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(guò)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(lái)各國(guó)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(guó)家；其利用煤渣的技術(shù)值得我們借鑒。目前我國(guó)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(zhǎng)石、石英、大量的含硅玻璃體（Al2O3·2SiO2）和活性SiO2、活性Al2O3、莫來(lái)石和少量的未燃煤等。煤渣里面的硫氣體會(huì)釋放出來(lái)污染大氣，若其含硫量過(guò)高還會(huì)自燃起火。

3 煤渣的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，液態(tài)的煤渣增鈣技術(shù)得到了發(fā)展，是我國(guó)在煤炭發(fā)電方面所取得的成就。通過(guò)對(duì)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(lèi)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(diǎn)，其本身的比表面積更大，孔分布更均勻；該物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)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?cè)系倪x擇和反應(yīng)條件來(lái)生產(chǎn)多種型號(hào)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(guò)濾分離，再干燥可以得到二氧化硅。這樣生產(chǎn)出來(lái)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(huì)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(guò)一系列的工序，比如過(guò)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(yùn)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(guò)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(jiàn)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(diǎn)，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(lèi)行業(yè)、功能纖維添加劑等領(lǐng)域。

6 利用煤渣制備無(wú)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(duì)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(lái)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(huì)選用助燃劑，即鈉鹽類(lèi)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(lèi)氧化物與鋁類(lèi)的氧化物就可以轉(zhuǎn)到酸溶液當(dāng)中，再通過(guò)過(guò)濾，過(guò)濾掉不溶的雜質(zhì)；然后通過(guò)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(guò)再次的過(guò)濾，把Si和Al分離，然后凝膠通過(guò)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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