白炭黑制备新工艺研究

分散性白炭黑的性能特征和生产工艺1.高比表面积：分散性白炭黑的比表面积非常大，通常在100-1000平方米/克之间。

这使得它具有很高的表面活性，可以与其他物质充分接触，提高反应速率和效率。

2.好的分散性能：分散性白炭黑具有很好的分散性能，能够均匀地分散在溶液或基体中。

这使得它在应用中能够充分发挥其功能，并提高材料的性能。

3.良好的填充性能：分散性白炭黑具有很好的填充性能，可以填充到材料中，并增加材料的密实性和硬度。

它可以用作增强材料、填充剂和增粘剂，在橡胶、塑料、油墨、涂料等领域得到广泛应用。

4.良好的增稠性能：分散性白炭黑可以使液体变得更加稠密，从而改善液体的流变性能。

它可以用作增稠剂，在涂料、油墨、润滑油等领域起到调节粘度的作用。

5.高吸附性能：分散性白炭黑具有很强的吸附性能，可以吸附有机物、重金属离子等污染物质，起到净化和去除有害物质的作用。

它可以用作吸附剂，在环境保护和废水处理中有广泛的应用。

1.原料选择：选择适当的原料，通常为石墨或沥青等碳质材料。

这些原料经过高温处理，生成具有高比表面积的白炭黑。

2.炭化反应：将原料放入反应器中，通过高温炭化反应，使碳质材料分子发生断裂，形成碳黑颗粒。

3.表面处理：通过表面处理方法，如氧化、还原等，改变白炭黑表面的化学性质，提高其分散性能和活性。

4.分散处理：将白炭黑与分散剂或其他添加剂混合，并进行适当的机械分散处理，使其分散均匀。

5.纯化处理：对分散后的白炭黑进行纯化处理，去除杂质和残留物质，提高产品的纯度和质量。

6.干燥和包装：将纯化后的白炭黑进行干燥处理，并进行适当的包装，以保证产品的质量和稳定性。

近年来，人们对分散性白炭黑的研究越来越深入，其性能特征和应用领域不断扩大。

在未来，分散性白炭黑将在材料科学、环境保护、能源存储等领域发挥更重要的作用。

前言白炭黑是橡胶工业重要的补强材料,因其微观结构和聚集体形态和炭黑类似,并在橡胶中有相近的补强性能,故被称为白炭黑。

白炭黑按照其生产方法可分为两类,即沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。

沉淀法白炭黑作为橡胶补强原材料,主要用于轮胎、鞋类、和其它浅色橡胶制品。

本文只讨论沉淀法白炭黑(以下简称为白炭黑)。

在轮胎行业中,过去白炭黑主要用于子午线轮胎的带束层,以增强钢丝和橡胶的粘合性。

也有些轮胎企业将白炭黑用于子午线载重轮胎胎面,以提高胎面的抗刺扎和抗崩花性,其用量较少,一般为10～15份。

近15年来,由于欧洲和北美对环保和节能的要求日益严格,将白炭黑用于轮胎胎面,可以显著降低轮胎的滚动阻力,同时能保持较好的抗冰滑性和抗湿滑性,其耐磨性仅有稍许降低。

1992年,米其林公司率先制造出全用白炭黑的“绿色轮胎”,其滚动阻力较一般轮胎降低约30%,节油及减少汽车废气效果显著。

但是由于传统白炭黑品种的分散性不好,配用白炭黑的胎面胶,虽然滚动阻力比配用炭黑的低,但其耐磨性能却比配用炭黑的差得多。

为了适应绿色轮胎快速发展对白炭黑的要求,国外几家主要制造商都已经生产供应、并仍在进一步研究开发分散性较好的白炭黑产品,目前白炭黑已经发展了以下三代产品:1.第一代是传统的或被称为“标准”的白炭黑品种;2.第二代被称为“高分散性白炭黑”(ＨｉｇｈＤｉｓｐｅｒｓｉｂｌｅＳｉｌｉｃａ,简称ＨＤＳ)和“易分散性白炭黑”(ＥａｓｙＤｉｓｐｅｒｓｉｂｌｅＳｉｌｉｃａ,简称ＥＤＳ)。

高分散性白炭黑是一种具有较高分散性,且无粉尘的白炭黑产品,适用于绿色轮胎。

易分散性白炭黑是90年代中期开发的一种性能介于ＨＤＳ和传统白炭黑之间的产品,其价格较ＨＤＳ低,是一种性能价格比较高的替代ＨＤＳ的产品。

表1为国外主要的、已经商品化的ＨＤＳ和ＥＤＳ品种。

在轮胎用胶料中,如果采用ＨＤＳ和ＥＤＳ可以获得较高的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力、扯断伸长率。

