解析沉淀二氧化硅生产原理和方法
沉淀二氧化硅生产原理和方法
沉淀二氧化硅的生产方法很多，我们主要介绍以下几种方法：
(1) 沉淀法
(2) 联碱废液法
(3) 以稻壳、稻草、麦秸为原料的白炭黑的生产工艺
(4) 天然硅灰石制白炭黑
(5) 医用白炭黑
(6) 喷雾炭化法白炭黑生产工艺
1、 沉淀法
(1) 生产原理
水玻璃和硫酸反应生成水合硅酸
△
Na2OmSiO2+H2SO4+nH2O--→Na2SO4+mSiO2(n+1)H2O↓
反应完成液经压滤机洗涤、脱水，并通过打浆制得合格白炭黑料浆后，送干燥塔喷雾干燥。
(2) 生产方法
沉淀二氧化硅的生产流程如下：
工艺水→ 工艺水过滤器 →离子交换器→ 工艺水罐────┓
│
┏→中 间 槽 │
水玻璃→ 水玻璃配置槽 →压滤机 →储罐 ─│ ││
↑↑ ┖→计量槽 ││
压缩空气─┛┗─补充工艺水 ↓ ↓↓
硫酸 →硫酸接收槽 →硫酸储槽 ─────→ 反 应 器 ←蒸汽
↓
┏─── 打浆系统 ←压 滤 机 ←换 热 器 ←料浆输送泵
│ ↑ ↑ ↑┗→母液排掉↑
│ 工艺水 →工艺水槽 │ 热水槽 │
↓ 回水罐 ───────┛┏→引风机→排空
料浆储罐→管道过滤器→螺杆泵→干燥塔→大袋滤器─│ ┏→引风机→排空
↑ ┖→小袋滤器─│
热风 ┖→料仓→成品
流程简述:
工艺水经工艺水过滤器过滤，去除机械杂质，滤液进入离子交换器，去除Ca2+ 、Mg2+进入工艺水罐。
水玻璃溶液在水玻璃配置槽中，加入适量的工艺水制成合适的水玻璃溶液，经压滤机过滤除去沉淀物，经水玻璃中间泵打到水玻璃计量槽，经计量，用水玻璃输送泵送到反应器。
浓H2SO4用硫酸计量泵送到反应器使用。
水玻璃和浓H2SO4加入沉淀反应器中，同蒸汽直接加热，反应4个小时，反应器溶液终点pH 值3~4，放入料浆中间槽，并用料浆泵打入换热器进行换热。以降低料浆温度。料浆换热后进压滤机过滤并用清水洗涤，母液排掉。滤饼经皮带输送机送打浆机打浆。
打好的料浆经螺杆泵进入料浆储罐，在经螺杆泵送至干燥塔干燥。干燥后的物料通过风管、袋滤器，成品进入料仓。
2、联碱废液法
(1) 生产原理
联碱废液的主要成分是NH4Cl，与水玻璃的反应实质是NH4Cl 与Na2O·nSiO2的双水解反应。废液中的NH4+在水溶液中水解为NH3和H+,水玻璃在水中水解为SiO2·nH2O和OH-，而H+与OH-,结合成H2O，反应方程式：
2NH4++SiO32-+(n+1)H2O→2NH3·H2O+SiO2·nH2O
NH4+与SiO32-的水解相互促进生成SiO2·nH2O沉淀，即白炭黑产品，使反应进行的较为完全。
(2)生产方法
联碱废液法工艺流程图：
稀释剂
↓
联碱厂废液 →中和 →反应 →陈化 →过滤 →干燥 →产品
↓ ↓
NH3(g)回收系统 母液回收处理
流程简述：将联碱厂的废液的pH调整后，加入到反应釜中，预热到反应温度。在不断的搅拌的情况下，将水玻璃以一定的速度加入到反应釜中。加料结束后溶液保温一小时左右，然后调整溶液的pH值，于室温酸化一段时间。待溶液分层后过滤，以水洗涤滤饼至pH值为6.0~7.0。干燥滤饼即得白炭黑。
1、 以稻壳、稻草、麦秸为原料的白炭黑的生产工艺
(1) 生产原理
以稻壳为例说明碳酸钠提取炭化稻壳中的水合二氧化硅机理如下：炭化稻壳与碳酸钠溶液混合后，碳酸钠水溶液发生水解，产生OH-例子： 加热
CO32-+H2O ==HCO3-+OH-
冷却
