白炭黑的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种白炭黑的制备方法，其特征在于，使四氯化硅与冰混合反应，分离氯化氢气体；剩余固体物质加热水解，然后再干燥、粉碎，得到白炭黑。本发明专利技术中的白炭黑的制备方法，简单易行，容易操作，无需高温、高压环境，处理过程节能、节水。处理设备为通用型设备。而且采用冰作为反应原料之一，原料来源广泛，容易提供，成本极低。最终产物可用于工业用途，既解决了多晶硅产业对环境污染严重的四氯化硅废物处理，又生成了具有广泛工业用途的化学原料白炭黑，而且得到的白炭黑纯度高，颜色为白色，白度高，应用范围广，真正实现变废为宝。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
白炭黑是良好的橡胶补强剂，也用作润滑剂、绝缘材料及塑料制品、纸张、油漆、纺织品等的填充料或白色颜料。生产白炭黑的方法通常为气相白炭黑法，该法是利用氯硅烷经氢氧焰高温水解制得的一种精细、特殊的无定形状粉体材料，平均原生粒径约为7 40纳米，其聚集体的粒径为200 300纳米之间，比表面积50 380平方米/克，产品纯度高，二氧化硅的含量大于 99.8%。根据其生产工艺，其生产原料通常为四氯化硅、甲基三氯硅烷等。该类工艺的设备投资比较高，对环境污染较大。此外，国内、外最常用的生产白炭黑的另一方法是沉淀法，该法生产成本较低。沉淀法之一是利用硅酸钠与硫酸反应生成硅酸，硅酸经加热水解生成二氧化硅和水，干燥后得到纯的二氧化硅，即白炭黑。该法需要消耗大量硫酸和纯碱(用于中和反应剩余物)，另外水洗时需要消耗大量的水，耗水量大，能耗高，生产成本较高。沉淀法之二是是采用盐酸代替上述的硫酸，该法同样需要消耗大量的盐酸和纯碱(用于中和反应剩余物)，耗水量大，能耗高，成本较高。同时，沉淀法生产的白炭黑最大的缺点是产品中酸碱控制不好，产品易发黄，影响质量。而要解决发黄等问题，需要消耗大量的水资源，同时原料的纯度导致产品的纯度不高，影响产品质量。目前，太阳能光伏产业用多晶硅的主流工艺为改良西门子法，该法生产过程中的最大副产物是四氯化硅。每生产一吨多晶硅，按照最好的工艺控制至少生成8吨副产物四氯化硅。四氯化硅是具有强腐蚀性的有毒有害液体。预计我国多晶硅2010年的年产量将达到1. 7万吨，届时每年将至少产生1. 7X8 = 13. 6万吨四氯化硅副产物。四氯化硅对眼睛及上呼吸道有强烈刺激作用。高浓度可引起角膜混浊，呼吸道炎症，甚至肺水肿。皮肤接触后可引起组织坏死。毒理学资料及环境行为检测四氯化硅为急性毒性LC508000ppm，4 小时(大鼠吸入)。危险特性受热或遇水分解放热，放出有毒的腐蚀性烟气，而且当有水存在时能腐蚀多数金属。因此，多晶硅产业副产物四氯化硅的合理处理不仅关系到环境、人体健康，还关系到多晶硅产业的发展。多晶硅生产过程所产生的四氯化硅污染问题已经成为制约多晶硅产业发展的瓶颈问题。遗憾的是，业界目前还没有一种节能、环保、简单处理多晶硅生产过程中产生的大量副产物四氯化硅的有效方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的问题，提供一种以多晶硅生产过程中的副产物四氯化硅为原料生产白炭黑的方法。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现，其特征在于，使四氯化硅与冰混合反应，分离氯化氢气体；剩余固体物质加热水解，然后再干燥、粉碎，得到白炭黑。四氯化硅与水的反应方程式为SiCl4+4H20 = H4Si04+4HCl或SiCl4+3H20 = H2Si03+4HCl四氯化硅与水反应是放热反应，反应异常激烈。在反应过程中放出热量，而四氯化硅的沸点为57. 6°C，如果反应过程中所产生的热量无法及时消除，反应环境温度升高后将使四氯化硅蒸发为气态，气态的四氯化硅与反应生成的氯化氢气体以及水蒸汽等混合，生成酸雾，既难以分离，又会在输送管道中因温度降低而结晶，阻塞管道，使四氯化硅的处理难以继续，无法得到任何单一的分离产物。本专利技术中，采用冰作为反应原料，冰可在反应过程中吸收热量，使得反应过程中产生的热量能够及时被吸收，从而可避免反应物温度升高过快过高导致上述多种物质混合而无法分离的现象。