二氧化硅讲义

:.word:.word版本可编辑..12二氧化硅介绍及生产过程一．二氧化硅的种类可分为结晶态和无定形态两类。形硅矿物硅藻土。合成产品主要是白炭黑〔无定形二氧化硅，包括气相白炭黑〔气相二氧化硅沉淀白炭黑〔沉淀二氧化硅。二氧化硅的性质性质2.65～2.661670℃〔鳞石英；1710℃〔方石英。沸点2230℃。不溶于水微溶于酸，微粒时能与熔融和碱类起作用。二氧化硅的化学式SiO2，式量60.08，也叫硅石，是一种坚硬难溶的固体。它化氢和氢卤素以及硫酸、硝酸、高氯酸作用。氟化氢(氢氟酸)是唯一可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氟硅酸。反响式如下所示：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O二氧化硅与碱性氧化物SiO2CaO=〔高温〕CaSiO3二氧化硅能溶于浓热的强碱溶液：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O〕SiO2＋2C=Si＋2CO↑二氧化硅构造在大多数微电子工艺感兴趣的温度范围内，二氧化硅的结晶率低到可以被无视。4个氧原子位于三角形多面的脚上。多面体中心是一个硅原子。这样，每4个氧的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。应用领域和用途玻璃〔玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等、光学玻璃、玻璃纤维、玻璃仪器、导电玻璃、玻璃布及防射线特种玻璃等的主要原料陶瓷及耐火材料瓷器的胚料和釉料，窑炉用高硅砖、一般硅砖以及碳化硅等的原料冶金硅金属、硅铁合金和硅铝合金等的原料或添加剂、熔剂建筑〔即水泥标准砂〕等化工硅化合物和水玻璃等的原料，硫酸塔的填充物，无定形二氧化硅微粉机械铸造型砂的主要原料，研磨材料〔喷砂、硬研磨纸、砂纸、砂布等〕电子高纯度金属硅、通讯用光纤等橡胶、塑料填料〔可提高耐磨性〕PVC320目，填充量为16%～18%；PVC400目，填充量为10%～15%，在塑料60010%～12%。油漆、涂料〔可提高涂料的耐候性〕料中用作增加遮盖性颜料遮盖力的填料。2.1白炭黑是一种人工合成的无定形二氧化硅超微粒子填料，白炭黑是多孔性物质，化学名称水合二氧化硅，分子式SiO2nH2O〔其中nH2O是以外表羟基的形式存在是微细粉末状或超细粒子状的二氧化硅，粒径小于 100nm，通常为20~60nm，化学纯度高〔高纯者SiO2达99.8%。分散性好，比外表积大，密度2.319~2.653g/cm3，熔点1750℃。能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸〔氢氟酸除外。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。白炭黑按制造工艺大体分为：气相法〔气相法白炭黑、气相二氧化硅；沉淀法〔沉淀法白炭黑、沉淀法二氧化硅。固体胶状纳米粒子〔100nm7~40nm400m2/g。产品纯度高，SiO2含量不小于99.8%，是一种多功能的添加剂，广泛用于涂料，可起到增稠、触变、消光等作用。沉淀法白炭黑又分为传统沉淀法白炭黑和特别沉淀法白炭黑，前者是指以硫酸、盐酸、CO2与水玻璃为根本原料生产的二氧化硅，后者是指承受超重力技术、溶胶-凝胶法、化学晶体法、二次结晶法或反相胶束微乳液法等特别方法生产的SiO290%胶主要用作涂料消光剂、增稠剂、塑料薄膜开口剂等。气相白炭黑〔气相二氧化硅〕的制备工艺主要为化学气相沉积〔CAV〕法，又称热解法、干法或燃烧法。气相白炭黑的制〔1000摄氏度〕水解反响；然后聚冷，经过聚拢、脱酸等后处理工艺而获得产品。其化学反响式如下：SiCl4(g)＋2H2(g)＋O2(g)—>SiO2(g)＋4HCl(g)2CH3SiCl3(g)＋2H2(g)＋5O2(g)—>2SiO2(g)＋6HCl(g)+2CO2(g)+2H2O(g)沉淀白炭黑〔沉淀二氧化硅〕的制备工艺沉淀二氧化硅由水玻璃〔硅酸钠〕与硫酸或盐酸反响制得。其中反响式如下：SiO2+Na2CO3—>SiO2•Na2O+CO2H2SO4—>SiO2+Na2SO4+H2O液体，是由硅石〔石英砂、纯碱〔土碱〕在熔化窖中共熔、冷却、粉碎制得，及轮胎工业的进展，刺激了作为橡胶补强剂的白炭黑生产的快速增长。