制药学院,绿色化工过程省部共建教育部重点实验室,湖北 武汉 430074)摘 要:此新工艺以磷酸和硅酸钠为原料用沉淀法制白炭黑和磷酸钠盐,在不影响白炭黑及磷酸钠盐产品质量的前提下,使生产白炭黑和磷酸钠盐的工艺技术有机地结合,不但解决了副产物出路问题,并使原有磷酸钠盐的综合技术经济指标也得到有效的提高。
实验研究了钠磷比、加水量、反应温度、反应时间对产品中残磷量的影响,结果表明,反应温度为82 ,加水量为40%,反应时间为15m i n ,N a P 为9 10时,效果最好,中间产品残磷量为1.28%,经硫酸萃取和洗涤后,白炭黑的残磷量用普通方法已无法检出。
关键词:磷酸;白炭黑;磷酸盐;钠盐G reen Process ofW hite Carbon B lack Preparati on by Preci pitati onM ethodX IONG X i a ng -zu,XU B iao ,HU Li -feng,DU W en(Key Laboratory fo r Green Che m ica l Process ofM i n istry of Educati o n ,Schoo l of Che m ical Eng i n eering &Phar m acy ,W uhan Institute of Techno l o gy ,H ube iW uhan 430074,Ch i n a)Abst ract :W h ite carbon b lack sa ltw as prepared by the m ethod o f prec i p itati o n w ith phosphoric aci d and sodiu m silica te as ra w m ateria ls ,on the pre m ise o f no affecti o n to the qua lity ofw hite car bon black and sod i u m phospha te ,t h e tech nolog i e s of producti o n ofw hite carbon and sod i u m phosphate w ere co m bined organically .Itwould so l v e t h e prob le m s of the sale o f by-pr oducts ,and the o ri g i n al co m prehensive technical and econo m i c i n dexes o f sodium saltw ou l d be effecti v ely i m pr oved .So m e i m portant factors w hich affected the content o f re m nant phosphor i n products such as the m ass ratio ofNa to P ,the w ater conten,t the reaction te mperature ,and the reaction ti m e w ere stud i e d ,respectively .The resu lts sho w ed t h at t h e re mnant P i n the fina l products w ashed by Sulf u ric acid can not be detected ,and the percentage of re m nant P i n i n ter m ed iate products w as 1.28%,when t h e reaction te m pera t u re w as 82 ,the percentage of wa ter contentw as 40%,t h e reaction ti m e w as 15m i n ,and t h e m ass rati o ofN a to P w as 9 10.K ey w ords :phosphoric acid ;wh ite carbon b lack;phosphate ;sod i u m salt作者简介:熊祥祖(1951-),男,武汉工程大学副教授。
煤系固体废弃物制备白炭黑的研究进展
白炭黑是一种无 定形粉体 ， 其化学 式为 Ｓ ｉ Ｏ ・ ｎ Ｈ ０， 它具有 质轻 、 多孔、 耐 高温 、 不燃、 无 味、 无 嗅、 电绝缘 好等优点 ， 被 广泛应用 于催化 剂载体 、 高分 子复合材料 、 电子封装材料 、 精密 陶瓷材料 、 橡胶 等多
种行业 。
而且 占用 土 地 ， 污 染 环 境 。煤 系 高 岭 土 的 主 要 成
分是高岭石 ， 其中Ａ １ ０ 含量 一般在 ３ ５ ％左 右， Ｓ ｉ Ｏ ： 含量 一般 在 ４ ５ ％ 左 右 ］ ， 煤 系 高 岭 土是 当前
我 国煤 炭企业 综合 利用 的 主要 矿物 之一 。