产生的OH-离子在温度较高时与炭化稻壳中的水合二氧化硅反应;在OH-离子作用下，水合二氧化硅的巨大的硅氧四面体网状结构被拆裂变为简单的Si(OH)5-而溶解。由于碳酸钠水解是吸热反应，提高温度有利于水解的进行，OH-离子浓度越大;提高碳酸钠浓度，OH-离子浓度也随之增加。实验证明，温度越高，碱浓度越大，水合二氧化硅溶解度越大。如果降低温度，水解反应逆向进行，水合二氧化硅的溶解度降低，沉淀析出。
(2) 生产方法
以稻壳、稻草、麦秸为原料的白炭黑的生产工艺流程如下：
稻壳 →炭化 →炭化稻壳 →反应 ───→过滤 →滤液 →过滤
加│ │ │
热↓ 滤渣↓ (空温冷却) │
碳酸钠溶液 ←──────滤液←│
粉状产品 ←粉碎 ←喷雾干燥←┑ │
│─ 沉淀←┙
粒状产品←─喷雾干燥造粒←─┙
流程简述：1、将稻壳在旋风式炭化炉中炭化，炭化稻壳中二氧化硅含量在50%左右，其他成分主要是固定炭，矿物杂质含量极微。
width=37>2、将炭化稻壳与碳酸钠溶液按一定比例加入到反应釜中加热煮沸3小时，炭化稻壳中的水合二氧化硅被碳酸钠溶液溶解，其反应方程式为： 100℃
nSiO2•xH2O+2mNaCO3+(m+x)H2O——→ mNa2O•nSiO2+2mNaHCO3
3、将上述煮液用真空吸滤设备，滤掉炭渣，滤液在冷却过程中有大量的水合二氧化硅沉淀二氧化硅析出，其反应可简单表示为：
降温
nSiO2•xH2O+2mNaHCO3——→nSiO2•xH2O↓+2 mNa2CO3+(m-x)H2O
将沉淀出的水合二氧化硅经过滤、清洗、干燥、粉碎制成白炭黑。
由上述方程式可看出，沉淀析出后，滤液重新转变成碳酸钠溶液，可以重复使用。
从煮液滤出的炭渣中固定炭含量高达90%以上，由于均匀分布的水合二氧化硅已被碱液溶去，留下无数的微小空隙，其比表面积可达700米2/克，已具有一定活性，是活性炭的初级产品，经简单的活化处理可制成优质活性炭。
2、 天然硅灰石制白炭黑
天然硅灰石制白炭黑生产的工艺流程：
硅灰石粉→酸溶→老化→沉降、澄清、过滤→除杂→干燥→成品
↑ ↓
盐酸 滤液→浓缩、结晶→副产品CaCl2
此工艺简化了流程，降低了能耗，既可得到成品白炭黑，又可得到副产品CaCl2并提高了原料的利用率。可有效的降低成本，提高经济效益。
3、 医用白炭黑
净化水 Na2S溶液 净化水
浓硫酸静置除杂─→稀释50%───→除砷─→稀释→反应
净化水 │
泡花碱静置除杂 ─→稀释→│
↓
成品←干燥←压滤漂洗
该工艺的关键是采用硫化钠除去砷，其原理如下：
H+
2As3++3S2- ==As2S3 ↓ H+
在硫酸中As5+有下列反应：2As5++5Na2S==As2S3↓+10Na
通过上述反应可彻底得除去砷，同时还可除去部分重金属，以满足药用白炭黑的生产的需要。这一新产品的成功，为国内白炭黑的生产在质量和品种上的提高起了积极的作用。
6、喷雾炭化法白炭黑生产工艺
喷雾碳化是以含CO2混合气体和水玻璃水溶液进行反应生成白炭黑，属于气—液—固三相反应体系。根据反应机理和传质过程可知，加大气—液接触面积，减少液膜阻力，可以有效地提高反应速率，并且改变气液接触不均匀、不易控制等问题，将原来的间歇生产改为连续生产，提高了生产能力。
虽然，我国在白炭黑的生产工艺和设备上都进行了许多改进和提高，但与国际水平相比仍有很大差距，我们仍需加快发展大容积反应器以及与之配套的设备能力，提高设备质量，进行合理的工艺改造，提高国产白炭黑的产品质量和品种，以适应快速发展的国民经济的需要。
