詳細信息

生產二氧化矽的幾種沉澱方法

作者:admin 來源: 日期:2014-05-24 09:02:15

二氧化矽的化學式為SiO₂,不溶於水。不溶於酸,但溶於氫氟酸及熱濃磷酸,能和熔融堿類起作用。自然界中存在有結晶二氧化矽和無定形二氧化矽兩種。二氧化矽用途很廣泛,主要用於製玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、氣凝膠氈、矽鐵。

(1) 傳統沉澱法

1.1  酸化沉澱法

酸化沉澱法製備二氧化矽工藝,主要是以水玻璃為原料,通過酸化作用使矽酸沉澱而獲得絮狀結構的SiO,·nH,0沉澱。作為沉澱劑的酸可直接采用單一無機酸:鹽酸、硫酸、硝酸和混合無機酸等。向矽酸鈉溶液中滴加酸液,根據矽酸聚合理論,先縮合成溶膠,溶膠進一步縮合轉換成凝膠形成沉澱。

1.2  碳化沉澱法

為了減少無機酸的消耗以及采用無機酸所帶來的環境汙染問題,采用二氧化碳氣體作為潛在酸化劑的方法,俗稱碳化法。碳化法可有兩種形式:溶液碳化、噴霧碳化。溶液碳化反應為氣一液問的反應:A(氣)+B(液)一產物(固),氣相二氧化碳A傳遞到相界麵,通過液膜進入液相矽酸鈉溶液B發生反應。整個碳化反應在攪拌情況下進行。研究表明當攪拌速度大於200r/min時,化學反應的速度決定過程的總速度。反應為二級反應,開始階段二氧化碳在攪拌作用下溶解在矽酸鈉溶液中,這時期幾乎未發生反應;當矽酸鈉中二氧化碳濃度達一定值時,反應開始析出沉澱;反應結束時溶液pH一般為9~10。說明矽酸鈉溶液轉化率很低。若繼續反應轉化率升高不明顯且會生成大量的NaHCO影響產品質量。因而可采取回收母液連續反應的方式來提高轉換率。

(2) 新型沉澱法

2.1  非金屬礦物沉澱法

自然界中富含矽成分的礦物資源相當豐富,例如矽灰石、煤矸石、矽藻土、膨潤土、蛇紋石、石英砂、粉煤灰等。為更充分利用這些礦物資源,可將這些礦物作為矽源來製備二氧化矽微粉。製備過程一般經過礦石粉碎,酸浸或堿浸,再調節pH,過濾,幹燥等步驟,主要反應過程是將結晶態二氧化矽和矽酸鹽轉變成無定型的二氧化矽。

2.2 植物沉澱法

與采用水玻璃為矽源的傳統沉澱法相比,植物沉澱法的矽源不采用水玻璃而是以稻殼、稻草、麥稈、玉米秸稈、甘蔗等植物為矽源。人們發現這些喬本科植物經燃燒後的灰分主要成分為SiO,其含量可以占到60%以上,且結構為無定型,生產成本低,為得到經濟有效的利用,可運用到製備二氧化矽微粉中作為一種十分經濟的矽源材料。將稻殼炭化,再將稻殼灰與氫氧化鈉或碳酸鈉等堿液按一定比例加熱,使稻殼灰中的二氧化矽溶解在堿液中形成水玻璃。水玻璃與酸液反應,析出水和二氧化矽沉澱,沉澱經過濾,洗滌,幹燥製得白炭黑。

2.3 副產品回收法

利用一些工業生產中的副產物或廢棄物作為原料來製備白炭黑,常見的原料有黃磷陸渣、氟矽酸鈉、磷肥廠的副產品四氟化矽等。這些方法將少了工業廢棄物對環境的汙染,資源得到充分利用一般可獲得兩種或以上化T產品,經濟效益好。

2.4 模板沉澱法

以往的粒子合成技術,基本都是通過實驗條件單純地控製微粒自發成核與生長,如今隨著納米粒子合成技術的不斷發展,出現了從原來單純地控製微粒自發成核與生長,利用特定結構的基質為模板進行合成。如多孔玻璃、Nation膜、沸石分子篩、大孑L離子交換樹脂、等。這些模板因其特定的結構能夠嚴格控製微粒的粒徑。

凝膠網格沉澱法是製備超細顆粒的一種新型方法應用在很多納米材料的製備中,將其用於製備納米二氧化矽。采用NaSiO,瓊脂和鹽酸為原料,先將一定濃度的NaSiO和瓊脂加熱混合形成具有三維網狀結構的凝膠,再將凝膠冷凍成塊狀在切成小塊用HC1浸泡,使矽酸沉澱。反應中矽酸根被包裹在凝膠形成的網格中發生反應,來自凝膠網格的阻力和固定的籠型結構將使生成的矽酸粒徑得到控製最終製的納米級二氧化矽。