[发明专利]一种二氧化硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工生产技术领域，具体而言，涉及一种二氧化硅的制备方法。

背景技术

水合二氧化硅俗称白炭黑，分子式为SiO₂·nH₂O，外观形态为粉状、微珠、颗粒状，白炭黑是橡胶补强广泛使用的材料，一般说来，由于白炭黑（超细的、表面处理的例外）补强效果还不及炭黑好，故属半补强填充材料。因此要根据使用场合决定代替炭黑的百分数。沉淀白炭黑用于橡胶制品有汽车、翻斗车、卡车、拖拉机、叉车、自行车等的内外胎，工业用皮带、胶管、衬垫、胶板、粮食加工用脱谷胶辊，以及胶鞋等各种橡胶工业制品中都或多或少地要用到白炭黑。在普通轮胎内添加一定量的白炭黑能提高轮胎的使用寿命。据研究试验结果表明，若能增配10～20份白炭黑就可以改善胶接性和抗撕裂性，使轮胎行驶里程提高，同时还能增强轮胎对路面的抓着力，以利于安全行车。由于节能减排与绿色环保的要求，越来越多的白炭黑应用于轮胎橡胶工业。将白炭黑作为填料与天然胶和合成胶混炼，应用于轮胎可以降低滚动阻力，改善湿滑性能，因而使汽车耗油低、减少废气排放。

目前，白炭黑的主要生产方法主要有气相法和液相法中的沉淀方法。前者因成本高而使应用受限。我国沉淀法白炭黑年生产和消费在70万吨以上，但传统的沉淀法白炭黑采用酸沉淀法为主，硫酸和水玻璃是生产沉淀法二氧化硅俗称白炭黑的主要原料，目前一吨白炭黑需要消耗约1.2吨水玻璃，一般生产过程中消耗的是浓度为25～35%的液体硅酸钠。根据所使用硫酸的浓度不同，可将沉淀法产生二氧化硅分为浓酸法和稀酸法。此外，传统沉淀法中，生产二氧化硅的反应器一般为间歇釜式反应器，硫酸和水玻璃之间为液液相反应，通过搅拌器将反应物混合均匀。但这种反应会出现局部高浓度过酸化的现象，易于使二氧化硅粒子在液液相界面处聚集为较大的聚集体，同时使二氧化硅粒子的粒径分布不均，从而影响二氧化硅最终的产品质量。

近年来，已经开发出一种在常压下通过二氧化碳与硅酸钠反应制备二氧化硅的方法。其中，中国发明专利CN92106890.5公开了一种利用烟道废气中的二氧化碳与硅酸钠反应生产二氧化硅的方法，该方法的具体实施的工艺程序包括：烟道废气→洗化槽→碳化（加入硅酸钠溶液）→压滤→洗涤→干燥→粉碎。但是，在该工艺中，所用的烟道气中的二氧化碳浓度不高，此外，二氧化碳气体在硅酸钠溶液中分布不均匀，这些不仅降低了反应进行的速率而且使生成的二氧化硅粒子粒径过大（大的聚集体）或过小（细粉）、粒径分布不均匀。

发明内容

针对现有技术中，生产出的二氧化硅粒子粒径过大（大的聚集体）或过小（细粉）、粒径分布不均匀的问题，本发明提出了一种制备二氧化硅的方法，此方法包括：

（a）反应：将直径均匀的工艺气体的气泡分散到硅酸钠溶液中，以使硅酸钠溶液与二氧化碳进行反应，生成二氧化硅料浆，其中，工艺气体含有二氧化碳；

（b）过滤：过滤二氧化硅料浆并得到滤出物；

（c）浆化：对滤出物进行浆化，得到二氧化硅浆液；以及

（d）干燥：干燥二氧化硅浆液。

具体而言，通过以下方式实施上述方法：

在本发明的反应步骤之前，可以利用二氧化碳提纯装置将含有二氧化碳的初始气体提纯成含有二氧化碳的工艺气体，其中，初始气体中的二氧化碳浓度大于工艺气体中的二氧化碳浓度；二氧化碳提纯装置包括变压吸附装置、膜法纯化装置、低温分馏装置和/或它们的组合；以体积分数计，初始气体中的二氧化碳浓度为介于8%和12%之间，工艺气体中的二氧化碳浓度为30%以上。初始气体可以是热风炉尾气或具有上述气体组成的其他废气，并且其可以进一步包括氮气、氧气、二氧化硫、氮氧化物和/或它们的组合，其中，二氧化硫的体积分数小于0.02%，氮氧化物的体积分数小于0.05%。通过使用本发明中的含有二氧化碳的工艺气体代替传统沉淀法中使用的浓硫酸，节约了对浓酸的消耗并减少了二氧化碳气体的排放，具有一定的经济效益。此外，使用纯化后的较高浓度的二氧化碳气体（二氧化碳的体积百分比在30%以上）作为反应气体可以加快反应速率，提高生产效率从而使经济效益最大化。