白 炭 黑
白炭黑是白色粉末狀X-射線無定形硅酸和硅酸鹽產(chǎn)品的總稱，主要是指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅、超細二氧化硅凝膠和氣凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等。白炭黑是多孔性物質(zhì)，其組成可用SiO2•nH2O表示，其中nH2O是以表面羥基的形式存在。能溶于苛性堿和氫氟酸，不溶于水、溶劑和酸（氫氟酸除外）。耐高溫、不燃、無味、無嗅、具有很好的電絕緣性。
白炭黑按生產(chǎn)方法大體分為沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。氣相法白炭黑常態(tài)下為白色無定形絮狀半透明固體膠狀納米粒子（粒徑小于100nm），無毒，有巨大的比表面積（100~400m2／g）（使用全自動F-Sorb 2400比表面積儀BET法測試）。氣相法白炭黑全部是納米二氧化硅，產(chǎn)品純度可達９９％，粒徑可達１０~２０ｎｍ，但制備工藝復雜，價格昂貴；沉淀法白炭黑又分為傳統(tǒng)沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑，前者是指以硫酸、鹽酸、CO2與水玻璃為基本原料生產(chǎn)的二氧化硅，后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(chǎn)的二氧化硅。白炭黑比表面積研究是非常重要的，白炭黑的比表面積檢測數(shù)據(jù)只有采用BET方法檢測出來的結果才是真實可靠的，國內(nèi)有很多儀器只能做直接對比法的檢測，現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)被淘汰了。目前國內(nèi)外比表面積測試統(tǒng)一采用多點BET法，國內(nèi)外制定出來的比表面積測定標準都是以BET測試方法為基礎的，請參看我國國家標準（GB/T 19587-2004）-氣體吸附BET原理測定固態(tài)物質(zhì)比表面積的方法。比表面積檢測其實是比較耗費時間的工作，由于樣品吸附能力的不同，有些樣品的測試可能需要耗費一整天的時間，如果測試過程沒有實現(xiàn)完全自動化，那測試人員就時刻都不能離開，并且要高度集中，觀察儀表盤，操控旋鈕，稍不留神就會導致測試過程的失敗，這會浪費測試人員很多的寶貴時間。真正完全自動化智能化比表面積測試儀產(chǎn)品，才符合測試儀器行業(yè)的國際標準，同類國際產(chǎn)品全部是完全自動化的，人工操作的儀器國外早已經(jīng)淘汰。真正完全自動化智能化比表面積分析儀產(chǎn)品，將測試人員從重復的機械式操作中解放出來，大大降低了他們的工作強度，培訓簡單，提高了工作效率。真正完全自動化智能化比表面積測定儀產(chǎn)品，大大降低了人為操作導致的誤差，提高測試精度。國內(nèi)幾家生產(chǎn)比表面積測定儀廠商中，只有北京金埃譜科技有限公司的F-Sorb 2400比表面積分析儀是真正能夠?qū)崿F(xiàn)BET法檢測功能的儀器（兼?zhèn)渲苯訉Ρ确ǎ�，更重要的北京金埃譜科技有限公司的F-Sorb 2400比表面積分析儀是迄今為止國內(nèi)唯一完全自動化智能化的比表面積檢測設備，其測試結果與國際一致性很高，穩(wěn)定性也很好，同時減少人為誤差，提高測試結果精確性。具體標準詳細信息可以登陸相關網(wǎng)站查
沉淀白炭黑主要用作天然橡膠和合成橡膠的補強劑、牙膏摩擦劑等。氣相白炭黑主要用作硅橡膠的補強劑、涂料和不飽和樹脂增稠劑，超細二氧化硅凝膠和氣凝膠主要用作涂料消光劑、增稠劑、塑料薄膜開口劑等。
2，生產(chǎn)方法
制備白炭黑的傳統(tǒng)方法是利用硅酸鈉、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源，除硅酸鈉以外，其它成本都很高。新方法采用廉價的非金屬礦作為硅源，大大降低了白炭黑的生產(chǎn)成本。
2．1傳統(tǒng)方法
（1）氣相法
主要為化學氣相沉積（CAV）法，又稱熱解法、干法或燃燒法。其原料一般為四氯化硅、氧氣（或空氣）和氫氣，高溫下反應而成。反應式為：
SiCl4＋ 2H2＋ O2—>SiO2＋4HCl
空氣和氫氣分別經(jīng)過加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過濾后送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾后，在蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā)，并以干燥、過濾后的空氣為載體，送至合成水解爐。四氯化硅在高溫下氣化（火焰溫度1000~1800℃）后，與一定量的氫和氧（或空氣）在1800℃左右的高溫下進行氣相水解；此時生成的氣相二氧化硅顆粒極細，與氣體形成氣溶膠，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成較大顆粒，然后經(jīng)旋風分離器收集，再送入脫酸爐，用含氮空氣吹洗氣相二氧化硅至PH值為4～6即為成品。
