有關粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的實習日志

1、.：.；2021年02月13日今天是我第一天的實習，教授帶著我來到山西煤業(yè)東恒科技公司。今天的義務就是對化工建立有個初步的了解及反響器等設備的簡單認識。這個公司的主要業(yè)務是白炭黑的制取。白炭黑是從粉煤灰中提取的，從黑灰色的粉煤灰中提取出白白的白炭黑。這看是很荒唐，但是化學就是一們神奇的科學。他會將不能夠的事變得理所當然。這就好比魔術一樣。2021年02月14日這幾天的義務是查取資料。白炭黑是白色粉末狀X-射線無定形硅酸和硅酸鹽產(chǎn)品的總稱，主要是指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅、超細二氧化硅凝膠和氣凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等。白炭黑是多孔性物質(zhì)，其組成可用SiO2nH2O表示，其中nH2

2、O是以外表羥基的方式存在。能溶于苛性堿和氫氟酸，不溶于水、溶劑和酸氫氟酸除外。耐高溫、不燃、無味、無嗅、具有很好的電絕緣性。除了查資料，在師傅的帶著下我們看看現(xiàn)場設備的放置。2021年02月15日白炭黑按消費方法大體分為沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。氣相法白炭黑常態(tài)下為白色無定形絮狀半 白炭黑透明固體膠狀納米粒子粒徑小于100nm，無毒，有宏大的比外表積。氣相法白炭黑全部是納米二氧化硅，產(chǎn)品純度可達99%，粒徑可達1020nm，但制備工藝復雜，價錢昂貴；沉淀法白炭黑又分為傳統(tǒng)沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑，前者是指以硫酸、鹽酸、CO2與水玻璃為根本原料消費的二氧化硅，后者是指采用超重力技術、溶膠

3、-凝膠法、化學晶體法、二次結晶法或反相膠束微乳液法等特殊方法消費的二氧化硅。2021年02月16日 制備白炭黑的傳統(tǒng)方法是利用硅酸鈉、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源，除硅酸鈉以外，其它本錢都很高。新方法采用廉價的非金屬礦作為硅源，大大降低了白炭黑的消費本錢。傳統(tǒng)方法1氣相法 主要為化學氣相堆積CAV法，又稱熱解法、干法或熄滅法。其原料普通為四氯化硅、氧氣或空氣和氫氣，高溫下反響而成。反響式為： SiCl4+ 2H2+ O2SiO2+4HCl 空氣和氫氣分別經(jīng)過加壓、分別、冷卻脫水、硅膠枯燥、除塵過濾后送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾后，在蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā)，并以枯燥、過濾后的空氣為載體，

4、送至合成水解爐。四氯化硅在高溫下氣化火焰溫度10001800后，與一定量的氫和氧或空氣在1800左右的高溫下進展氣相水解；此時生成的氣相二氧化硅顆粒極細，與氣體構成氣溶膠，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成較大顆粒，然后經(jīng)旋風分別器搜集，再送入脫酸爐，用含氮空氣吹洗氣相二氧化硅至PH值為46即為廢品。2021年02月17日沉淀法 沉淀法又叫硅酸鈉酸化法，采用水玻璃溶液與酸反響，經(jīng)沉淀、過濾、洗滌、枯燥和煅燒而得到白炭黑。反響式為： Na2SiO3 + 2H+ 白炭黑 + 2Na+ + H20 國內(nèi)大部分消費企業(yè)采用沉淀法。 新方法新方法主要以非金屬礦及其延伸物為硅源，采用沉淀法制備白炭黑。其技

5、術關鍵是將結晶的二氧化硅和 HYPERLINK baike.baidu/view/84667.htm t _blank 硅酸鹽轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)二氧化硅。原料主要有硅灰石、 HYPERLINK baike.baidu/view/23516.htm t _blank 蛋白石、埃洛石、橄欖石、蛇蚊石、 HYPERLINK baike.baidu/view/233493.htm t _blank 高嶺土、硬質(zhì)高嶺土、煤矸石、粉煤灰等。2021年02月20日以高嶺土或硬質(zhì)高嶺土為原料 先將高嶺土或硬質(zhì)高嶺土粉碎至5060目，然后在500600高溫下焙燒2小時，再將焙燒土與濃度30%的工業(yè)鹽酸按1：2.5分量

