沉澱法白炭黑又稱水合二氧化矽、活性二氧化矽、沉澱二氧化矽和沉澱水合二氧化矽。沉澱法白炭黑又分為傳統沉澱法白炭黑和特殊沉澱法白炭黑。前者是指以硫酸、鹽酸、CO2與水玻璃為基本原料生產的白炭黑,後者是指采用超重力技術、溶膠-凝膠法、化學晶體法、二次結晶法或反相膠束微乳液法等特殊方法生產的白炭黑。
本文著重介紹傳統沉澱法白炭黑的生產工藝流程。
沉澱法白炭黑通常是矽酸鈉(即水玻璃)和一種酸(多數情況是用硫酸)發生化學反應產生沉澱而生成的。矽酸鈉和硫酸之間的這種反應的產物就是沉澱法白炭黑(學名水合矽酸或水合二氧化矽),反應的副產物是硫酸鈉和水。為了控製這一工藝,須考慮到沉澱法白炭黑的生成是一個可逆的過程,在特殊的條件下,如在pH值或溫度較高時,反應將會向原材料的一方進行。這個化學反應是一個可被工藝參數影響的平衡狀態。
一、沉澱
將由水玻璃和硫酸的水溶液同時在規定的濃度和反應條件下加入帶有攪拌器的反應器中。反應時,在反應器內先生成基本粒子;伴隨著脫水,這些粒子隨即相互發生反應而形成聚集體。在聚集體內,基本粒子通過矽烷醇鍵結合在一起。然後,聚集體相互碰撞、結合而形成附聚體。在這些附聚體中,聚集體因氫鍵或範德華力的相互作用而結合在一起,兩者的結合力要比矽烷醇鍵弱得多,因此這種結合是可逆的。附聚體在混煉過程中容易被破壞而分散為聚集體。在沉澱反應過程中,重要的工藝參數是pH值、反應溫度(通常為50~90℃)、各組分的濃度、反應時間、以及水玻璃和硫酸的計量和混合。這些工藝參數將影響生成白炭黑的表麵積、結構、分散性和矽烷醇基團的濃度等等。
二、過濾
在板框式壓濾機或其他過濾設備中對獲得的懸浮液進行過濾,並對濾餅進行洗滌,以洗去硫酸鈉。在白炭黑的過濾過程中,重要的工藝參數是填充和洗滌的時間、濾餅中的固體含量和殘存的硫酸鈉含量等等。
三、幹燥
將含水濾餅進行攪拌使其成為白炭黑的水懸浮液,然後進行噴霧幹燥,或采用其他幹燥方式幹燥。不同類型的幹燥器的簡單分類辦法是分為長期幹燥器和短期幹燥器,白炭黑在長期幹燥器中的停留時間以小時計,而在短期幹燥器中的停留時間以秒計。在白炭黑的幹燥過程中,重要的工藝參數是幹燥器的類型、幹燥溫度、幹燥前的固體含量和在幹燥器中的停留時間等等。這些工藝參數將影響生成白炭黑的水分含量、表麵積、結構、分散性和粒徑的分布等等。
四、造粒
為了減少或消除產品輸送時的粉塵,將粉狀產品進行造粒,使其成為片狀或粒狀。在造粒過程中,重要的工藝參數是加料速率和粒化壓力。造粒過程將影響白炭黑的結構、分散性、粒徑的分布和粉塵含量。
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