德國迪高沙（Degussa）公司和美國卡伯特（Cabot）公司的氣相法生產(chǎn)技術全球領先。他們的生產(chǎn)裝置規(guī)模大，自動化程度高，產(chǎn)品成本低，牌號（尤其是應用于特殊領域的功能性專用產(chǎn)品牌號）多，品質(zhì)好，如表面積分布均勻、含水量低。我國沈陽化工股份有限公司及上海氯堿化工股份有限公司也采用氣相法生產(chǎn)，但在生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)技術、自動化程度及產(chǎn)品牌號等方面遠不及國外大公司。廣州吉必盛科技實業(yè)有限公司是目前國內(nèi)產(chǎn)量最大，牌號最全，技術最先進的氣相二氧化硅供應商，是氣相二氧化硅國家標準GB20020-2005負責起草單位。
�。�2）沉淀法
沉淀法又叫硅酸鈉酸化法，采用水玻璃溶液與酸反應，經(jīng)沉淀、過濾、洗滌、干燥和煅燒而得到白炭黑。反應式為：
Na2SiO3 + 2H+ —> 白炭黑 + 2Na+ + H20
國內(nèi)大部分生產(chǎn)企業(yè)采用沉淀法。
2．2新方法
新方法主要以非金屬礦及其延伸物為硅源，采用沉淀法制備白炭黑。其技術關鍵是將結晶的二氧化硅和硅酸鹽轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)二氧化硅。原料主要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄欖石、蛇蚊石、高嶺土、硬質(zhì)高嶺土、煤矸石、粉煤灰等。
本報告著重介紹以高嶺土或硬質(zhì)高嶺土、煤矸石或粉煤灰為原料制備白炭黑的工藝技術。
�。�1）以高嶺土或硬質(zhì)高嶺土為原料
先將高嶺土或硬質(zhì)高嶺土粉碎至50~60目，然后在500~600℃高溫下焙燒2小時，再將焙燒土與濃度30%的工業(yè)鹽酸按1：2.5（重量）配料，在90℃左右酸浸7小時，經(jīng)中和、過濾、洗滌、干燥得到白炭黑，產(chǎn)品質(zhì)量符合GB10507-89標準；同時得到高效凈水劑聚合氯化鋁。焙燒及酸浸反應式如下：
焙燒：Al2O3•2Si02•2H20 —> Al2O3•2Si02 + 2H20
酸浸：Al2O3•2Si02 + 6HCl + 9H20 —>2AlCl3•6H20 + 2SiO2
�。�2）以煤矸石或粉煤灰為原料
先將煤矸石或粉煤灰粉碎至粒度小于120目，然后分兩步：
第一步生產(chǎn)硅酸鈉：將粉碎的煤矸石或粉煤灰與純堿按重量比1：50混合均勻，經(jīng)高溫冶融（1400~1500℃，1小時）、水萃浸溶（100℃以上，4~5小時）、過濾去雜質(zhì)、濃縮濾液到45~46波美度即得到硅酸鈉。
第二步生產(chǎn)白炭黑：先將硅酸鈉配成水玻璃溶液（模數(shù)為2.4~3.6,SiO2含量為4~10%）,然后在5~20%的硫酸中酸浸（28~32℃，8~16小時），再升溫至80℃，攪拌，調(diào)節(jié)PH值為5~7，熟化20分鐘，再經(jīng)過濾洗滌、干燥、分選，得到白炭黑。該白炭黑為活性，純度高。
3，產(chǎn)能/產(chǎn)量
國內(nèi)以沉淀法白炭黑為主，于1958年實現(xiàn)沉淀法白炭黑的工業(yè)化生產(chǎn)，但產(chǎn)量小，發(fā)展較慢。1987年產(chǎn)量還僅有2687噸；1990年突破萬噸達到1.06萬噸；1994年增長至2.81萬噸，比1987年增長9.4倍；1997年我國白炭黑產(chǎn)量達到了8萬噸左右；2004年上升到近30萬噸�？梢娊畮啄陙砦覈滋亢诋a(chǎn)量是突飛猛進。
國內(nèi)白炭黑的生產(chǎn)分布比較廣泛，一共有十幾個省市生產(chǎn)，其中產(chǎn)量較大的是福建、山東、江蘇、江西等省。目前國內(nèi)一共有幾十家白炭黑生產(chǎn)企業(yè)，總產(chǎn)能在40萬噸/年左右。其中規(guī)模較大的沉淀法白炭黑生產(chǎn)企業(yè)有福建南平嘉聯(lián)化工有限公司、上海九琛精細化工有限公司、株洲興隆化工實業(yè)有限公司、羅地亞白炭黑（青島）有限公司、無錫恒亨白炭黑有限責任公司，滕州辛緒化工有限公司等。氣相法白炭黑方面，廣州吉必盛科技實業(yè)有限公司產(chǎn)能達到6000噸/年，是國內(nèi)最大的氣相二氧化硅供應商。
由于看好白炭黑市場前景，目前國內(nèi)一些企業(yè)正在建設或計劃建設白炭黑項目，有改擴建，也有新建。如上海九琛精細化工有限公司、濮陽市光璞石化公司、湖北興發(fā)集團等。
預計2010年我國白炭黑產(chǎn)能有望突破100萬噸/年大關。
更多比表面積測試方法及標準，敬請登陸www.app-one.com.cn