采用ＨＤＳ还可以改善胶料加工性能和耐磨性,从而可以得到较好的轮胎综合性能。

白炭黑来源:世界化工网全文请访问:/睡过站了一.概述白炭黑属硅系白色补强型粉体材料,是合成水和硅酸和硅酸盐的总称,包括沉淀二氧化硅,气相二氧化硅,硅酸钙,硅酸镁,硅酸铝等.由于它们都具有能与炭黑媲美的对橡胶补强性能,外观呈白色,故统称白炭黑.但通常讲的白炭黑,则指二氧化硅而言.白炭黑的生产方法归纳起来有两大类:沉淀法和气相法.生产方法不同,产品性能和用途不同.为了满足更多方面使用,可以通过控制工艺条件及表面处理,从而改变产品的颗粒大小,表面积,吸附性能等来满足各种用途白炭黑性能要求.白炭黑又称水和硅酸,轻质二氧化硅,化学表达式一般写成m SiO2·n H2O.随着石油化工的发展,,人造合成橡胶大量温室,而合成橡胶的比较突出的不足之处是强度低于天然橡胶,因此必须用优良的补强填充剂加以补强,才能使之符合使用要求.炭黑是橡胶的优良补强填充剂,然而炭黑有两个不可改变的缺点:第一,生产炭黑的能耗较高,达24~37kW/kg,而沉淀白炭黑为8~9kW/kg,而且炭黑的主要原料是天然气或石油,由于能源因素其发展和使用受到限制;第二,人民生活的日益提高,对各种各样的橡胶制品除要求坚固耐用外,对色调不仅趋向浅色透明,而且需要多种不同色彩的,基于这两个原因,炭黑已不能胜任,因此,近些年来白炭黑的生产和应用不断得到发展,它不仅成为橡胶和塑料的重要补强填充材料,而且是造纸,染料,涂料,油墨,油漆等工业不看人缺少的添加剂.二,白炭黑的应用1.橡胶制品气相白炭黑属于高补强填充材料,由于成本较高等原因,除特殊场合如硅橡胶补强用外,一般不采用.沉淀白炭黑是橡胶补强广泛使用的材料,一般说来,又有沉淀白炭黑(超细的,表面处理的例外)补强效果还不及炭黑好,故属半补强填充材料.因此要根据使用场合决定代替炭黑的百分数.沉淀白炭黑用于橡胶制品的有:汽车,翻斗车,卡车,拖拉机,叉车,自行车等内外胎;工业用皮带,胶管,衬垫,粮食加工用脱谷胶棍,以及胶鞋等各种橡胶工业制品或多或少的腰用到白炭黑.在普通轮胎内添加一定量的白炭黑能提高轮胎的使用寿命.据原西德一家公司轮胎配方研究试验结果表明,若能增配10~20份白炭黑就可以改善胶接性和抗撕裂性,使轮胎的形式里程提高,同时还能增强轮胎对路面的抓着力,以利于安全行车.此外,由于炭黑发热量大,国外用于高速公路的汽车轮胎也趋向于添加白炭黑.目前国内外市场对自行车车胎的要求也日益多样化,如轮胎胎边彩色化及闪光圈等花式新品种,都是用白炭黑替代炭黑生产的.上海某橡胶厂专门生产彩色边自行车胎,销往香港等地,目前年产60~70万条,不能满足需要,正准备扩大生产能力达到年产350万条.若开放国内市场,需求量将更大.在胶鞋生产过程中,人们对胶鞋,雨鞋,运动鞋,旅游鞋,健身鞋,芭蕾鞋等,不但要求牢固,而且要求色调美观,舒适轻便.白炭黑既具有良好的补强性,耐磨性,防滑性和鞋面粘着性,又是一种良好的浅色补强材料,因此在胶鞋的发展中为提高鞋的质量和增加款式起着重要作用.2.塑料工业白炭黑在聚乙烯,聚丙烯,环氧树脂等塑料工业中都可作为填充材料,可以提高塑料的弹性强度,耐磨性和硬度,并提高塑料的热稳定性能.用于电缆还可以提高电缆的电绝缘性.如甲基乙烯基硅橡胶高压线就要用气相白炭黑或高质量的沉淀白炭黑.在两层塑料薄膜之间往往笔记分开,装袋时袋口很难打开,则白炭黑就是很顺利的开口剂.当用聚氯乙烯作家庭地板材料时,如若加入了一定的白炭黑,则可改进产品的硬度,弹性,热变性等性能.3.造纸工业用白炭黑作纸张的上胶剂,可提高纸张的白度和不透明度,改进印刷性,耐磨性,耐油性,手感性和光泽性.用于晒图纸,可使纸面质量好,油墨稳定,背面无裂隙;用于叠氮纸中,可生产优异的蓝图纸;用于铜版纸中可替代钛白;特别是用于新闻纸,加入1%~2%的白炭黑,可使纸的重量减轻10%,不仅纸薄,而且能提供强度,除能防止油墨渗透,使印刷文字清晰外,还可以增加不透明度.4.涂料,油墨白炭黑具有触变性能,在涂料中添加少量白炭黑,能使涂料消除液滴沉降现象.在不饱和聚酯涂料中,只要添加0.5%~2%浓度的白炭黑,就能使这种涂料在垂直表面上每次涂500g/㎡也不会发生液滴和皱折.在颜料中添加白炭黑,不仅能防止颜料的沉淀,且能提高对颜料,染料的吸附性,改进分散性.当用作乳化涂料的填料时,可提高热稳定性.为了满足涂料和油墨消光剂对白炭黑要求,国外研制并生产了消光剂专用品.当硝基清漆以及类似涂料还有沉淀白炭黑消光剂,可改进油漆非沉淀性能,并能使涂料易分散,仅有少量的增稠影响,悬浮性好,有极好的消光特性,高透明度和好的耐磨性.自印刷油墨中加入0.5%的白炭黑,印刷效果好,可消除未分散油墨渗透的影响,改进印刷材料的耐洗性,增加颜色的光泽度.此外,白炭黑在农药,医药,粘合剂,牙膏及日常化妆品中也有各种不同程度的使用和发挥各种有益的功能.由此可见,白炭黑的用途是很广的,功能是很多的!三,白炭黑的生产工艺简介根据国内外现有资料表明,白炭黑的生产方法主要是沉淀法和气相法两大类型.由于沉淀法所用原料便宜,易得,生产工艺和设备较为简单,产品售价低,因而目前占主导地位.1.沉淀法沉淀法又称湿法,主要原料为石英砂,纯碱,工业盐酸或硫酸或硝酸或二氧化碳.其工艺路线是:先采用燃油或优质煤在高温下将石英砂于纯碱反应的得到工业水玻璃,工业水玻璃用水配置成一定浓度的稀释液,然后在一定条件下加入某种酸,使二氧化硅沉淀出来,即得产品白炭黑.沉淀法又称酸法,溶胶法,碳化法等许多不同的具体方法.(1)酸法酸法是将可溶性硅酸盐于硫酸(或其他酸)一起反应,当反应液到达一定ph值时停止加酸反应,进行陈化,然后过滤并用水反复清洗,脱除硫酸钠后,经干燥,粉碎后得到产品.反应式为:Na2O·m SiO2+H2SO4→m SiO2·n H2O+Na2SO4m SiO·n H2O→m SiO2·n’H2O+(n-n’)H2O↑工业流程图如图所示该方法所得产品的性能与制备过程的条件控制有重要的关系.这是因为在反应的过程中,容易中可溶性的硅酸盐首先转变为单体硅酸(可溶性).根据反应体系的条件不同,单体硅酸有可能生成疏松的絮状物(聚集作用),也有可能生成致密的胶粒（凝胶作用），从而造成最终产品的很大差异。