煤 系 固 体 废 弃 物 制 备 白炭 黑 的研 究 进 展
孔德顺 ， 卢香 宇， 范佳鑫 ， 李 琳
（ 六盘水师范学院 化学与化工系 ， 贵州 六盘水 ５ ５ ３ ０ ０ ４ ） 摘 要 ： 介绍 了煤系 固体废弃物 的种类 、 数量及 物相组成特 点 ， 分别介 绍 了由这 三种废弃 物合
煤 矸石 是一 种在煤 形成 过程 中与煤 伴 生 的岩
石， 是煤 炭 生产 和加工 过程 中产生 的 固体 废弃 物 ，
排放 量为煤 炭产 量 的 １ ０ ％左右， 煤 矸 石 是 我 国年 排放 量和 累计堆 存量 最大 的 工业 废弃 物 之 势 ， 利 用 富含 硅 元 素 的煤 系 高岭 土 、 煤 矸石 、 粉煤 灰等 煤 系 固体废 弃 物 开 发 出适合 自身 特点 的 白炭黑 生产 新 工 艺 。利 用 煤 系 固体废 弃物 来合 成 白炭黑 ， 可 以节 约 化学 原 料 、 降
硅 胶经 烘 干也制 得 了 白炭 黑 。
２ ． ３ 粉煤 灰制 备 白炭 黑
磷肥副产物制备白炭黑最新研究进展
关键词 ： 磷 肥 副产 物 ； 白炭 黑 ； 研究进展
中图分类号： Ｔ Ｑ １ ２ ７ ． ２
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ８－ ０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ９— ０ ０ ４ ３一ｏ ４
Ｔｈ ｅ Ｌａ ｔ ｅ ｓ ｔ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ Ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｗｈ ｉ ｔ ｅ Ｃａ ｒ ｂ ｏ ｎ Ｂｌ ａ ｃ ｋ ｆ ｒ ｏ ｍ Ｐｈ ｏ ｓ ｐ ｈ ａ ｔ ｅ Ｆ ｅ ｒ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｒ Ｂｙ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ
１ 氟硅 酸制 备 白炭 黑
１ ． １ 氟硅 酸 ＋氨水
该 类 型 的化 学 反 应 方程 式 为 ： Ｈ２ Ｓ ｉ Ｆ ６ ＋６ Ｎ Ｈ ，・ Ｈ ２ Ｏ＋ ｎ Ｈ ２ Ｏ＝ ６ Ｎ Ｈ ４ Ｆ＋Ｓ ｉ Ｏ ２・ ｎ Ｈ ２ Ｏ＋ ４ Ｈ ２ Ｏ 。薛河
南等¨ 以氟硅酸为原料 ， 采用氨水作为氨解剂制备
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ Ｓ Ｃ ＲＦ，Ｌ ｉ ｎ ｙ ｉ ２ ７ ６ ０ ０ ０，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｋ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｔ ａ Ｅ ｃ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｉ ａ ｌ Ｋｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｎｅ ｗ Ｆ ｅ ｒ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｒ ｓ Ｃｒ ｅ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ
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实验表明，反应在温度低于５０℃左右时，不 可能发生ＳｉＯ。成核及其长大过程．高温下反应得 到的白炭黑疏松，孔隙率高；低温下反应得到的白 炭黑结构结实而密实．其原因为：白炭黑在聚集 时，高温能增大聚集速度，同时能增加高能簇团的 总数．但温度过高聚集体生长是由大簇团与单个 粒子或小簇团之间的聚集决定的；温度过低时，较 大簇团易动性较差，聚集过程主要表现为小粒子 与簇团之间逐渐变化，结果形成紧密而坚实的聚
中图分类号：ＴＱｌ２７．２ 文献标识码：Ａ
Ｏ
引
言
实际反应过程可分解为以下三个步骤： 首先，碳酸氢铵溶液在加热搅拌过程中发生 分解反应，反应式如下：
ＮＨ４
国内外白炭黑的生产方法主要分为：沉淀法、 碳化法和气相法．其中沉淀法是国内应用最多的． 传统制备白炭黑方法是以工业水玻璃和硫酸（或 盐酸）为原料来制备白炭黑，虽然其工艺简单产量 高，但母液中含有Ｓ０ｉ一（或Ｃ１一）不易回收，产生大 量的废水；并且硫酸或盐酸长期使用会腐蚀设备 和管道造成工业损失．本研究采用以水玻璃和碳 酸氢铵为原料，制备出了高质量的白炭黑，其中副 产物碳酸钠的回收及循环利用降低了生产成本并 提高了能量的利用率，同时还利用了回收的工业 废水，从而达到零排放的要求．副产物碳酸钠和碳 酸氢钠的回收采用部分蒸发再加入乙醇结晶回 收．与采用完全蒸发结晶相比所耗的能量大大减 少，并且乙醇价格便宜，毒性低，又具挥发性，可利 用低压蒸汽就可以对它进行蒸馏再次回收使用． 所以总体的生产成本大大降低，并且可以得到有 经济价值的副产物，对环境又没有污染，资源也得 到循环使用． １
