[发明专利]一种二氧化硅的节水节能沉淀生产方法

说明书

本发明公开了一种二氧化硅的节水节能沉淀生产方法。本发明以水玻璃为原料，采用硫酸为沉淀剂，以水热法制备二氧化硅，并通过对二氧化硅颗粒表面的硅羟基等进行金属离子硅酸盐化处理，降低了二氧化硅颗粒表面的硅羟基含量，减少了二氧化硅颗粒对水的强氢键吸附作用，从而达到减少生产用水和干燥能耗的目标。采用本发明技术工艺生产二氧化硅材料的洗涤过滤的滤饼，含水量从处理前的大于90％降低到碱土金属离子处理后的75％以下。本发明相对于传统的沉淀法生产二氧化硅粉末材料，具有工艺简单，生产过程用水量少，污染小，能源消耗低的特点。本发明相对于气相法生产二氧化硅，具有设备要求简单，成本低，污染小，能耗低的特点。

技术领域：

本发明属于无机粉末材料制备技术领域，特别涉及一种二氧化硅的节水节能沉淀生产方法。

背景技术：

无机填料以其独特的物理和化学材性能在材料中起着重要作用，一般都能给单一的基体材料增韧、补强，提高制品的耐老化，耐腐蚀等能力，而且大都能降低制品的成本。沉淀法二氧化硅是一种重要的无机填料，它具有原料来源广，制备方便，价格低廉而受到广泛重视。

二氧化硅粉未材料，俗称白炭黑，是一种重要的无机填料，因其具有高纯度、低密度、高比表面积，分散性好，表面硅醇基(硅羟基)与活性硅烷键能形成强弱不等的氢键，光学性能和机械性能优良而广泛应用与催化剂载体、高分子复合材料、电子封装材料、精密陶瓷材料、橡胶、造纸、塑料、玻璃钢、粘结剂、高档填料、密封胶、涂料、光导纤维、精密铸造等诸多行业的产品中。沉淀二氧化硅在合成二氧化硅中的重要性居首位，特别近年来，沉淀二氧化硅在军事、通讯、电子、激光技术、生物学等领域有了越来越广泛的应用。

我国是目前世界上二氧化硅的生产大国，但高品质的纳米二氧化硅的生产能力远小于市场消费量，主要依靠进口，随着建筑业，汽车业，电气行业等对有机硅密封胶需求量的增加，加上汽车工业阴极电泳漆，面漆，规模集成电路封止剂以及高级粉末涂料等高科技产品对高品质二氧化硅需求量较大幅度的增长。

在生产制备沉淀二氧化硅材料时，由于二氧化硅表面的硅醇基(硅羟基)的存在，可与生产母液中的水形成氢键，与水产生很强的吸附结合作用，从而使二氧化硅沉淀过滤时，滤饼中的含水量极大。通常沉淀法二氧化硅滤饼中的含水量在90％以上。从而导致在清洗去除产品中副产物硫酸钠时，因滤饼中水含量高，清洗时水的稀释效果降低，清洗水的用量较大和清洗工作量都非常巨大。产生了大量的生产用废水，对环境构成较大的威胁。同时，对含水量为90％以上的滤饼，干燥一吨产品需要蒸发9吨以上的水。因此滤饼中含水量的增加，为二氧化硅生产的干燥过程带来了巨大的能量需求，从而使二氧化硅生产过程中的能量消耗增加。因此，减少二氧化硅滤饼中的含水量，对二氧化硅的节能减排生产具有重要意义。

要降低二氧化硅滤饼的含水量，需要根据二氧化硅产品的结构特点进行。由于二氧化硅吸附水的主要原因是其表面的硅醇基(硅羟基)结构及由这些硅醇基(硅羟基)所形成的笼状结构。因此只要消除二氧化硅表面的硅醇基(硅羟基)就可降低其对水的吸附作用，从而降低滤饼的含水量。消除二氧化硅表面的硅羟基的最有效的方法是利用这些羟基与金属离子反应，形成硅酸的不溶于水的金属盐结构。可与硅酸根形成不溶性盐的金属离子较多，但过渡金属的硅酸盐大多具有颜色，影响二氧化硅产品的质量；而P区元素的金属有毒有害，不利于二氧化硅产品的应用。因此本技术采用碱土金属离子与二氧化硅表面的硅羟基反应，降低二氧化硅表面的硅羟基含量，减轻产品和水的氢键吸附作用，同时不影响二氧化硅的基本性能。达到节水节能的目标。

由于硅羟基的酸性弱，水玻璃与硫酸作用后的原硅酸经水热反应生成二氧化硅后溶液的酸碱性接近中性，在常温下二氧化硅的表面硅羟基与金属离子的反应速率极慢，效率低。因此常温下二氧化硅表面的硅羟基在溶液酸碱性近中性时，不能有效与硅羟基反应，达不到消除硅羟基的目的，而当溶液碱性增加时，金属离子则发生水解生成该金属的氢氧化物沉淀，也不能与硅羟基反应。

发明内容：

本发明的目的是减少沉淀法生产二氧化硅过程中的用水量，降低产品干燥过程的能耗，从而降低沉淀法生产二氧化硅过程中的环境污染，减少生产能耗。