性 能 等明显 优势 。另外 值得 强调 的一 点就是 这些
产 品 混入快 而且 容易 分散 ， 而缩 短混 炼 时间 ， 从 达
１ 工 艺
用于硅 橡胶 的特 种 白炭 黑 中 Ｓｐ ｒ ａ ９ ｉｅｎ ｔ２ ８的
比表 面积最 大 ， 大约 ２ ０ ／ （ ２ 。采 用 Ｓｐ ｒ ０ ｍ。 ｇ 图 ） ｉｅ－
机 包括两 个 高粘 度 的 行 星式 搅 拌 器 ， 个高 速 分 两
配 器和一 个 刮刀 （ 于 刮擦容 器 的侧壁 ） 用 。这种 变 速 （ １ １ ｒｍｉ） 星 式 刮刀 是 由 １ １２ ｐ电 １ ～１ ０ ／ ｎ 行 ～ ／ｈ 动 机驱动 的 。而单 独 高 剪 切 式 转 子一 子 混 炼 机 锭
为展 现不 同产 品在 ＨＴＶ 硅橡胶 中的各 种性 能， 选用 了尽 可 能简 单 的配 方进 行 应 用实 验 ：０ １０ 份 ＶＭＱ 硅 橡胶 ；０份 白炭 黑 ；． ４ ３ ２份 加 工 助 剂 ； １ ０ 的硫 化剂 Ｄ Ｐ（ ，一 甲基一 ，一 ． ＨＢ ２ ５二 ２ ５二特 丁基 过氧 ） 己烷 。
到节 能降耗 的 目的 。
’
硅氧烷工业 中， 合成 白炭黑主要用作 硅橡胶 补 强 剂 以获得足 够 的物理 机械 性 能从 而满 足应 用要 求 。总体来说 ， ｖ ｎ ｅ ｕｓ Ｅ ｏ ｉ Ｄ ｇ ｓａ销售 的牌 号为 Ｓｐ ｋ ｉ— ｅ ｔ ｍａ 的特殊 白炭 黑（ Ａｅｏｉ工艺 生产 的气 相法 按 ｒｓ ｌ
能 适合 用于 特殊 的硅橡 胶用途 。沉 淀法 白炭 黑可
以赋予 气相 法 白炭 黑达 不 到 的 性 能 ， 此类 产 品 的 成 功源 于沉 淀法 白炭黑 的混炼 快捷 简易 以及 动态 性 能好 （ 压缩 永 久 变 形 ） 而 这 正 是 ＨＴＶ 硅 橡 胶 ， 所 需要 的 ， 亚洲 最 大 应用 产 品之 一 的按 键 垫 产 如 品就要求 具有 这些性 能 。

纳 米 白 炭 黑 各 项 性 能 指 标 按 GB 10517—89～ GB 10529—89进行测试 。根据 GB / T 12496—90木质活性炭 的检验方法对所得到的稻壳灰活性炭进行分析 。
纳米白炭黑的 XRD 测定在英国 Bede科学仪器有限公 司生产的多功能 X射线衍射仪 (Bede D1 系统 )上进行 ,实验
将 KOH加入活性炭内 ,经低温脱水 、高温活化 ,然后将 混合物冷却 ,充分水洗除去碱分 ,再干燥即 得 到 活 性 碳 产 品 [10 ] 。由表 3可以看出 ,高温活化后会增加活性炭的吸附
图 1 NaOH浓度对 SiO2 提取率的影响
图 2 溶煮时间对 SiO2 提取率的影响 从表 3可知 ,提高活化温度对增加吸附值是有利的 ,但 400～600℃效果不明显 , 800 ～1 000℃变化较大 。这可能是 因为孔隙中水分被除去 ,而且部分炭烧蚀又形成新的孔隙 。 高温活化对活性炭吸附值及比表面积的增加是十分明显的 , 经高温活化后的活性炭比表面积可成倍增加 ,说明该方法是 一个比较简单可行的措施 。
活性炭作为一种优质吸附剂具有独特的孔隙结构和表
面活性官能团 ,有足够的化学稳定性 、机械强度和耐酸 、耐 碱 、耐热以及不溶于水和有机溶剂 ,使用失效后容易再生等 良好性能 ,它在食品加工 、制药 、冶金 、农业 、环保等方面有着 极其广泛而重要的用途 [3 ] 。随着我国经济的迅速发展 ,对活 性炭的需求也逐步增加 。仅以食品工业为例 ,单就制糖业而 言 ,若用活性炭代替硫磺脱色 ,每年需求量 1. 2～4. 0万 t[4 ] 。
加 ,当 NaOH浓度达到 2. 5 mol/L 以后 , SiO2 提取率可达到 90%以上 ,浓度继续增大 , SiO2 提取率已基本不再改变 。同 时考虑到浓度太高时 ,体系中液相比例太小 ,不利于搅拌均 匀 ,对反应不利 ,所以采用 2. 5 mol/L NaOH 为宜 。图 2 表 明 ,反应时间应选择在 4. 5 h以上 。 2. 4 活化对活性炭质量的影响