6、配料，在90左右酸浸7小時，經(jīng)中和、過濾、洗滌、枯燥得到白炭黑，產(chǎn)質(zhì)量量符合GB10507-89規(guī)范；同時得到高效凈水劑聚合氯化鋁。焙燒及酸浸反響式如下： 焙燒：Al2O32Si022H20 Al2O32Si02 + 2H20 酸浸：Al2O32Si02 + 6HCl + 9H20 2AlCl36H20 + 2SiO22021年02月21日 2以煤矸石或粉煤灰為原料 先將煤矸石或粉煤灰粉碎至粒度小于120目，然后分兩步： 第一步消費硅酸鈉：將粉碎的煤矸石或粉煤灰與純堿按分量比1：50混合均勻，經(jīng)高溫冶融14001500，1小時、水萃浸溶100以上，45小時、過濾去雜質(zhì)、濃縮濾液到4546波美度

7、即得到硅酸鈉。 第二步消費白炭黑：先將硅酸鈉配成水玻璃溶液模數(shù)為2.43.6,SiO2含量為410%,然后在520%的硫酸中酸浸2832，816小時，再升溫至80，攪拌，調(diào)理PH值為57，熟化20分鐘，再經(jīng)過濾洗滌、枯燥、分選，得到白炭黑。該白炭黑為活性，純度高。2021年02月22日 以沉淀法白炭黑為主，于1958年實現(xiàn)沉淀法白炭黑的工業(yè)化消費，但產(chǎn)量小，開展較慢。1987年產(chǎn)量還僅有2687噸；1990年突破萬噸到達1.06萬噸；1994年增長至2.81萬噸，比1987年增長9.4倍；1997年我國白炭黑產(chǎn)量到達了8萬噸左右；2004年上升到近30萬噸?？梢娊畮啄陙砦覈滋亢诋a(chǎn)量是突飛猛

8、進。 國內(nèi)白炭黑的消費分布比較廣泛，一共有十幾個省市消費，其中產(chǎn)量較大的是福建、山東、江蘇、江西等省。目前國內(nèi)一共有幾十家白炭黑消費企業(yè)，總產(chǎn)能在40萬噸/年左右。其中規(guī)模較大的沉淀法白炭黑消費企業(yè)有贏創(chuàng)嘉聯(lián)白炭黑南平、上海九琛精細化工、株洲興隆化工實業(yè)、羅地亞白炭黑青島、無錫確成硅化學，滕州辛緒化工等。氣相法白炭黑方面，廣州吉必盛科技實業(yè)產(chǎn)能到達6000噸/年，是國內(nèi)最大的氣相二氧化硅供應商。 由于看好白炭黑市場前景，目前國內(nèi)一些企業(yè)正在建立或方案建立白炭黑工程，有改擴建，也有新建。如上海九琛精細化工、濮陽市光璞石化公司、湖北興發(fā)集團等。2021年02月23日 由于白炭黑產(chǎn)品的一系列優(yōu)越性，

9、使它可以廣泛運用于許多領域。橡膠制品白炭黑用在彩色橡膠制品中以替代炭黑進展補強，滿足白色或半透明產(chǎn)品的需求。白炭黑同時具有超強的粘附力、抗撕裂及耐熱抗老化性能，所以在黑色橡膠制品中亦可替代部分炭黑，以獲得高質(zhì)量的橡膠制品，如越野輪胎、工程輪胎、子午胎等。農(nóng)業(yè)化學制品在農(nóng)業(yè)化學制品中，如農(nóng)藥、高效噴施肥料等，運用白炭黑作載體或稀釋劑，能堅持耐久效能，由于它具有高吸附力，易于懸浮，有良好的親和性及化學穩(wěn)定性。即使在雨水、沖洗和炎熱條件下，仍能長期堅持不變。2021年02月24日 日用化工制品用白炭黑作填料和磨蝕劑的透明彩色及不透明牙膏，這類牙膏具有良好的柔韌性、分散性，膏體光滑、柔軟、磨蝕性好，不

10、磨蝕牙膏管體；它能使藥物牙膏堅持藥性的穩(wěn)定。特別是與氟化物具有良好的配伍性，可防止鈣鹽作磨料產(chǎn)生難溶鹽的弊端。膠結劑用在天然橡膠或合成橡膠制成的膠粘劑中，提供了觸變性和補強性，同時由于其伸展性還可以提高粘著力，質(zhì)高價廉?？菇Y塊劑白炭黑可用在一些產(chǎn)品中來提高自在流動性，如草地肥料、殺真菌劑、磨輪研磨劑、洗衣漂白劑、酚醛注塑烏洛托品、酚和尿素的塑料制品、制造橡膠硫磺及抗結塊混合物。造紙?zhí)盍嫌冒滋亢谧黾垙執(zhí)盍峡商岣呒垙埧褂湍高^性能及機械強度，添加白度，減少單位分量。能有效實現(xiàn)紙張輕量化、降低消費本錢、提高紙張運用性能。 此外還可用在消防劑、飼料、化裝品、消光劑、顏料、油漆等許多行業(yè)。 2021年0

11、2月27日 今天對白炭黑的制取有查找了一些資料： 一、沉淀法 沉淀法又稱濕法，主要原資料為石英砂、純堿、工業(yè)鹽酸或硫酸或硝酸或二氧化碳。其工藝道路大體上是：先采用燃油或優(yōu)質(zhì)煤在高溫下將石英砂與純堿反響制得工業(yè)水玻璃，工業(yè)水玻璃用水配制成一定濃度的稀溶液，然后在一定條件下參與某種酸，使二氧化硅沉淀出來，再經(jīng)清洗、過濾、枯燥烘干或噴霧、粉碎、制得產(chǎn)品白炭黑。沉淀法又分酸法、溶膠法、碳化法等許多不同的詳細方法。 (1)酸法 普通說來，酸法是將可溶性硅酸鹽與硫酸或其它酸一同反響，當反響液到達某一pH值時停頓加酸反響，進展陳化，然后過濾并用水多次反復清洗，脫除Na2SO4后，送枯燥、粉碎后得到產(chǎn)品。 工

12、藝流程表示圖為： 該方法所得產(chǎn)品的性能與制備過程的條件控制有非常重要的關系。這是由于在反響的過程中，溶液中可溶性的硅酸鹽首先轉(zhuǎn)變成為單體硅酸可溶性。由反響體系的條件所決議，單體硅酸有能夠生成疏松的絮狀物聚集作用，也有能夠生成致密的膠粒凝膠作用，從而呵斥最終產(chǎn)品的很大差別。為了得到所需性能的白炭黑，反響過程的有關條件必需嚴厲控制。2021年02月28日在實踐制備過程中，同樣是酸法，并且用同樣的原資料，其詳細的操作過程和條件控制有不少差別，現(xiàn)舉兩例為證： 例一配制好的稀硫酸以一定的速度，分三次參與到盛有一定量的稀釋了的水玻璃的反響釜中，邊加酸邊攪拌邊升溫，最后的反響產(chǎn)物的pH值控制在44.5之間，

13、然后升溫，在攪拌下老化一定時間，再冷卻后送去分別。 例二配制好的稀硫酸，以一定的速度參與到盛有一定量稀釋了的水玻璃的反響釜中，邊加酸邊攪拌邊升溫，最后控制pH值在23之間，加氨水調(diào)理至pH在89之間，然后升溫，在攪拌下老化一定時間，再降溫、酸化后送去分別。以上兩例，在對原資料成份要求，稀釋程度以及加酸速度、攪拌速度和溫度等都有不同的目的。此外，在對濾并的處置與枯燥的方法上也有不同的過程和要求?？梢姴顒e之存在。2021年02月29日今天對昨天的資料進展進一步補充 (2)溶膠法 這是一種以為較好的工藝道路，但過程比酸法較復雜，條件控制要求更高。是先將鹽酸與硅酸鈉反響生成一定濃度的稀溶膠，在悄然加熱

14、和攪拌的條件下，將硅酸鈉稀溶液參與到配制好的溶膠中，同時參與一定量的NaCl溶液，反響至pH=78，并用堿性調(diào)理液堅持此PH 值，保溫陳化，然后漂洗除氯根，再過濾、枯燥、包裝。 工藝流程表示圖為： 該方法的消費過程中，溶膠的制備是個關鍵。廢品白炭黑透明度的好壞和用于橡膠物理性能的優(yōu)劣在很大程度上取決于溶膠的質(zhì)量，而溶膠的濃度、pH 值、成膠溫度、放置時間等對溶膠的穩(wěn)定性又有很大影響，所以溶膠的制備必需特別嚴厲。假設溶膠析出絮狀物或凝膠，消費那么將無法進展下去。假設各種工藝條件控制適當，可以制得超微細的活性白炭黑，粒徑普通小于0.05m，為國內(nèi)普通沉淀白炭黑的非常之一，比外表積為普通沉淀白炭黑的