ｅａｓｙ
ｏｎｌｙ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｈｉｇｈ—ｑｕａｌｉｔｙ ｙｉｅｌｄ ｗｈｉｔｅ ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ，ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ａｃｃｏｒｄｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ
ｐｒｏｃｅｓｓ
ｆｏｒ
ｌａｒｇｅ
ｓｃａｌｅ
ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｔｈｏｕｇｈｔ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ；ｗｈｉｔｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ；ｗａｔｅｒ
ｍｏｌ／Ｌ，反应温度为７０℃，陈化时间为２ ｈ为
最佳工艺条件． ３
心］ ∞］
荣天铎．以氯化铵和水玻璃生产白炭黑的研究ＥＪ３． 河南化工，２００３，（３）：１８—１９． 李伟然．重碱过滤母液制工业白炭黑工艺条件的研 究［Ｊ］．河南化工，２００１，（９）：用的是碳酸氢铵和水玻璃为原料 的方法制备白炭黑．通过实验结果可知该法能够 得到产量高的优质白炭黑，工艺简单，易形成规模 生产．其中反应过程中的实验温度，反应时间，陈 化时间等一些工艺条件与传统的沉淀法类似，这 样更易于工业改进，实现工业化． ｂ．副产物碳酸钠的回收是采用母液部分蒸馏
到滤饼和滤液，反复洗涤滤饼后送烘箱干燥，冷 却，称量，粉碎即得产品白炭黑．将上面得到的滤 液蒸发一定时间后，使其部分浓缩，再加入乙醇与 之混合后溶液中析出大量固体，送烘箱干燥，冷 却，称量得副产物碳酸钠．母液经减压蒸馏即可回 收其中的乙醇，剩余水用于水玻璃精制溶液的制 备和原料． 由表２知１０。Ｂ∈为最佳水玻璃反应比重．
表３
Ｔａｂｌｅ ３
ＮＨ。ＨＣ０。浓度对白炭黑质量的影响
Ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｉｔｅ ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ ｑｕａｌｉｔｙ
ｔＯ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＮＨ４ ＨＣ０３
２结果与讨论
２．１反应温度对白炭黑质量的影响
表１反应温度对白炭黑质量影响
Ｔａｂｌｅ １ Ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｉｔｅ ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ ｑｕａｌｉｔｙ
第３１卷第１期 ２００９年０１月
武汉工程大学学报 Ｗｕｈａｎ Ｉｎｓｔ．Ｔｅｃｈ． Ｊ．
Ｖ０１．３１
Ｎｏ．１ ２００９
Ｊａｎ．
文章编号：１０７４—２８６９（２００９）０１—００２９—０３
白炭黑制备新工艺研究
王
慧，舒
琼，龙文露，徐旺生’
（武汉工程大学化工与制药学院，绿色化工过程省部共建教育部重点实验室， 湖北新型反应器与绿色化学工艺重点实验室，湖北武汉４３００７４）
表４
Ｔａｂｌｅ ４
再加入乙醇结晶回收的工艺，这是本实验的创新 点．此工艺可大大降低能耗，而且碳酸钠是制备工 业水玻璃的原料之一，回收它既使资源循环利用 提高生产效益，又没有对环境造成污染，体现绿色 工艺的思想． ｃ．从母液中回收副产物后剩余的是水和乙醇 的混合物，通过蒸馏回收大部分乙醇后所剩的水 溶液中仍含有原料成分，并且没有掺杂其它离子，
摘要：研究了白炭黑新的制备技术，即采用以碳酸氢铵和水玻璃为原料制备白炭黑．在制备中的副产物可通 过加入某种化学试剂低成本回收，再作为反应的生产原料，从而实现了资源的循环利用，能耗的降低和废物的 零排放．该法不仅能制备出高质量优质的白炭黑，工艺简单，易形成工业化生，‘，而且符合绿色化工的环保思
想．
关键词：沉淀法；白炭黑；水玻璃；碳酸氢铵；碳酸钠
用．
实验部分
基本原理 水玻璃是一种碱性化合物，它同碳酸氢铵进
行的总反应方程式如下：
２ＮＨ ４ＨＣ０３＋ＮａＯ・ｍＳｉ０２＋（ｍ＋１）Ｈ２０一
２ＮａＨＣ０３＋２ＮＨ３十＋ｍＳｉ０２・Ｈ２
收稿日期：２００８—０７—１１
Ｏ
作者简介：王慧（１９８７一），女，湖北荆州人，精细化工专业在读本科生．研究方向：无机精细化工． 指导老师：徐旺生，教授，硕士研究生导师．研究方向：无机精细化工．＊通信联系人
１．１
ＨＣ０３—，ＮＨ３十＋Ｃ０２十＋Ｈ２０
然后，水玻璃溶液同Ｃ０。气体进行碳化反应 生成白炭黑，反应式如下： ＮａＯ・ｍＳｉ０２（１）＋Ｃ０２（ｇ）＋ｎＨ２０—
Ｎａ２Ｃ０３（１）＋ｍＳｉ０２・ｎＨ２０（ｓ）