Ｚｈ ｎ ｎ ｉ Ｗ ａ ｇ Ｃｈ ｏ ｕ Ｘｕ Ｃｈ ｙ ｎ Ｚ ａ ｇ Ｍ ｉ ｘ ｅ ｇ Ｌｉ ｙ ｎ ａｒｉ ｕａｇ ｈ ｎ ｎｇ ｕ
（ ｐ ｒ ｎ ｆ ｔ ｉ ｓ ｃｅｃ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ Ａ ｈ ｉ ｉｅｓ ｙｏ Ｓ ｉｎｅａｄ ｔｃｎ ｌｇ ， ｕｎ ｎＡｎ ｕ ２ ２ ０ ） Ｄｅａｔ ｔ Ｍａｅ ａ ｉ ｅ ｄＥ ｇｎ ｅ ｎ ， ｎ ｕＵｎｖ ｒｉ ｆ ｃ ｃ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｈ ｉａ ， ｈ ｉ ３ ０ １ ｍｅ ｏ ｒｌＳ ｎ ａ ｉ ｔ ｅ ｎ
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ａ ａ ｇ ｅ ｗｈｔ ａｂ ｎｂｌｃ ｃ ｌｉ ｉｇａ ｔｖ ｔｏ ｉ ｐ ｒｔ ｅ ｖ ｌ ａ ａｉ ｉｓ ｌｔｏ ｙｗｏ ｄ ｏ ｌ ｎ ｕ ｇ ｉｅｃ ｒ ｏ ａ ｋ ａｃ ｎ ｃｉａｉｎ ｍ ｕｉ ｒ ｍｏ ａ ｌ ｌｄｓｏｕ ｉｎ ｎ ｙ ｋ
１ Ｏ ２ ０ ３ Ｏ ４ ０ ５ ０ ６ ０
ｄ ｓ ｏ ｕ ｉ ｎ ｃ ｉ ｎ ｏ ｔ ａ ｌ ｎ ｃ ｄ ｎ ｕ ｒ ｌ ａ ｉ ｎ， ｔ ｉ ｓ ｌ ｔ ，ａ ｔ ｆｅ ｈ ｎｏ ｄ ａ ｉ ｅ ｔａ ｉ ｔｏ ｗｉ Ｈｕａｎ ｏ ｌ ａ ｇ ｅ ａ ａ ｍａ ｅ ａ ． ｅ ｅ ｆ ｃ ｓｏ ａ ｃ ｎ ｄ ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ，ａｋ ｌ ｄ ｓ ｇ ｏ ｏ ａ ｚ ｈ ｉ ａ ｃ ａ ｎ ｕ ｓｒ ｗ ｔｒ １ Ｔｈ ｆｅ ｔ ｆ ｃ ｌ ｉ ｅ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｌ ａ ｉ ｏ ａ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ａ ｌｃ ｎ ｅ ｔａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｌ ｎ ｒ ｐ ｒｉ ｓｏ ｉ ｃ ｒ ｏ ｌｃ ｒ ｎ ｅ ｔｇ ｔ ｄ ａ ｄ ｅ ｈ ｎｏ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔｏ ｎ ｙ ｅ ｄ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｔｅ ｆｔ ｅ ｗｈ ｔ ａ ｂ ｎ ｂ ａ ｋ ｗｅ ｅ ｉ ｖ ｓ ｉ ａ ｅ ．Ｔｈ ｒ ｄ ｃ ｓ ｃ ａ ａ ｔ ｒｚ ｄ ｂ ａ ｅ ａ ｔｃｅ ｓｚ ｈ ｅ ｅ ｐ ｏ ｕ ｔｗａ ｈ ｒ ｃ ｅ ｅ ｙ ｌ ｓ ｒｐ ｒｉ ｌ ｉ ｅ ｉ ｄ ｓｒｂ ｔｏ ｅ ｔ ｒ Ｘ—ａ ｉ ｒ ｃ ｏ ｔ ｒ ｎ ｃ ｎ ｉ ｇ ｅ ｅ ｔ ｎ ｍｉ ｒ ｓ ｏ ｅ Ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｒ ｐ ｒ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓｗａ ａ ｙ ｅ ｄ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｉｔｉ ｕ ｉｎ ｔ ｓｅ ， ｒ ｙｄ ｆ ａ ｔ ｍｅｅ ｄ ｓ ａ ｎ ｎ ｌ ｃ ｒ ｃ ｏ ｃ ｐ ． ａ ｏ ｈ ｃ ａ ｉｍ ｆｐ ｅ ａ ａ ｉ ｒ ｃ ｓ ｓａ ｌ ｚ ｄ ａ ｉ ｃ ｓ ｅ ． ｏ ｎ ｎ

基 团 的反对 称 振动 。１３ ｅ 左 右 处 为 毛细 管 和 ６ ２ｍ
构 上 已达 到气 相 法 白 炭 黑 的 要 求 ， 相 法 制 备 的 气
基 本 目的达到 。
（） Ｉ 减量 ：．２ （ Ｇ １５ １ ４￣热 Ｊ ｌ ２７ ％ 按 Ｂ ０２ 执行 ） 。 （ ） 烧 减量 ：．４ （ Ｇ １５２执行 ） ５灼 ６６ ％ 按 Ｂ ０２ 。
（ ） 量 ：０ ７ ％（ Ｇ １５ ８执 行 ） ６含 ９ ．７ 按 Ｂ ０ １ 。
表面 吸 附 水 的 吸 收 峰， Ｈ Ｈ 的 弯 曲 振 动 。 是 Ｏ ９ ２ ｍ 的 峰 是 Ｓ—＿Ｈ 弯 曲 振 动 ， ０ ｅ 和 ３ｅ ｉ （ ） ８３ ｍ ４ ６ ｍ 的峰 对 应于 Ｓ—０ 对称 弯 曲振 动 。 ６ｅ ｉ 由红外 和 Ｘ一光 综 合 起 来 分 析 ， 知该 白 色 可 粉末 为 无定 型 二氧 化硅 ， 称 为 白炭 黑 。 通
图 ２ Ｘ射 线 分 析 － 图 ４ Ｔ Ｍ 照 片 Ｅ
５ 结 束 语
解， 最终 产 品 即 白炭 黑 。 实 质是 浓硫 酸 与 萤石 反
应 生成 的 氟化 氢 气体 再 与二 氧化 硅反 应 放 出 四氟 化 硅气 体 。反 应式 如 下 ：
Ｓ０ ＋Ｃ Ｆ ＋Ｈ Ｓ ｉ４ ｉ２ ａ ２ ２０— ＳＦ 十＋ＣＳ ４ ２ ａ ０ ＋８ ０
Ｈｅ ｔ ｄ ａ ａ ｅ ｓ ｎｄ
２ 制 备 原 理
本 原理 是 利 用 四 氟 化 硅 水 解 生 成 硅 胶 ， 干 经
水 的广 口瓶 中（ 出气 口）适 当震 荡 ， 于气 体 的 有 ， 便 水解 ， 到 白色 凝 胶沉 淀 。经 过滤 、 得 干燥得 纯 白疏
松 白炭 黑 。

