[发明专利]一种以四氯化硅为原料滴定法生产白炭黑的方法

说明书

技术领域

本发明涉及废弃资源开发利用领域，利用多晶硅生产过程中产生的强腐蚀性的四氯化硅为原料制备含水合二氧化硅的白炭黑粉末。

背景技术

白炭黑的主要成分是二氧化硅，其二氧化硅呈无定形状态，其颗粒也是无定形结构，白炭黑在橡胶工业中主要用作补强剂，其补强效果仅次于炭黑而优于其他白色填料。目前，白炭黑的制备一般采用气相法和沉淀法。【参见杨清芝主编. 实用橡胶工艺. 化学工业出版社，2005年第一版】，气相法的工艺为：经气化的四氯化硅与氢和氧组成的均相混合气炉中燃烧，进行高温水解反应，烟雾状的白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。反应生成的氯化氢气体经水洗塔水洗后成为低浓度的盐酸。此法得到的产品纯度高，分散性好，粒子细而呈球形，表面羟基少，因而具有优异的补强性能，但此法工艺复杂、对设备要求高、能耗大、生产成本高。沉淀法生产白炭黑具体工艺是先配制硅酸钠溶液，然后在一定的浓度、温度、pH值等条件下和浓硫酸一起加入反应器进行反应生成白炭黑沉淀物。反应器出来的粗料浆经压滤机过滤，分离出硫酸钠母液回收，得到副产品硫酸钠。滤饼用水洗去硫酸钠，用压缩空气吹除滤饼中部分水分，经高速搅拌成糊状料浆，最后喷雾干燥，得到白炭黑产品。沉淀法得到的白炭黑虽然价格便宜，但粒径较大，约为20-40nm，纯度较低【参见朱玉荪，孙志斌.，我国白炭黑生产应用现状及前景预测[J]. 橡胶科技市场.2010(14)：3～8】。

多晶硅是制造太阳能硅电池的主要材料，随着多晶硅产能的增加，其副产品四氯化硅处理利用问题一直困扰多晶硅产业的发展，四氯化硅是一种强腐蚀性物质，根据国内多晶硅的生产工艺，1吨多晶硅将产生10~20吨四氯化硅，因此，必须解决四氯化硅的综合利用问题。目前对多晶硅生产过程中的四氯化硅利用有以下几种方法：气相法生产白炭黑、生产三氯氢硅、生产光纤用四氯化硅等，其中气相法生产白炭黑是经常采用的方法，利用四氯化硅气相法生产白炭黑虽然能得到高性能的产品，但存在工艺复杂、投资大、能耗高等缺点。 

发明内容

本发明提供的目的是为克服现有技术中以多晶硅生产过程中的氯化硅为原料、用气相法生产白炭黑方法的缺陷而提供一种以四氯化硅为原料、用滴定法生产白炭黑的方法，得到的白炭黑纯度高，设备要求低、能耗少、生产成本低，得到的白炭黑纯度高。是以四氯化硅为原料的滴定法生产白炭黑。

本发明的技术方案是采用如下步骤：（1） 将浓度为1.0～1.1%的氯化钠电解质溶液1600毫升的一半放入第一反应器中，剩余的另一半放入第二反应器中；分别向第一、二反应器中滴加酚酞试剂和浓度为28%的硅酸钠溶液调节溶液的pH值为10为止；（2）在第一反应器中设置搅拌器，将第一反应器分别连接第二管道和第四管道；第二管道上设置第二阀门，第四管道中段连接第一管道，第一管道上设置第一阀门。第二反应器连接第五管道，第五管道上设置第三阀门；第一反应器和第二反应器之间连接第三管道；所述管道与所述反应器均密封连接；（3）将第五管道连接到真空泵，打开第三阀门，使两所述反应器处于负压状态；（4）打开搅拌器，打开第一阀门，使氮气保护气体通过第一管道进入第一反应器，同时将浓度为98.6%的四氯化硅通过第四管道滴加到第一反应器中；并打开第二阀门，将浓度为28%的硅酸钠溶液通过第二管道滴加到第一反应器中，控制四氯化硅和硅酸钠的滴加速度，使第一反应器中溶液的PH值保持为10；尾气通过第三管道进入第二反应器中以硅酸钠吸收；（5）滴加完15ml四氯化硅液后，控制硅酸钠的滴加速度，到达反应终点后，用稀酸调节第一反应器中溶液的pH至4左右；停止搅拌，沉淀后对沉淀物进行漂洗至pH为7，烘干粉碎后即可。

本发明的有益效果是：1、本发明中的四氯化硅是多晶硅生产过程中产生的强腐蚀性副产品，利用四氯化硅生产白炭黑，很好解决多晶硅生产过程中副产品四氯化硅的利用问题；具有原料来源广泛，投资少，见效快，制备工艺简单，效率高、能耗低等优点。不需要经过复杂繁琐的过程，符合大规模生产要求，制作成本低，实施容易。该制备方法科学合理，投资少，效果显著，产生的白炭黑可用于橡胶等行业。2、本发明所提供的滴定法能比较好地解决这些问题，其产品和沉淀法得到产品性能一样，也能满足橡胶补强剂性能的要求，即化工行业标准《橡胶配合剂：沉淀水合二氧化硅》（HG/T3061-2009）。3、制得白炭黑样品为白色粉末可作为橡胶和塑料的补强剂，油墨、油漆和涂料的增稠剂等。

附图说明

图1是实现本发明以四氯化硅为原料滴定法生产白炭黑的方法的装置结构示意图；