在氣相法白碳黑生產過程中的質量控制與管理

尹智勇

摘要：本文筆者結合個人對氣相法白炭黑生產加工工藝的掌握與了解，首先就氣相法白炭黑生產工藝展開粗淺的探討，并且就生產過程中對產品質量的影響與管理提出幾點個人展望建議，以期為廣大同行在今后的實踐工作上提供有意的參考借鑒。

關鍵詞：氣相法白炭黑;生產工藝;產品質量

前言：

所謂的氣相法白炭黑其就是一種化學結構為二氧化硅的多功能添加劑，因為其本身具備十分良好的穩定性、補強性與增稠性，所以在化工行業中也有著工業味精的美名，是一種真正能夠在全世界范圍之內進行廣泛應用的納米材料。尤其是近些年來伴隨著多晶硅工業的迅猛發展，套用白炭黑生產線，并使其成為氣相白炭黑的主體原料這種模式儼然已經成為一種良性的資源利用循環。所以進一步對氣相法白炭黑生產工藝加以分析，做好其生產質量控制則具有十分重要的現實意義，也是筆者重點闡述的對象。

1.氣相白炭黑的生產工藝

在氫氧的燃燒過程中四氧化硅發生水解反應后，會生成由N2、O2、H2O和HCI、SO2組成而成的氣固混合物，并且氣固混合物中的SO2在進一步的冷卻過程中通過一組管狀聚集器，粒子在相互碰撞時發生聚集，最終生成粒度分布適宜的大顆粒的一種生成工藝，也就是氣相白炭黑生成工藝。與此同時，當固體與氣相相互分離的時候，可以使用加熱與蒸汽氣提的方式，見固體中吸附的HCI提出，從而得到相應的氣相二氧化硅產品。具體來講氣相白炭黑的生成工藝可用圖1表示。

2.氣相法白炭黑生成工藝技術與產品質量影響

在整個氣相法白炭黑生成過程中，對燃燒爐的設計工作可以說是本工藝的關鍵技術難點，直接關系到產品質量。因此在燃燒爐的設計上既要能夠保證噴嘴結構在原料混合上的均勻性，提高生產穩定性、連續性，還要解決材料在高溫氧化氫環境之下可能出現的防腐蝕問題。為此可以使用特殊鈦材質制作而成的燃燒噴嘴，一方面保證了燃料混合的均勻性，燃料的高效冷卻，另一方面在反應火焰的周圍包裹上了一層環溪氫氧焰，也極少了外界的反應影響，最大限度的提高了整個生產工藝的穩定性與連續性。

在氣相法白炭黑生產過程中，確定四氯化硅的高溫水解反應在實際生產之中的工藝控制條件，達到控制氣相二氧化硅比表面積的目的也是本工藝中產品質量控制的關鍵技術所在。特別是四氯化硅其高溫水解本身就是氣相反應，大部分的流程都是氣固流動狀態，十分容易發生波動。所以在工業生產過程中應用氣固兩相時，固體表面的濃度、溫度、氣體主體都會所有不同，在進行動力學研究時，所測得得氣流主體溫度、反應物濃度均會與實際得情況產生巨大得偏差。而流動、傳熱、傳質則決定了具體得偏差程度。因此根據固顆粒內部的傳熱與傳質影響，動力學方程式為：R1=ft（Ts）ft（Cs）。

公式中的Ts代表的四固體的表面溫度;Cs代表的四固體表面的反應物濃度。

如若按照動力學方程式對理論反應結果加以計算，那么生產比表面積為380m2/g的氣相法白炭黑氣體的流速為10m/s到15m/s之間;如若生產比表面積為300m2/g的氣相法白炭黑的氣體流速應該為8m/s到13m/s之間;如若生產比表面積為150m2/g的氣相法白炭黑的氣體流速則應該為7m/s到10m/s之間。在實際的生產過程中，施工人員還可以結合產品的實際需求，對生產工藝條件加以調整，并且利用DCS自動系統實現對生產系統的連續穩定。

氣相二氧化硅粒子聚集控制也是氣相法白炭黑生產過程中，產品質量控制的關鍵。因為納米粒子其本身所具備的特殊表面結構，表面缺乏鄰近的配位原子，所以具備很高的活性，在高溫碰撞之下記憶發生團聚。所以可以使用AF（50）團聚系統表示顆粒的團聚程度：

在公式中的中等尺寸團聚體，其直徑往往為顆粒分析中50%累計質量直徑，并且隨著團聚系數越大，粉體團聚現象也就越發嚴重。通過聚集設備設計以及相應的工藝條件，選擇氣相二氧化硅二次聚集體為0.2μm到0.5μm之間，附聚體的尺寸則為2μm到20μm之間，則可以滿足產品的所有技術指標要求。

3.結論與展望

本文筆者通過對氣相法白炭黑生產工藝技術的優化與創新，以此控制產品質量，使其能夠滿足氣相二氧化硅的國際要求。同時，還大大的降低了四氯化硅副產物、尾氣氯化氫的循環利用成本，使資源的利用效率得到了大大的提升。

與此同時，在今后氣相法白炭黑生產過程中，我們還要進一步積極的探索多晶硅副產物之中那些難以處理的高沸物原材料，采取恰當的二氧化硅工藝實施方案，并且結合市場對產品的合計需求加以調整，從而探索出更多的全新產品，使其能夠得到更加廣泛的應用。

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