２ Ｏ。
表 面接枝 聚合 制备 壳一 核结 构 粒子 的 重要 步 骤之
一
１ ３ 试 样 制 备 ．
。
在现 阶段橡 胶 应用 领 域 中 ， 白炭黑 通 常 与偶
（） １ 偶联 剂 ＫＨ一７ ５ ０水解 称取 一 定 量 的偶 联 剂 ＫＨ－７ ， 入 去 离 子 ５Ｏ 加
联 剂一起 添加到基 体 中 ， 过混炼 达到分散 效果 ， 通 但存 在填料 分散 不 均 、 炼 时 间长 以及 能 耗大 等 混
水 ， 醋 酸调 节 ｐ 值 为 ３ ５ ５ ５ 常温 搅 拌 下 用 Ｈ ．～ ． ，
进行水解 反应 。 （） ２ ＫＨ一７ ５ ０改 性 白 炭 黑
缺点 。本工作 采用偶联 剂 ＫＨ一７ ５ ０对 白炭 黑进 行
有机 官能化改性 ， 并对其 填充橡 胶性能进 行研究 。
１ 实 验
１ ３ｍｉ， 偶 联 剂用 量 为 ８份 ， 得 产 物 官能 化 程 度 最 高 ， ４ ｎ 且 所 接枝 率 达 到 １． 。改 性 白炭 黑 填 充 Ｓ Ｒ 中 的填 料 分 散 ６３ Ｂ
性 明显 提 高 ， 料 的硫 化 时 间缩 短 ， 胶 综合 物 理 性 能 提 高 。
关键词： 自炭 黑 ； 联剂 ；Ｂ 高官 能 化 改性 ； 解 ； 理性 能 偶 Ｓ Ｒ； 水 物
＊通 讯 联 系 人
（ ） 射 电子 显微镜 （ Ｅ 分析 １透 Ｔ Ｍ） 采用 ＨＩ ＡＣ ８ ０ Ｔ ＨＩ Ｈ－ １０型 ＴＥ Ｍ（ 日本 日立 公 司产品 ） 行分 析 ， 进 加速 电压为 ２ ０ｋ ０ Ｖ。
第 ２期

韩 晓沽 等 ． 白炭 黑 高 官 能 化 改 性 及 其 填 充 Ｓ Ｒ性 能 的 研 究 Ｂ

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第２ 卷 第１ ７ 期
２０ ０ ７年 ３月
西 安 科
技
大 学 学 报
Ｖ 】 ２ Ｎｏ １ ０． ７ ． Ｍａ Ｏ ７ Ｌ２ ０
Ｊ Ｉ ＮＡ ． Ｆ Ⅺ ’ ＮＩ ＥＲ Ｉ Ｃ Ｅ Ｃ Ｎ Ｔ Ｃ Ｏ『 Ｒ ＩＯ ＡＮ Ｕ Ｖ ＳＴＹ ＯＦ Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ Ａ Ｄ Ｅ ＨＮＯ Ｏ Ｙ Ｌ Ｇ
新 的途径 。
・ 收稿 日期 ：０ ５一 ５一ｌ ２０ ｏ ７ 作者简介： 蔡会武 （９ ４ ， ， １６ 一） 男 陕西岐 山人 ， 副教授 ， 主要从事固体废弃物综合利用及功能高分子的研究工作
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０ 引 言
白炭黑作为一种重要 的硅系无机精细化工原料 ， 有很高的绝缘性 ， 不溶于水和酸 ， 溶于苛性钠及氢氟 酸， 在高温下不分解 ， 多孔 ， 内表面积很大 ， 具有类似炭黑的补强作用 ， 是一种超细粒 子填料 ， 广泛用于轮 胎、 制鞋 、 橡胶制品、 树脂 、 涂料、 油墨、 粘合剂 、 塑料、 日用化学品、 制药 、 造纸 、 农药 、 灭火剂助剂等 ， 具有广
温度 、 浸 时间 、 的 用量等 因素 对产 品性 能的 影响 ， 定 了制备 白炭 黑的最佳 工艺条件 。ｘ衍 射 酸 酸 确 分 析表 明所 制备 的 白炭 黑为 非 晶 态， 品 达到 了 白炭 黑 国家标 准 ， 用作 橡胶 和 塑料 的补 强填 充 产 可
剂等。 关键 词 ： 酸铝 废渣 ； 硫 白炭 黑 ； 浸 酸
ＣＡ ｌＨｕ — ／ ｉｗ１
（ ｅｔ ｆＣ ｅ ｓ ｙａ ｄＣｅ ｃｌ ｎ ｉ ｅ ｎ ’ ｎＵ ｉ ｒｔ ｏ ｃ ｎｅａｄ Ｔｃｎｌ ｙ， ’ｎ７０ ５ ， ｈｎ ） Ｄ ｐ．ｏ ｈｍｉｒ ｎ ｈｍｉ ｇｎ ｒ ｇ， ａ ｎ ｅ ｉ ｉ ｃ ｎ ｅｈｏｏ ａ １０ ４ Ｃ ／ ｔ ａＥ ｅｉ ｖ ｓｙ ｆＳ ｅ ｇ ａ