由于采用冰及时吸收热量，反应混合物的温度可避免升高到四氯化硅的沸点以上，所以本专利技术方法可使四氯化硅在可控状态下持续水解并有效分离。而且，氯化氢不溶于固体的冰。在反应过程中，四氯化硅消耗大部分的冰和水。所以，氯化氢很少能溶于水，因此而生成的盐酸很少，氯化氢对反应的干扰也很反应生成的H4SiO4加热，发生分解反应，H4SiO4 = H2Si03+H20H2SiO3 加热进一步分解，H2SiO3 = Si02+H20优选地是，剩余固体物质首先用水清洗出其中的盐酸，然后再加热水解，干燥、粉碎得到白炭黑。优选地是，剩余固体物质用水冲洗后，在使用除盐酸物质与其反应，调节PH值后， 用水冲洗后再加热水解，干燥、粉碎得到白炭黑。优选地是，所述的调节pH值，将pH值调节为5 8。除去盐酸，可增加生成的白炭黑的纯度，避免氯离子影响产品质量。使用可与盐酸反应并生成可溶于水的盐和水或气体的物质与盐酸反应，生成的可溶于水的盐经水冲洗后除去，生成的气体挥发后除去。优选地是，所述除盐酸物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种或几种。优选地是，采用旋转闪蒸干燥法干燥、粉碎。干燥室温度为200°C 550°C。优选地是，旋转闪蒸干燥法中，干燥室进口空气的温度为250°C 600°C。更优选为 400 °C 550 °C优选地是，干燥室出口空气温度为60 90°C。旋转闪蒸干燥法干燥、粉碎时，热空气切线进入干燥器底部，在搅拌器带动下形成强有力的旋转风场，反应后的剩余固体物进入干燥器内，在高速旋转搅拌桨的强烈作用下， 物料受撞击、摩擦及剪切力的作用下得到分散，块状物料迅速粉碎，与热空气充分接触，受热、干燥、脱水后的干物料随热气流上升，由旋风分离器收集产品，除尘器回收粉尘，未干透或大块物料受离心力作用甩向器壁，重新落到底部干燥粉碎。优选地是，四氯化硅与冰混合后在-10°C 100°C范围内反应。更优选地是，四氯化硅与冰混合后在-10°C 55°C范围内反应。通过控制反应过程温度，可更有效地减少四氯化硅和水的蒸发，避免干扰反应的持续进行。优选地是，所述四氯化硅与冰的体积比为1 0.05 2.0。优选地是，在反应过程中，始终将反应产物产生的气相温度保持在-10°C 55°C， 搅拌，待其完全反应后，除去氯化氢气体和盐酸。将反应温度控制在-10°C 55°C，可进一步降低四氯化硅和水的蒸发对反应的干扰。在反应过程中，分离氯化氢气体。为减少反应过程中产生的氯化氢气体溶于水生成盐酸而影响四氯化硅的处理，可在反应过程中即将氯化氢气体除去，减小氯化氢气体对反应的干扰。对于在反应过程中无法完全除去的少量氯化氢，可在反应完成后采用清洗和中和方法除去。反应过程产物纯度较高的氯化氢气体经体积压缩作为高端化工原料；余下溶于水产生的盐酸用于工业用途，作为化学原料；生产氯化钙、氯化钡等无机盐。即使有小部分HCl溶于水生成盐酸，也容易除去。优选地是，在四氯化硅与冰反应过程中，搅拌将固体物质打碎，使其进一步反应充分，分离出更多的氯化氢气体。由于四氯化硅及反应产物可能在反应过程中结块。为增加分离效果和提高原料的利用率。通过搅拌打粹前阶段反应后在反应釜中生成的块状物，分离块状物中所包裹的部分氯化氢气体和再次分离前阶段反应不完全的部分原料。该步骤是因为在最初的反应过程中，水和四氯化硅难免会蒸发一部分与氯化氢混合，并被包裹在反应生成的块装物中。最初的反应完成后再次进行降温处理，降温后，四氯化硅与水蒸汽液化为液态，在搅拌下，大部分的氯化氢气体都可以被分离出来。搅拌还可以使四氯化硅与冰充分接触，有利于未反应的原料继续反应。提高反应原料利用率。可以提高四氯化硅的综合回收利用率。本专利技术中的，简单易行，容易操作，无需高温、高压环境，处理过程节能、节水。处理设备为本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．白炭黑的制备方法，其特征在于，使四氯化硅与冰混合反应，分离氯化氢气体；剩余固体物质加热水解，然后再干燥、粉碎，得到白炭黑。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王贤苍，
申请(专利权)人：眉山市中通硅业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：51