煤渣制備白炭黑分析

李彩芳　王元

摘要：本文主要介紹了怎樣通過煤渣為原料制備白炭黑與二氧化硅的基本原理。

關(guān)鍵詞：煤渣 白炭黑

1 煤渣的主要用途

煤渣自從18世紀(jì)發(fā)展到20世紀(jì)，從最初的制造三合土為建筑材料，到后來各國都在積極變廢為寶，很大程度上煤渣甚至是得到了充分的利用；例如日本、丹麥等等國家；其利用煤渣的技術(shù)值得我們借鑒。目前我國的煤炭廢棄物煤渣大量堆棄不用，其量大有害，里面含有很多危害成分，目前的再利用范圍也是主要為建筑材料。

2 煤渣的化學(xué)性質(zhì)

煤渣的成分中有SiO2含量在40%～50%左右、Al2O3含量在30～35%左右、Fe2O3含量4～20%左右、CaO含量 1～5%及少量鎂、硫、碳等。煤渣的礦物構(gòu)成很多，其中重要的物質(zhì)有：磁鐵礦和黃鐵礦、鈣長石、石英、大量的含硅玻璃體（Al2O3·2SiO2）和活性SiO2、活性Al2O3、莫來石和少量的未燃煤等。煤渣里面的硫氣體會釋放出來污染大氣，若其含硫量過高還會自燃起火。

3 煤渣的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，液態(tài)的煤渣增鈣技術(shù)得到了發(fā)展，是我國在煤炭發(fā)電方面所取得的成就。通過對液態(tài)煤渣增加其中的鈣含量，可以增加煤渣的水硬性，特別是鈣的氧化物增加到30%左右，可以在很大程度上提高煤渣的水硬性，高爐水煤渣的成分與其比較類似。

4 白炭黑的研究現(xiàn)狀

白炭黑化學(xué)名為超細(xì)二氧化硅。白炭黑除了擁有一般二氧化硅氣凝膠的特點，其本身的比表面積更大，孔分布更均勻；該物質(zhì)的優(yōu)點是穩(wěn)定性強(qiáng)，觸變性好，還具有防粘結(jié)性與消光性等等，可以用作優(yōu)良的填料，特別是在塑料和橡膠方面。其白碳黑根據(jù)制備方法主要有兩種，物理方法和化學(xué)方法，而其中化學(xué)方法又可分為氣相法、液相法和溶膠-凝膠法。

化學(xué)法生產(chǎn)白炭黑中的氣相法，原料為鹵化硅，在水中進(jìn)行高溫水解，生產(chǎn)二氧化硅。很多文獻(xiàn)中指出，生產(chǎn)白炭黑，用到的原料可以是硅烷、有機(jī)硅或者是有機(jī)硅化物等等，讓其原料與氫氣、氧氣混合燃燒，可以制備超細(xì)二氧化硅。但是技術(shù)要點是要調(diào)整氫和氧的比例，以及燃燒的溫度控制。這樣得到二氧化硅顆粒直徑在1μm以下，比表面積75～500m2/g之間。目前都是改變原料的選擇和反應(yīng)條件來生產(chǎn)多種型號的產(chǎn)品。

化學(xué)方法中的液相法是目前的新興領(lǐng)域，包括有直接液相法、水解-絮凝法、在有機(jī)相中制備。化學(xué)法中的直接液相法，是指在液態(tài)狀態(tài)下，用酸化介質(zhì)與硅酸鹽反應(yīng)，都是在溶液當(dāng)中的反應(yīng)，生產(chǎn)沉淀以后過濾分離，再干燥可以得到二氧化硅。這樣生產(chǎn)出來二氧化硅的粒子粒徑在5μm以下。

液相法當(dāng)中有水解-絮凝方法，水解-絮凝法首先選用的原料是水玻璃，即硅酸鹽；先讓水玻璃（硅酸鹽）溶液發(fā)生水解反應(yīng)，反應(yīng)后會析出膠體顆粒，然后加入絮凝劑，讓二氧化硅膠粒成為絮狀物，再經(jīng)過一系列的工序，比如過濾，然后洗滌干燥，最后得到超細(xì)二氧化硅。這樣得到的二氧化硅具有良好的分散性，粒子的直徑為1～2μm、比表面積在190m2/g。

化學(xué)液相法當(dāng)中的有機(jī)相制備方法，是運用了膠體的表面性質(zhì)理論；原料為硅酸鹽溶液，在原料中先加入分散劑，為有機(jī)分散劑，這樣可以防止二氧化硅顆粒的聚集，然后經(jīng)過乳化后，緩慢加酸化劑，進(jìn)行沉淀反應(yīng)，從而生產(chǎn)白炭黑。最后是在最終產(chǎn)品中去除有機(jī)物，可以采用煅燒的方式去除，可以得到良好性能的產(chǎn)品。

化學(xué)方法中的溶膠-凝膠法是比較常見的方法，該方法采用的是正硅酸乙酯為原料，原料在酸性的條件下生產(chǎn)玻璃態(tài)的二氧化硅。

5 白炭黑的應(yīng)用

白炭黑可以應(yīng)用在橡膠行業(yè)，普通的二氧化硅所能應(yīng)用的地方，白炭黑都可以。除此之外，白炭黑還可以用作填料使用，做橡膠補(bǔ)強(qiáng)填料；在涂料方面，可以用作增稠劑和消光劑，利用含有白炭黑的配合物制備出的透明和半透明的涂料，具有很好的耐磨、耐氣候、耐溶劑的性能；在粘合劑方面，用白炭黑做填充的粘合劑具有高的隙離強(qiáng)度和水煮剝離溫度；在塑料方面，其填充的聚氯乙烯農(nóng)用薄膜，具有很好的補(bǔ)強(qiáng)作用；利用其顆粒小的特點，可以使塑料變得更致密，能大大提高透明度和強(qiáng)度，以及韌性和防水性能等。

在其他方面還可以做農(nóng)業(yè)的種子處理劑，使一些農(nóng)作物提前成熟；還可以用在食品行業(yè)、飼料行業(yè)、酒類行業(yè)、功能纖維添加劑等領(lǐng)域。

6 利用煤渣制備無機(jī)硅化物的工藝路線

以煤渣為原料制備白炭黑和二氧化硅的基本原理是用Na2CO3作助燃劑對煤渣先進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)的目的是使煤渣中原含有的不溶性的物質(zhì)，也是主要物質(zhì)莫來石，還有一些硅酸鹽的物質(zhì)，讓其轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇芩岬奈镔|(zhì)。原煤渣燒結(jié)以后，會選用助燃劑，即鈉鹽類的物質(zhì)；燒結(jié)后讓其產(chǎn)物溶解到酸性介質(zhì)當(dāng)中，當(dāng)中的硅類氧化物與鋁類的氧化物就可以轉(zhuǎn)到酸溶液當(dāng)中，再通過過濾，過濾掉不溶的雜質(zhì)；然后通過溫度的控制，讓含Si的溶膠逐漸轉(zhuǎn)為凝膠，Al的氧化物仍然在溶液當(dāng)中，通過再次的過濾，把Si和Al分離，然后凝膠通過干燥與煅燒可以最終得到產(chǎn)品超細(xì)二氧化硅氣凝膠。

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