白炭黑项目可行性研究报告xxx实业发展公司第一章概述一、项目概况（一）项目名称白炭黑项目白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。

白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。

能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。

耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。

（二）项目选址xx新兴产业示范基地场址应靠近交通运输主干道，具备便利的交通条件，有利于原料和产成品的运输，同时，通讯便捷有利于及时反馈产品市场信息。

（三）项目用地规模项目总用地面积50718.68平方米（折合约76.04亩）。

（四）项目用地控制指标该工程规划建筑系数70.55%，建筑容积率1.36，建设区域绿化覆盖率5.42%，固定资产投资强度189.93万元/亩。

（五）土建工程指标项目净用地面积50718.68平方米，建筑物基底占地面积35782.03平方米，总建筑面积68977.40平方米，其中：规划建设主体工程54294.58平方米，项目规划绿化面积3737.56平方米。

（六）设备选型方案项目计划购置设备共计116台（套），设备购置费6698.42万元。

（七）节能分析1、项目年用电量420255.39千瓦时，折合51.65吨标准煤。

2、项目年总用水量26692.28立方米，折合2.28吨标准煤。

3、“白炭黑项目投资建设项目”，年用电量420255.39千瓦时，年总用水量26692.28立方米，项目年综合总耗能量（当量值）53.93吨标准煤/年。

达产年综合节能量20.97吨标准煤/年，项目总节能率22.79%，能源利用效果良好。

（八）环境保护项目符合xx新兴产业示范基地发展规划，符合xx新兴产业示范基地产业结构调整规划和国家的产业发展政策；对产生的各类污染物都采取了切实可行的治理措施，严格控制在国家规定的排放标准内，项目建设不会对区域生态环境产生明显的影响。

安徽理工大学大学生节能减排社会实践与科技竞赛作品名称：以稻壳为原料制备白炭黑材料学院名称: 材料科学与工程学院团队名称：开源团队指导教师：刘银副教授目录摘要 (2)一、稻壳 (3)1.1稻壳产量概况 (3)1.2稻壳简介 (3)1.2.1 稻壳的主要组成 (3)1.2.2 稻壳的特性 (3)1.3稻壳的现状与用途 (4)1.3.1 稻壳的现状简析 (4)1.3.2 稻壳的用途 (4)二、以稻壳为原料制备白炭黑 (6)2.1白炭黑的名称及种类 (6)2.2白炭黑的性质 (6)2.3目前制备白炭黑的主要方法 (7)2.3.1 传统方法 (7)2.3.2 新方法 (7)2.4利用稻壳制备白炭黑 (8)2.4.1实验步骤 (8)2.4.2 实验结果图 (10)2.4.3 白炭黑用途 (11)三、结论 (12)参考文献 (13)以稻壳为原料制备白炭黑的研究摘要我国稻壳资源相当丰富（4500万吨/年），但利用率很低，大部分作为废物丢弃或作为低级燃料用，造成了环境污染。

实现稻壳资源化利用，增加其附加值，变废为宝，对促进稻壳资源循环高效利用具有重要的现实意义。

因此本作品对稻壳的成分和利用现状进行了详细地调研和分析，进行了以稻壳为原料制备白炭黑的研究。

稻壳最主要的特点是硅含量高，稻壳灰的质量约是稻壳质量的20%，稻壳灰主要成分是二氧化硅（87%-97%），本作品总体思路是通过对稻壳的酸化以及热处理，提高稻壳内的二氧化硅的含量，初步得到较纯的二氧化硅即白炭黑。

此工艺较为简单、能耗低、生产成本相对较低，一定程度解决了稻壳利用率低的问题，减少对环境的污染，还能够廉价地合成纯度相对较高的白炭黑，克服了传统方法以石英砂和纯碱为原料制备白炭黑能耗大，成本高的缺点。

此外本作品还探索使用微波烧结工艺，以及改变实验温度等其他条件，观察生成的白炭黑的组成和结构的不同。

我国可再生能源越来越受到重视和政策扶持，以稻壳制备白炭黑拓宽了稻壳的使用范围，具有非常可观的前景。

表１ 碳酸钠法生产白炭黑的性能检测结果
检验项目 （誓嚣，测定值嚣
ＤＢＰ嗳收值．ｍｌ旭 总古铜量．。日／ｈ 总古靛量，ｍｇ／ｋｇ 总含锰量，ｍ《／ｋｇ 二氯化硅含量，“ 加热藏量，“ 妁烧碱量，“
４ｓｍ啼余物，“
ｐＨ值 氯吸附比表面积，１０３ｍ２／ｋｇ 颤色 船台量，ｍｇ，ｋｇ（以始计） 砷含量，ｍｇ／ｋｇ（以砷计） 琉化时间，ｍｍ 拉仲强度，ＭＰａ ５００“定伸长度，ＭＰａ 扯断忡长事，％
万方数据
１ ９卷２期２０００．３
冶金能源
２３
矿物型二氧化硅与稻壳炭化物中的＝氧化
硅性质上存在着很大差别，前者以晶体形式存 在，后者以水合二氧化硅形式存在。据此，采 用碳酸钠水溶液提取稻壳炭化物中柏二氧化 硅，进而制得白炭黑产品，其基本原理。如下。
（１）在一定条件下炭化后舸稻壳炭化物放 于碳酸钠水溶液中，稻壳炭化物中的二氧化硅 与碳酸钠在温度Ｔ。下发生如下反应：
耗ｏ。”，生产成本高。 我国水稻产量居世界首位，其中稻各加ｔ
的副产品——稻壳除极少量被加工利用外，绝 大多数作为废弃物扔掉，稻壳综合利用‘直是 人们希望研究解决的课题。
对稻壳成分分析表明，稻壳中含有１５％～ １８％的无定形水合二氧化硅，其它成分主要是 碳氢化合物。利用稻壳的这一特点，鞍山钢铁 学院化学工程研究中心研究成功了由稻壳生产 优质白炭黑的新方法。采用此方法制得白炭黑 产品质量经化工部国家炭黑质量监督检验中心 检测达到国家标准，其物性指标明显高于国标， 居国内领先水平。 １碳酸钠法生产白炭黑原理
万方数据
（６）研究结果表明：采用稻壳生产白炭黑 的新工艺，能生产出优质白炭黑产品。
●考文献
１李添松．无机盐工业。１９８４，（４）ｚ ｌ ５ ２李贤民等，浙江化工，１ ９９１，（２）：ｚ２ ３于欣伟等．化工研究与应用，１９９８，１０（２）：１４８ ４郑忠．胶体科学导论．北京。高等教育出版社．１ ９８９ １二