白炭黑的应用相法白炭黑制备简单，本钱高，主要用于特别用途。气相法白炭黑的应用够提高涂层的抗刮擦和耐磨性能，加强了防腐蚀的作用。沉淀白炭黑的应用的补强填充改性材料，因其具有特别的外表构造和颗粒形态构造以及独特的物〔如碳酸钙、陶土、高岭土、云母等〕更优异。3-7所示。3-7不同规格的白炭黑的物理、化学特性工程Zeosil175Zeosil15Zeosil175GrZeosil125GrTixosil383二氧化硅质量分数0.930.920.930.930.93PH值6.86.96.86.76.9水分质量分数〔105℃，2h〕0.0550.0600.0600.0600.070灼烧减量〔1000℃/%4.04.54.04.04.5CTAB比外表积/〔m2/g〕162160165120160BET比外表积/〔m2/g〕165240168125260DOP吸油值/(ml/100g)280250250230250压严密度/〔mg/m3〕0.280.300.300.300.17干基筛余物质量分数〔10目〕——0.800.85—325目湿筛余物质量分数————0.005胶辊、橡胶密封件等产品。生产橡胶制品过程中通常需要在胶料中参加炭黑来提高强度、耐磨性和抗老化提高生产效率，增加品种，扩大应用范围白炭黑用途橡胶制品产品的需要。白炭黑同时具有超强的粘附力、抗撕裂及耐热抗老化性能，所以在黑色橡胶制品中亦可替代局部炭黑，以获得高质量的橡胶制品，如越野轮胎、工程轮胎、子午胎等。农业化学制品在农业化学制品中，如农药、高效喷施肥料等，使用白炭黑作载体或稀释剂，能保持长久效力，由于它具有高吸附力，易于悬浮，有良好的亲和性及。即使在雨水、冲洗和炎热条件下，仍能长期保持不变。日用化工制品填料和磨蚀剂的透亮彩色及不透亮牙膏，这类牙膏具有良好的柔韧性、分散性，膏体光滑、松软、磨蚀性好，不磨蚀牙膏管体；它能使药物牙膏保持药性的稳定。特别是与氮化物具有良好的配伍性，可避开磨料产生难溶盐的弊端。胶结剂用在自然橡胶或合成橡胶制成的胶粘剂中，供给了触变性和补强性，用在自然橡胶或合成橡胶制成的胶粘剂中，供给了触变性和补强性，同时由于其伸展性还可以提高粘着力，质高价廉。抗结块剂白炭黑可用在一些产品中来提高自由流淌性，如草地肥料、杀真菌剂、造橡胶硫磺及抗结块混合物。造纸填料用白炭黑做纸张填料可提高纸张抗油墨透过性能及机械强度，增加白度，削减单位重量。能有效实现纸张轻量化、降低生产本钱、提高纸张使用性能。此外还可用在消防剂、饲料、颜料、油漆等很多行业。现在我们具体介绍沉淀法白炭黑生产工艺〔由于我们企业就用此法生产工艺：泡花碱稀释泡花碱稀释浓硫酸稀释反响过滤打浆枯燥枯燥包装1.原材料:液体水玻 璃〔泡花碱、93%包装浓硫酸、焦炉煤气。2.泡花碱稀释泡花碱稀释20℃时泡花碱密度，正常状况下每班取样两次。公式如下：泡花碱密度=比重计测量值+(实测温度-20)*0.4泡花碱密度凹凸，通过稀释比例调整，温度凹凸，通过参加蒸汽调整。30%85%左右，同时通入蒸汽，904小时即可。合比例安全须知该单元接触的危急物质是泡花碱。必需熟知其安全数据和信息。主要风险泡花碱又名水玻璃，为碱性系统有刺激作用

防护措施急救：医生。☆皮肤：马上用水冲洗，并看医生。15☆特别保护：化学眼罩∕面罩∕橡胶手套∕防护服等。☆洗眼器☆稀释罐区域四周有洗眼器的泡花碱-保持地面清洁，无泡花碱-不能排出户外理烧碱清洗稀泡花碱罐〔例如V20232A〕--稀释罐需要定期用烧碱清理其罐内沉积的泡花碱和污泥。清洗后的废液排入污水处理系统。步骤步骤/关键点/备注预操作--检查废水池液位，确保能承受排解的废液--检查烧碱罐的料位，确保清洗的用量足够--停顿稀释操作--移走烧碱管线上的盲板--停顿浓碱泵运行，关闭其管线的手动阀并安装盲板--关闭去反响器的稀泡花碱管线上的手动阀烧碱喂料和--翻开烧碱管线的手动阀，启动烧碱泵加热 --液位到达15%后，启动搅拌--液位到达30%后，翻开蒸汽阀门，温度设定为“AUTO”模90℃80%后，停顿烧碱泵--现场启动稀泡花碱泵CV202A“MANUAL”100%4-6排空 --翻开去反响器的稀泡花碱管线上的手动阀及自控阀--把碱液打到反响器--当稀碱罐液位到15%后，停顿搅拌--当反响器液位到15%后，开启搅拌--翻开反响器底部卸料阀及去烧碱罐的手动阀--排空至烧碱罐15%后，停顿搅拌--等待排空完毕，关闭手动阀及自控阀，恢复原状罐及管线冲--用软管冲洗稀碱罐罐壁上的碱，翻开排污阀排空，后恢复洗 原状冲洗管线，后停泵，翻开排污阀排空，恢复原状--反响器罐壁清洗亦是如此3.