[发明专利]制备球形二氧化硅粉末的方法及装置

说明书

本发明涉及球形二氧化硅粉末技术领域，是一种制备球形二氧化硅粉末的方法及装置，本发明生产工艺流程短，设备简单，节能，生产成本低，不涉及环保问题，本发明首次采用单质硅粉和氧气或空气直接燃烧的方法制备得到球形二氧化硅粉末，该球形二氧化硅粉末形貌优良，呈球形，球形度为100%，颗粒尺寸可达到亚微米、纳米，产品纯度高，分散性好，能有效解决目前国内市场上无法生产亚微米、纳米颗粒尺寸，球形度高，纯度高的球形二氧化硅粉末的问题，实现亚微米、纳米球形二氧化硅粉末的国产化。

技术领域

本发明涉及球形二氧化硅粉末技术领域，是一种制备球形二氧化硅粉末的方法及装置。

背景技术

球形二氧化硅粉末，由于其具有高介电、耐热耐湿耐腐蚀、高填充量、低膨胀、低应力、低杂质、低摩擦系数和低价格等优越性能，球形二氧化硅粉末广泛应用于覆铜板以及环氧塑封料填料、航空航天、涂料、油漆、粘结剂、催化剂、医药、精密铸造、高档陶瓷、高压元器件及日用化妆品等高新技术领域。

目前，球形二氧化硅粉末的制备方法包括火焰熔融法、等离子体法、沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法和气相法等，其中，火焰熔融法（又称高温熔融喷射法）是将高纯度石英在2100℃至2500℃下熔融为液体，经过喷雾、冷却，得到球形二氧化硅粉末，主要缺点是颗粒尺寸大，耗能高，只能生产5微米以上尺寸粉体；等离子体法是将硅微粉在等离子矩的高温场中熔化、气化，然后在快速冷却过程中形成球形颗粒，主要缺点是颗粒尺寸粒度分布很宽，耗能高；沉淀法是以水玻璃和酸化剂为原料，适时加入表面活性剂同时控制反应温度，在溶液到达一定pH 值时加入稳定剂，所得沉淀经洗涤、干燥、煅烧后即得纳米球形SiO₂粉末，主要缺点是工艺条件复杂，环保成本高；溶胶凝胶法是加入酸使碱度降低从而诱发硅酸根的聚合反应，使体系中以胶态粒子形式存在的高聚态硅酸根离子粒径不断增大，形成具有乳光特征的硅溶胶，成溶胶后，SiO₂胶粒便通过表面吸附的水合Na⁺的桥联作用而凝聚形成硅凝胶，经过过滤、干燥和煅烧后即得纳米粉体，主要缺点是工艺复杂，环保成本高，较难实现工业化生产；微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成均匀的乳液，使成核、生产、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内，从乳液中析出固相，形成球形颗粒，主要缺点是工艺条件苛刻，环保成本高，较难实现工业化生产；气相法是通过氯硅烷在氢氧焰中高温水解缩聚而生成二氧化硅粒子，然后经过骤冷，颗粒骤聚、气固分离、脱酸等后处理工艺而获得该粒子是一种无定性粉体，主要缺点是产品纯度低，使用有机试剂，环保成本高。

发明内容

本发明提供了一种制备球形二氧化硅粉末的方法及装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有技术存在的工艺流程复杂，耗能高，生产、环保成本高，产品颗粒尺寸大和产品纯度低的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种制备球形二氧化硅粉末的方法，按下述步骤进行：第一步，通过流速为0.1m³/h至30m³/h载气将室温至500℃的硅粉与流速为1m³/h至200m³/h氧气或空气混合后，经过机械分散或气流分散得到分散状态的混合物；第二步，通过点火使分散状态的混合物充分燃烧合成得到液态二氧化硅液滴；第三步，将液态二氧化硅液滴依次经过冷却、旋风分离、布袋除尘收集后得到球形二氧化硅粉末。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述第一步中，载气为氩气、二氧化碳、氖气、氦气、空气中的一种。

上述第一步中，硅粉的分散状态为单分散。

上述第二步中，点火为断续点火、连续点火中的一种，点火方式为氢氧焰、等离子焰、氧炔焰、电打火中的一种。

上述第三步中，冷却为自然散热、风冷、罐体循环冷却水、向罐内吹入冷却空气中的一种。