白炭黑介绍一、白炭黑概念白炭黑即水合二氧化硅，其组成可用SiO2·nH2O表示，是微细粉末状或超细粒子状的二氧化硅，高纯度者SiO2含量达99．8％，质轻，原始粒径〈0.0003mm，比重2．319～2.653，熔点1750℃。

能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。

白炭黑的化学稳定性好，受高温不易分解、不燃烧、比表面积大、电绝缘性强，具有很高的多孔性、吸水性，有很好的补强和增黏作用、良好的分散性、悬浮和振动液化特性。

For personal use only in study and research; not for commercial use二、白炭黑生产工艺白炭黑经典的制造方法分3类：气相法、沉淀法和离解法。

工业上的制备方法都是这3种方法的组合或改良。

1 气相法气相法白炭黑是硅的氯化物四氯化硅或三氯一甲基硅烷在空气和氢气混合气流中经高温水解生成的一种无定型粉末，往往是球形颗粒，表面带有羟基和吸附水，粒径在7～40nm之间，比表面积大，化学纯度高，SiO2>99.8%。

气相法白炭黑根据是否进行过表面处理可分为亲水型和疏水型，根据比表面的大小又可分为不同的型号。

国内气相法白炭黑市场几乎被国外的几个大公司如德固萨、卡博特、瓦克所垄断，我国仅有几套小规模装置。

国外气相法白炭黑品种全、牌号多。

2 沉淀法沉淀法就是将水玻璃与硫酸或盐酸作用，生成硅酸，再分解而制得白炭黑。

SiO2含量在90%左右，市场需求量大，主要用作橡胶补强填料。

我国的白炭黑生产厂主要采用这种方法生产白炭黑。

沉淀法白炭黑的生产技术、设备简单，产品活性不高，颗粒不易控制，亲和力差，补强性能低，颗粒表面亲水性集团键合严重，削弱了产品的结合力。

二次结晶生产超细白炭黑便是在沉淀法生产技术前提下，进行了二次晶种处理的改良性技术。

采用二次结晶新工艺，可以全自动控制工业化生产。

其SiO2含量在94%以上，比表面积达269～320m2/g，粒径最大为1000目，最细可达纳米级。

白炭黑 是微 细粉 末状 或超 细粒 子状 无 水及含 水 二 氧 化 硅 或 硅 酸 盐 类 的 通 称 ， 始 粒 径 一 般 为 １ 原 ０
两种。 目 前工业上普遍采用沉淀法生产 白炭黑 ， 传
统 的沉 淀法 以 水玻 璃 为 原 料 ， 沉 淀 法 主 要 以非 金 新 属矿（ 如硅 灰石 、 藻 土 、 白石 、 岭 土 等 ） 硅 蛋 高 为硅 源 来 制备 白炭 黑 。 本研究在用 硅 藻土制 备 白炭黑 的基础上 ， 行 了 进 巯基硅烷 Ａ一１９改性 白炭黑 的试 验研 究 ， ８ 改性与沉 淀 过程同时进行 。探讨改性剂 的用量对 白炭黑产 品吸油
用硅 藻 土 制 备 白炭 黑 工 艺 中巯基 硅 烷 偶 联 剂 的 作 用 研 究
王 佼
（ 京工 业职 业技 术学 院 ， 京 １０ ４ ） 北 北 ０ ０２ 摘 要 ： 究 了 以硅 藻土 为原 料 ， 用 沉淀 法制备 白炭 黑 的工 艺 中 ， 基硅 烷 Ａ一１９的 用量 对 白炭 黑 吸 油 研 应 巯 ８ 率和 比表 面积 的影 响 ， 结果表 明 ： 改性 白炭 黑产 品粒度 分 布 均 匀， 可达 纳米 级 ， Ｗ４的巯基 硅 烷 改性 所 得 产 用 品具 有最 大 的比表 面积 ， 其值 为 ２ １１５ ｇ 改性 剂分 子与 白炭 黑颗 粒表 面发 生 了化 学吸 附。 ７ ．０ ｍ ／ ， 关 键词 ： 白炭 黑 ； 氨基硅 烷 ； 比表 面积 ； 学吸 附 化
中图分 类号 ： ９ Ｔ ０ ７ Ｏ６ ： ０ ４ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ：６ １ ５ ８ ２ ０ ） ３ ９ ５ １ ７ —６ ５ ［０ ７ ０ —１ —０
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｎ ｔｏ ｆＭ ｅ ｃ ｐｔ ｓｌｎｅ ｉ ｅ ｒｎｇ ｔ ｄ ｎ Ｆｕ ｃ ｉ ｎ ｏ ｒ ａ ｏ ｉａ ｎ Ｐｒ ｐａ ｉ

气相法白炭黑又称气相二氧化硅、烟化二氧化硅，是利用硅烷的卤化物，如四氯硅烷(SiCl4)、甲基三氯硅烷(CH3SiCl4)等，是在氢氧燃烧火焰中高温水解制得的一种无定形二氧化硅。