最后，生成副产物的反应：
Ｎａ２ Ｃ０３＋Ｃ０２＋Ｈ２
Ｏ一２ＮａＨＣ０３
主要副产物碳酸氢钠随反应时间的延长因二 氧化碳的浓度减少又重新分解生成碳酸钠．而碳 酸钠是制备工业水玻璃的主要原料之一．由于副 产物碳酸钠和碳酸氢钠都易溶于水而不溶于乙 醇，在过程中碳酸钠的回收采用的是部分蒸发再 加入乙醇使副产物从母液中自动结晶出来．
１．３．３
反应物浓度对产品质量的影响
裹２水玻璃浓度对白炭黑质量的影响
Ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｉｔｅ ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ ｑｕａｌｉｔｙ
ｔＯ
Ｔａｂｌｅ ２
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｇｌａｓｓ
副产物回收
将反应生成物倒出，抽虑得
水玻璃比重／。＆白炭黑质量白炭黑产率Ｎａ：ＣＯ。产率
陈化时间对白炭黑质量的影响
Ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｉｔｅ ｃａｒｂｏｎ ａｇｅｉｎｇ ｔｉｍｅ ｂｌａｃｋ ｑｕａｌｉｔｙ
ｔｏ
可用于工艺过程中精制水玻璃溶液配置的水分部 分来源．这样可使水循环利用． 参考文献：
Ｅ１］陈春兵．化工行业节能减排工作的推行和实践ＥＪ］． 节能与环保，２００８，（４）：５－６．
ｏｆ
Ｈｕｉ，ＳＨＵ Ｑｉｏｎｇ，ＬＯＮＧ
Ｗｅｎ—ｌｕ，ＸＵ Ｗａｎｇ－ｓｈｅｎｇ
Ｇｒｅｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ
４７００７４，Ｃｈｉｎａ）
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ
Ｐｈａｒｍａｃｙ．Ｗｕｈａｎ
Ｉｎｓｉｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｋｅｙ Ｌａｂｅｒａｔａｒｙ ｆｏｒ
ｇｌａｓｓ；ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃａｒｂｏｎａｔｅ；ｓｏｄｉｕｍ
本文编辑：张瑞
万方数据
邸］
崔天顺．硅藻土合成自炭黑工艺研究ＥＪ３．甘肃化工，
２００４，（１）：３６－３７．
口］
天津化工研究院．化工产品手册［Ｍ］．２版．北京：化
学工业出版社，１９９３：２１６．
凹］
王志成．沉淀法纳米自炭黑的制备［Ｊ］．有机硅材料，
２００５，１９（２）：２３—２５．
Ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｉｔｅ ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ ＷＡＮＧ
ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍａｄｅ ｂｙ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｇｌａｓｓ ａｎｄ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃａｒｂｏｎａｔｅ．Ｉｎ ｔｈｅ
ｐｒｏｃｅｓｓ
ａｓ
ｏｆ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｏｕｔｇｒｏｗｔｈ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｉｎ ｓｏｍｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｇｅｎｔ
综上所述，兼顾主产品质量，产率及副产物产 率的条件下，通过一系列单因素实验，最终选定水 玻璃浓度为１０。Ｂ∈，ＮＨ。ＨＣＯ。ｍｏｌ浓度为
１．２
心］
陈荣．沉淀法白炭黑合成工艺研究ＥＪ］．有机硅材 料，２００５，１９（３）：１６—１８．
口］
文炎炳，杨建安．改性白炭黑制备工艺研究进展［Ｊ］． 杭州化工，２００８，（１）：８－９．
由表４可知，当陈化时间延长到３ ｈ与２ ｈ相
万方数据
第１期
王慧，等：白炭黑制备新工艺研究
３１
比产率提高不明显，而到４ ｈ又有所下降；可解释 为：在整个反应体系中水玻璃的水解反应是控制 步骤，反应要经过一定时间水玻璃水解才完全．陈 化时间延长到２ ｈ后，反应已经接近平衡，产率基 本不变．但随反应时间的延长，体系长时间受热也 会影响产品的质量及产率．而且时间过长能耗过 大生产成本高，效益低．
Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｈｕｂｅｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ
ｏｆ Ｎｏｖｅｌ Ｒｅａｃｔｏｒ ａｎｄ Ｇｒｅｅｎ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