浓硫酸稀释浓硫酸稀释通过稀释比例调整。的稀硫酸〔稀释过程是连续的；得到的稀硫酸储存在稀酸罐内。稀硫酸的密度掌握是通过测量其电导率来实现的。稀硫酸通过泵输送至反响器。14℃15℃16℃17℃14℃15℃16℃17℃18℃19℃20℃21℃22℃23℃24℃25℃26℃27℃28℃29℃30℃31℃32℃33℃34℃103810371037103710371036103610361035103510351034103410341034103310331033103210321032103910381038103810381037103710371036103610361035103510351035103410341034103310331033104010391039103910391038103810381037103710371036103610361036103510351035103410341034104110401040104010401039103910391038103810381037103710371037103610361036103510351035104210411041104110411040104010401039103910391038103810381038103710371037103610361036104310421042104210421041104110411040104010401039103910391039103810381038103710371037104410431043104310431042104210421041104110411040104010401040103910391039103810381038104510441044104410441043104310431042104210421041104110411041104010401040103910391039104610451045104510451044104410441043104310431042104210421042104110411041104010401040104710461046104610461045104510451044104410441043104310431043104210421042104110411041104810471047104710471046104610461045104510451044104410441044104310431043104210421042104910481048104810481047104710471046104610461045104510451045104410441044104310431043105010491049104910491048104810481047104710471046104610461046104510451045104410441044105110501050105010501049104910491048104810481047104710471047104610461046104510451045105210511051105110511050105010501049104910491048104810481048104710471047104610461046105310521052105210521051105110511050105010501049104910491049104810481048104710471047105410531053105310531052105210521051105110511050105010501050104910491049104810481048105510541054105410541053105310531052105210521051105110511051105010501050104910491049105610551055105510551054105410541053105310531052105210521052105110511051105010501050安全须知该单元接触的危急品是硫酸。必需熟知其安全数据和信息。主要风险主要风险防护措施硫酸是强腐蚀导致不行恢复性损害。

急救：看医生。☆皮肤：马上用水冲洗，并看医生。吸。15☆特别保护：化学眼罩∕面罩∕橡胶手套∕防护服等。☆洗眼器4.反响反响器。--主要的反响方程式是：SiO.NaO+HSO4=SiO+NaSO4+HO2 2 2 2↓ 2 2--首先，以最大流量往反响器中注入稀泡花碱〔/滤后热水、稀硫酸〔流PHPH次参加稀泡花碱、稀硫酸。当反响完成后，放入卸料罐，料浆通过泵分批送至过滤工序。--反响器的温度通过蒸汽注入加以掌握。--PH--反响器通过泵注入烧碱和水进展清洗。安全须知此单元的危急物质主要是稀泡花碱、稀硫酸、烧碱和蒸汽积料。DCS操作程序反响循环受控于DCS操作系统，主要程序包含以下操作： 检查喂料酸化后酸化PH稳定卸料/稀释操作员可在以下条件下暂停反响操作：“checking”之前“filling”和“acidification”之间“post-addition”和“PH-drop”之间“PH-drop”和“emptying”之间不能同时进展喂料和排空操作：--同一时间，只有一个反响器能进料。--同一时间，只有一个反响器能卸料。〔当前反响完毕方可〕〔置于手动状态〕DCS程序掌握回路来实现反响工序的稳定运行。每一个反响器都有一样的回路，现以一个反响罐来作说明。--流量掌握回路：比方通过调整掌握阀的开度来掌握泡花碱参加流量的掌握--温度掌握回路：通过调整掌握阀的开度来掌握反响罐温度流量削减。--PHPH录清楚。5.过滤过滤白炭黑的性能。例如：吸油值、积存密度、粒径等。DCS操作程序DCS操作系统，主要程序包含以下操作：关闭板框及翻板喂料、过滤预挤压、洗涤挤压中心吹扫枯燥泄压翻开板框及翻板卸料运行。--翻板关闭：关闭翻板的目的是防止皮带上的滤饼被板框滴落下来的母液污染。将翻开〔板框出口阀，洗涤水阀，喂料阀，膜放空阀。喂料泵在流量计掌握下出口阀流出。当有母液流出时，这一过程完毕。--过滤：--过滤底阀翻开，目的是使板框四个出口都能淌出母液。--在这一步骤之后，母液阀翻开，洗涤水阀关闭。--母液通过滤布被挤出并被送到母液罐--滤饼形成后，喂料泵的转速和板框的入口压力上升。--当喂料量到达设定值或入口压力到达限制值时，这一过程完毕。--喂料量的多少取决于滤布的状况。--滤饼洗涤：--通过洗涤滤饼削减硫酸盐含量。--洗涤质量取决于喂料量。假设喂料过多，洗涤时间太长。掌握参数如下：的硫酸盐含量越少。---洗涤水量：上线固定。---洗涤时间：上线固定。通过电导率的时间变化可以看出两种洗涤模式：--活塞式洗涤：电导率在很长时间内保持不变，然后突然下降。这是一种高效的洗涤方式。--旁路式洗涤：开头时电导率快速下降，在后面很长时间内降低缓慢。这是一种低效的洗涤方式。当喂料太多或者滤布堵塞时发生这种状况。当低效洗涤发生时，需要冲洗滤布。--挤压：--在这一步，板框内布满了洗涤好的白炭黑滤饼，含有很多的水分。使用,到达最适宜的程度，滤饼的孔隙率变得更加严密。--在挤压过程中两个参数能够降低滤饼水分：挤压压力和挤压时间。--中空吹扫：----压缩空气对孔道进展吹扫。中孔内的料浆被吹回卸料罐。--枯燥：--在板框翻开之前，通过吹扫空气把板框内的残留水分带走。压缩空气先从枯燥时间。--泄压：--在这一步，挤压空气被排出。在翻开板框之前，板框内的压力必需被释放掉。--翻板翻开：--在这一步，滤饼预备卸到皮带上。安全须知--在这一单元潜在的危急物料有：--用于洗涤的滤后热水。--来自反响的白炭黑料浆。--在取样过程中，佩戴适当的手套和防护眼镜。--假设白炭黑料浆洒落在地面上，存在滑倒的危急。建议要尽快把地面清理干净。--这一局部的主要风险是热的白炭黑料浆简洁喷溅烫伤操作员。例如在喂料和过滤过程中，假设板框没有对正简洁发生料浆喷溅。--在卸料过程中，对操作员形成另一个较大的风险是手简洁被板框挤伤或者被小车划伤。--在挤压这一步，软管可能裂开。操作员假设靠近可能被带压力的软管打伤。〔例如液压油软管裂开〕，一机上面安装一个金属梁。打浆6.打浆--滤饼在4个平行打浆罐V20238A/V20238B/V20238C/V20238D中进展,滤饼通过板框下的大皮带落至小皮带输送至打浆罐。两台板框对应一个打浆罐。--打浆工序是通过分别的两组搅拌进展的机械作用和通过出口比例调整而910的化学作用完成的。--PH值是通过参加浓硫酸进展调整。--通过掌握料浆泵出口转速而掌握打浆罐液位，以便到达保存滤饼在罐肯定的停留时间。--出口