其原生粒子粒径为5-50nrn，比表面积一般为50-400m2/g。

无机纳米粉体材料气相法白炭黑以其优异的补强、增稠和触变性能和粒子的纳米效应，广泛地应用于有机硅材料、涂料、油漆、胶黏剂、电器、电子、造纸、化妆品、医药等领域。

近年来，气相法白炭黑作为高分子材料的添加剂、补强剂，对聚合物性能的提高和改善越来越受到科研工作者的关注。

1 气相法白炭黑的制备生产气相法白炭黑的硅烷卤化物原料目前主要有SiCl4和CH3SiCl3两种。

1941年，德国Degussa公司成功开发了气相法白炭黑的生产技术，使用的卤化物就是SiCl4。

此外，随着全球有机硅工业的发展，有机硅甲基单体生产的副产物甲基三氯硅烷(CH3SiCl3)的处理问题成为制约有机硅发展的一大障碍，国际上通常的做法是将副产物作为原料生产气相法白炭黑，为解决CH3SiCl3的堆积和促进有机硅甲基单体工业的良性发展提供了一条新的途径。

气相法白炭黑的制备原理是硅烷卤化物在氢氧焰生成的水中发生高温水解反应，温度一般高达1200-1600℃，然后骤冷，再经过聚集、旋风分离、空气喷射脱酸、沸腾床筛选、真空压缩包装等后处理获得成品。

反应原理如下：SiCl4+2H2+O2→(高温水解)SiO2+4HClCH3SiCl3+2H2+3O2→(高温水解)SiO2+CO2+3HCl+2H2O成品的质量(粒径、表面积、纯度等)与原料(包括氢气和氧气)的纯度、原材料的配比、进料温度、氢气和氧气的流量、合成炉和分离器的结构与精度等因素有关。

硅烷卤化物的纯度要高，不能含过多的杂质，否则不但会影响成品的色泽，还会导致其使用效果变差。

而原料中的气体也必须经过预处理，使之不含有水分，因为水分的存在会导致硅烷卤化物的水解。

白炭黑是一种无 定形粉体 ， 其化学 式为 Ｓ ｉ Ｏ ・ ｎ Ｈ ０， 它具有 质轻 、 多孔、 耐 高温 、 不燃、 无 味、 无 嗅、 电绝缘 好等优点 ， 被 广泛应用 于催化 剂载体 、 高分 子复合材料 、 电子封装材料 、 精密 陶瓷材料 、 橡胶 等多
种行业 。
而且 占用 土 地 ， 污 染 环 境 。煤 系 高 岭 土 的 主 要 成
分是高岭石 ， 其中Ａ １ ０ 含量 一般在 ３ ５ ％左 右， Ｓ ｉ Ｏ ： 含量 一般 在 ４ ５ ％ 左 右 ］ ， 煤 系 高 岭 土是 当前
我 国煤 炭企业 综合 利用 的 主要 矿物 之一 。
煤 系 固 体 废 弃 物 制 备 白炭 黑 的研 究 进 展
孔德顺 ， 卢香 宇， 范佳鑫 ， 李 琳
（ 六盘水师范学院 化学与化工系 ， 贵州 六盘水 ５ ５ ３ ０ ０ ４ ） 摘 要 ： 介绍 了煤系 固体废弃物 的种类 、 数量及 物相组成特 点 ， 分别介 绍 了由这 三种废弃 物合
煤 矸石 是一 种在煤 形成 过程 中与煤 伴 生 的岩
石， 是煤 炭 生产 和加工 过程 中产生 的 固体 废弃 物 ，
排放 量为煤 炭产 量 的 １ ０ ％左右， 煤 矸 石 是 我 国年 排放 量和 累计堆 存量 最大 的 工业 废弃 物 之 势 ， 利 用 富含 硅 元 素 的煤 系 高岭 土 、 煤 矸石 、 粉煤 灰等 煤 系 固体废 弃 物 开 发 出适合 自身 特点 的 白炭黑 生产 新 工 艺 。利 用 煤 系 固体废 弃物 来合 成 白炭黑 ， 可 以节 约 化学 原 料 、 降
硅 胶经 烘 干也制 得 了 白炭 黑 。
２ ． ３ 粉煤 灰制 备 白炭 黑

第４０卷第９期
无机盐工业
２００８年９月
ＩＮＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ Ｉ NhomakorabeaＤＵＳＴＲＹ
４５
利用稻壳制取白炭黑的工艺研究
王惠玲１。张洪起２，张永欣１。朱春雨１ （１．中海油天津化工研究设计院，天津３００１３１；２．河北工业大学）
摘要：介绍了以稻壳为原料制备白炭黑的工艺方法和研究路线。研究了稻壳的焙烧工艺条件对稻壳灰的结 构性质及二氧化硅碱溶出率的影响，得出稻壳焙烧的工艺条件：缓慢升温、与空气接触状态良好、焙烧时间１２０ ｍｉｎ、 焙烧温度６５０—７５０℃。在此焙烧条件下，稻壳灰中二氧化硅的碱溶出率可以达到８５％以上。
ｓｉｌｉｃａ ｂｙ ａｌｋａｌｉ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｒｉｓｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｌｏｗｌｙ，ｅｎｏｕｇｈ ａｉｒ。ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｔ １２０ ｒａｉｎ ａｎｄ ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ６５０～７５０℃。ｔｈｅ ｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ｆｒｏｍ ｐａｄｄｙ ｈｕｌｌ ａｓｈ ｂｙ ａｌｋａｌｉ ｒｅａｃｈｅｄ ８５％ａｂｏｖｅ．
表２不同烧结条件下稻壳灰中二氧化硅的碱溶出率
表１ 稻壳烧结条件下稻壳灰中二氧化硅及碳含量
霉黼ｆｆ／。ｃ温磐燃Ｉ间／ｍ时ｉｎ嚣蒜聋兹 号
方式
触状态』。＝：¨：＝竺葚０。
６５０缓慢升温 １２０ ７００ 缓慢升温 １２０ ７５０缓慢升温 １２０ ８００缓慢升温 １２０ ８５０缓慢升温 １２０ ９００缓慢升温 １２０
２．Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｒｏｕｔｅ ｏｆ ｗｈｉｔｅ ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ，ｗｈｉｃｈ Ｗａｆｔ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｐａｄｄｙ ｈｕｌｌ，ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏ－