[发明专利]一种有机硅生产用铜基催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于合成有机硅单体的催化剂领域，具体为一种铜基催化剂及其制备工艺。

背景技术

甲基氯硅烷又称为有机硅单体，由金属硅、氯甲烷在加入催化剂以及加热的条件下于流化床中进行化学反应而获得，其合成反应属于气-固-固多相接触催化放热反应，反应机理复杂，除主反应外，多种副反应同时存在。反应过程影响因素颇多，包括流化床结构、原料硅粉氯甲烷质量、催化剂、工艺参数等，尤其是催化剂的性能对该合成反应起着非常关键的作用。

众所周知，铜是有机硅单体合成反应中最早使用且至今仍在使用的经典主催化剂，反应机理研究表明，铜与硅粉首先形成含有组成近似Cu3Si的η活性相的“触体”，然后氯甲烷与硅反应生成甲基氯硅烷混合产物。铜催化剂的制备方法、化学组成、粒径及粒度分布、表面状态，对“触体”的形成有重大影响。目前有机硅单体合成使用的主催化剂主要有铜粉型(包括纯铜粉、复合/合金铜粉和三元铜粉)和氯化亚铜。

有机硅单体工业生产采用流化床工艺，需要有一种高活性，选择性好的高性能片状铜催化剂。目前以高温熔炼-水雾化-球磨-筛分的工艺生产铜催化剂，存在设备投资大、生产工艺流程冗长，熔炼脱氧与水雾化能耗高、粒度分布范围宽等问题。特别是有机硅单体工业生产采用流化床连续法工艺，随着反应过程中硅的消耗，床层内触体的粒度和组成不断发生变化，床内的活性触体各组分的量也在发生变化，需要以不同组分组成的催化剂去调整，以保持活性触体的高选择性与高活性。专利CN102941102B所述的复合铜粉催化剂组分固定，不能完全适应有机硅单体工业生产的要求。

发明内容

为了解决以上问题,本发明公开了一种有机硅生产用铜基催化剂，由金属铜和分散剂组成，其中分散剂含量为0.5～1.0wt％，其它杂质含量不超过35ppm，催化剂为片状，片厚0.5～0.8μm，粒径为d(0.1)2～20μm，d(0.5)10～50μm，d(0.9)50～100μm。

制备铜基催化剂采用铜板或铜粉为原料,以铜板为原料的制造工艺为切屑-干燥-磁选-球磨-筛分分级，以铜粉为原料的制造工艺为球磨-筛分分级。

具体步骤如下：a以铜板为原料

(1)铜板切割、切削脱水工艺：采用剪切机将铜板剪切成长1000mm～1100mm，宽100mm～300mm，厚10mm～30mm的铜块，再将所述铜块采用切削机加工成长1～5mm，宽0.5～5mm，厚0.05～0.3mm的铜屑，切削后的铜屑经脱水机脱水；

(2)铜屑烘干：脱水后的铜屑进行真空烘干，加热至一定温度以除去铜屑表面水分，获得的铜屑终水分含量≤1％。真空度-0.01～-0.09Mpa，烘干温度30～80℃。除去铜屑表面水分，获得的铜屑终水分含量≤1％，烘干后的铜屑进行磁选，以去除铁质，获得所需的铜屑。优选真空度-0.07～-0.09Mpa，烘干温度30～45℃。

(3)铜屑磁选：烘干后的铜屑进行磁选，以去除铁质，获得所需的铜屑。

(4)研磨：将步骤(4)获得的铜屑投入球磨机中，在氮气保护下进行研磨，球磨介质和铜屑或铜粉的质量比1：1～30：1。研磨过程中加入分散剂，搅拌转速200～1500rmp；研磨时间2～16hr。

(5)筛分分级：采用振动筛或超声波振动筛对步骤(4)获得的铜粉进行筛分分级，得到铜基催化剂；

b以铜粉为原料，采用上述步骤(4)和(5)，得到铜基催化剂。

其中原料铜板包括阴极铜板、锌铜合金板、锡铜合金板；所述原料铜粉包括水雾化法铜粉、气雾化法铜粉、水气联合雾化法铜粉、电解铜粉、锌铜合金粉、锡铜合金粉、磷铜合金粉。

其中阴极铜板、雾化法铜粉、电解铜粉的铜含量均高于99.90％，杂质铅含量小于100ppm；锌铜合金板或锌铜合金粉的铅含量小于100ppm；锡铜合金板或锡铜合金粉的铅含量小于100ppm；磷铜合金粉的铅含量小于100ppm。

步骤(4)中，球磨介质为钢(不锈钢、轴承钢、碳钢)球、钢(不锈钢、轴承钢、碳钢)棒、硬质合金磨球、氧化锆球、玛瑙球。研磨优选钢球和铜屑或铜粉的质量比5：1～20：1，优选分散剂总加入量为0.5～1wt％，优选搅拌转速350～600rmp，优选研磨时间3～5hr。

所述分散剂为油酸或硬脂酸中的一种或两种，分散剂的总加入量控制在0.5～1wt％；添加方式为一次或分步加入。

所述片状铜粉催化剂的形貌采用扫描电子显微镜检测，为片状，铜粉的氧含量≤1％。