[发明专利]一种气相二氧化硅的合成工艺

说明书

本发明具体涉及一种气相二氧化硅的合成工艺，步骤如下：1)原料的制备：将含无机硅和/或无机硅化合物的废料制成膏状固态，加入冶金助剂捏合造粒，烘干成原料颗粒备用；2)纳米二氧化硅的制备：根据上述原料颗粒含硅成分的组成相应调整生产装置的能量输入和气氛条件，通过两段反应区，原料颗粒在高温空气等离子体下反应，形成气相二氧化硅，载气中形成的二氧化硅气溶胶离开反应区后快速急剧冷却，使气溶胶成核凝聚成纳米级二氧化硅；3)成核的纳米级二氧化硅随载气进入多级旋风分离器和金属网过滤器，分离分类成不同等级的产品；4)反应区中未带出的其他物质形成液态熔渣排出另行利用。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种气相二氧化硅的合成工艺。

背景技术

气相二氧化硅俗称气相白炭黑，是纳米级的二氧化硅，原始粒径5-20纳米，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。广泛的应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、密封胶等高分子工业领域。

传统生产技术：化学气相沉积(CVD)法，又称燃烧法。其原料为四氯化硅、氧气和氢气，高温下反应而成。反应式为：

SiCl₄+2H₂+O₂—SiO₂+4HCl。

氧气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸发，并以干燥、过滤后的空气为载体，送至合成水解炉。四氯化硅在高温下气化(火焰温度1000～1800℃)后，与一定量的氢和氧(或空气)在1800℃左右的高温下进行气相水解；此时生成的气相二氧化硅颗粒极细，与气体形成气溶胶，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒，然后经旋风分离器收集，再送入脱酸炉，用氮气吹洗至PH值为4～6即为成品。

传统的生产技术存在以下缺点：

1.投资巨大－原料和生产过程有毒、危险、是复杂的化学反应过程；

2.受原料的制约。必须大型化工厂有附产的四氯化硅或氯硅烷、氧气、氢气，必须与之联合生产，不能独立存在；

3.成本高，价格高，极大限制了应用；

4.技术核心仍然掌握在发达国家的少数企业，中国市场被垄断。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种气相二氧化硅的合成工艺。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种气相二氧化硅的合成工艺，具体步骤如下：

1)原料的制备：将含无机硅和/或无机硅化合物的废料制成膏状固态，加入冶金助剂捏合造粒，烘干成原料颗粒备用；

2)纳米二氧化硅的制备：将上述原料颗粒放入到微波等离子体反应器中，并调节微波等离子体输出功率为500-800KW，接着将反应器内的温度升至700-850℃，通入保护气体与氧气，并调整反应器内的氧气含量为3-15％，原料颗粒在高温氧气等离子体下反应，形成气相二氧化硅，载气中形成的二氧化硅气溶胶离开反应器后快速冷却至100℃以下，使气溶胶成核凝聚成纳米级二氧化硅；

3)成核的纳米级二氧化硅随载气进入多级旋风分离器和金属网过滤器，分离分类成不同等级的产品；

4)反应区中未带出的其他物质形成液态熔渣排出另行利用。

进一步的，步骤1)中含无机硅和/或无机硅化合物的废料中包含SiC、SiO₂和Si中的任意一种或多种。

进一步的，步骤1)中制成的膏状固态物料的水份含量为30％。