15、45 倍。2021年03月01日(3)碳化法該法是采用二氧化碳氣體經(jīng)過可溶性硅酸鹽溶液進展碳化操作，生成沉淀SiO2 和碳酸鈉，反響終了后先進展預過濾，并用酸性水溶液去除產(chǎn)品中的Na2CO3，再進展過濾、枯燥、粉碎、包裝。反響式： 此工藝的特點是可以副產(chǎn)純堿，以致本錢可以降低。但是普通情況，硅酸鈉溶液的轉(zhuǎn)化率很低70左右，假設要繼續(xù)提高轉(zhuǎn)化率，將需破費很長的時間，因此硅酸鈉的損耗較大，有必要采取回收措施。假設采用串連反響釜進展消費，那么有能夠提高轉(zhuǎn)化率。但必需留意由于轉(zhuǎn)化率的提高，有能夠生成碳酸氫鈉，必需在水洗時提高水溫，否那么對產(chǎn)質(zhì)量量不利。2021年03月02日二、氣相法 氣相法又稱熱解法

16、或干法。原料為硅氧烷，尤其是六乙基硅氧烷、四氯化硅等。普通是采用SiCl4 氣體在氫氣和氧氣或空氣的混合氣流中，在熄滅室里進展高溫水解。反響后的含有SiO2 的氣溶膠進入凝聚室停留一定時間，待構成絮狀的SiO2 后送旋風分別，廢品進展脫酸，使產(chǎn)品中的HCl 含量降至目的以下，最后包裝。氣相法消費白炭黑畢竟是一種代價高昂的制備方法，原料SiCl4 的消費就是一個復雜的過程。實踐消費中合理的選擇SiCl4應制備SiHCl3 過程的副產(chǎn)物。處于氣相的水和鹽酸對硅氧四面體的頂點氧有維護作用，即妨礙硅氧鍵的開展，這種妨礙是經(jīng)過構成OH 鍵，從而到達電中性，如圖4l 所示該工藝消費的白炭黑普通說來物化性能

17、都很好。其粒子大小、比外表積、外表活性等重要性質(zhì)與三種氣體的比例、熄滅溫度以及SiO2 在熄滅室中停留時間有相當大的關系。采用此法消費的白炭黑外表光滑，具有較高的化學純度及優(yōu)越的性能，灼燒失量比沉淀法產(chǎn)品小，具有使液體增稠及觸變，防止懸浮液中固相堆積，增進粉末產(chǎn)品流動性，防結塊以及消光等多種特殊功能。2021年03月05日沉淀法制備白炭黑的實際根底 工業(yè)水玻璃是沉淀法制備白炭黑的主要原料。水玻璃是水溶性的硅酸鹽，在一切硅酸鹽中，僅堿金屬的硅酸鹽可溶于水，重金屬的硅酸鹽不溶于水。市售的工業(yè)水玻璃通常為粘稠狀的水溶液，屬膠體溶液。普通工業(yè)水玻璃中Na2O 與SiO2 的摩爾比為13.3 左右，故水

18、玻璃實踐上是多聚硅酸鹽?，F(xiàn)代的科技證明，溶液中SiO2 的聚合度并不等于它們的摩爾比，摩爾比越大，偏離程度越大。見表4l。2021年03月06日硅酸是很弱的酸，其電離常數(shù)很小，數(shù)量級約為：k110-8，k210-14。硅酸在水中的溶解度也極小，大約為100ppm。因此，硅酸很容易從硅酸鹽的水溶液中被其它酸置換出來，即使很弱的酸，如碳酸、醋酸等。硅酸在水中的溶解度雖小，但當我們在較稀的水玻璃溶液中參與某種酸時，一定有大量硅酸生成，然而我們發(fā)現(xiàn)并不立刻就有沉淀出來。這是由于初生的單分子硅酸是溶于水的，隨著時間的推移，單硅酸聚合成低聚硅酸，再聚合成高聚硅酸。然后，在水溶液pH=710，且無鹽存在時，可以進一步聚合為硅溶膠；而在 pH7，或者pH=710，且有鹽存在時，可以凝結為硅凝膠。這種自聚協(xié)作用是硅酸最重要的特性。20