1.性(xing)質

白(bai)(bai)炭黑(hei)是(shi)白(bai)(bai)色(se)粉末狀X-射線無定形硅(gui)酸(suan)和(he)硅(gui)酸(suan)鹽(yan)產品的總稱，主(zhu)要是(shi)指沉淀二(er)氧(yang)化硅(gui)、氣(qi)相(xiang)二(er)氧(yang)化硅(gui)、超細二(er)氧(yang)化硅(gui)凝(ning)膠和(he)氣(qi)凝(ning)膠，也包括粉末狀合成硅(gui)酸(suan)鋁和(he)硅(gui)酸(suan)鈣(gai)等(deng)。白(bai)(bai)炭黑(hei)是(shi)多孔性物(wu)質，其組成可用SiO₂?nH₂O表示，其中(zhong)nH₂O是以表面羥基的(de)形式(shi)存在。能溶(rong)于苛性(xing)堿和氫氟(fu)酸(suan)，不溶(rong)于水、溶(rong)劑和酸(suan)（氫氟(fu)酸(suan)除外）。耐高溫、不燃、無(wu)味、無(wu)嗅、具有(you)很好的(de)電(dian)絕緣性(xing)。

2.分類

白(bai)炭(tan)(tan)黑(hei)(hei)(hei)按生產方法(fa)(fa)(fa)大體分(fen)為(wei)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)法(fa)(fa)(fa)白(bai)炭(tan)(tan)黑(hei)(hei)(hei)和氣相(xiang)法(fa)(fa)(fa)白(bai)炭(tan)(tan)黑(hei)(hei)(hei)。氣相(xiang)法(fa)(fa)(fa)白(bai)炭(tan)(tan)黑(hei)(hei)(hei)常態下為(wei)白(bai)色無定形絮狀(zhuang)半透明固(gu)體膠狀(zhuang)納米粒(li)(li)子（粒(li)(li)徑(jing)小(xiao)于(yu)100nm），無毒，有(you)巨(ju)大的比表面積。氣相(xiang)法(fa)(fa)(fa)白(bai)炭(tan)(tan)黑(hei)(hei)(hei)全部是納米二(er)氧化硅，產品純度(du)可達99％，粒(li)(li)徑(jing)可達10~20nm，但(dan)制備工藝復(fu)雜，價格昂(ang)貴(gui)；沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)法(fa)(fa)(fa)白(bai)炭(tan)(tan)黑(hei)(hei)(hei)又分(fen)為(wei)傳(chuan)統沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)法(fa)(fa)(fa)白(bai)炭(tan)(tan)黑(hei)(hei)(hei)和特殊沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)法(fa)(fa)(fa)白(bai)炭(tan)(tan)黑(hei)(hei)(hei)，前者是指以硫酸、鹽酸、CO₂與水(shui)玻璃為(wei)基本原料(liao)生(sheng)產(chan)的二(er)(er)氧(yang)化硅(gui)(gui)，后者是指采用超(chao)重力技術、溶膠(jiao)(jiao)-凝(ning)膠(jiao)(jiao)法、化學晶體法、二(er)(er)次結晶法或反相(xiang)膠(jiao)(jiao)束微乳液法等特(te)殊方(fang)法生(sheng)產(chan)的二(er)(er)氧(yang)化硅(gui)(gui)。沉(chen)淀(dian)白(bai)炭(tan)黑主要用作天(tian)然橡(xiang)膠(jiao)(jiao)和(he)合成(cheng)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的補強劑(ji)(ji)、牙(ya)膏摩(mo)擦劑(ji)(ji)等。氣相(xiang)白(bai)炭(tan)黑主要用作硅(gui)(gui)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的補強劑(ji)(ji)、涂(tu)料(liao)和(he)不飽和(he)樹脂增稠(chou)劑(ji)(ji)，超(chao)細二(er)(er)氧(yang)化硅(gui)(gui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)和(he)氣凝(ning)膠(jiao)(jiao)主要用作涂(tu)料(liao)消光劑(ji)(ji)、增稠(chou)劑(ji)(ji)、塑料(liao)薄膜(mo)開口劑(ji)(ji)等。

3．生產方法(fa)

制備白(bai)炭(tan)黑的傳統方法(fa)是利用硅(gui)酸(suan)(suan)鈉、四氯化硅(gui)、正硅(gui)酸(suan)(suan)乙酯(zhi)做硅(gui)源(yuan)，除硅(gui)酸(suan)(suan)鈉以(yi)外，其(qi)它成本都很高(gao)。新方法(fa)采用廉價的非(fei)金屬礦作為硅(gui)源(yuan)，大大降低了白(bai)炭(tan)黑的生產成本。

3．1傳統方(fang)法

（1）氣相法(fa)

主要為(wei)化學氣(qi)相沉積（CAV）法(fa)，又稱熱解法(fa)、干法(fa)或(huo)燃燒法(fa)。其原料一般為(wei)四氯化硅、氧(yang)氣(qi)（或(huo)空氣(qi)）和氫氣(qi)，高溫下反應(ying)而成。反應(ying)式為(wei)：

SiCl₄   ＋ 2H₂ ＋ O₂   —>   SiO₂   ＋   4HCl

空(kong)氣(qi)和氫(qing)氣(qi)分別經(jing)過加壓、分離、冷卻脫水(shui)、硅膠(jiao)干燥(zao)、除塵過濾后送入(ru)合成(cheng)水(shui)解爐(lu)。將四(si)氯化(hua)硅原料送至(zhi)精(jing)餾塔精(jing)餾后，在(zai)蒸發器中加熱蒸發，并以干燥(zao)、過濾后的空(kong)氣(qi)為載體，送至(zhi)合成(cheng)水(shui)解爐(lu)。四(si)氯化(hua)硅在(zai)高溫下氣(qi)化(hua)（火焰溫度1000~1800℃）后，與一定量的氫(qing)和氧(yang)（或(huo)空(kong)氣(qi)）在(zai)1800℃左(zuo)右(you)的高溫下進行氣(qi)相水(shui)解；此時(shi)生成(cheng)的氣(qi)相二(er)氧(yang)化(hua)硅顆(ke)粒(li)極細，與氣(qi)體形成(cheng)氣(qi)溶膠(jiao)，不易(yi)捕集(ji)，故使其先在(zai)聚(ju)集(ji)器中聚(ju)集(ji)成(cheng)較大顆(ke)粒(li)，然(ran)后經(jing)旋風分離器收(shou)集(ji)，再送入(ru)脫酸爐(lu)，用含氮空(kong)氣(qi)吹洗氣(qi)相二(er)氧(yang)化(hua)硅至(zhi)PH值(zhi)為4～6即(ji)為成(cheng)品。

德(de)國(guo)(guo)迪高沙（Degussa）公(gong)司(si)和美國(guo)(guo)卡伯特（Cabot）公(gong)司(si)的(de)氣(qi)相法生(sheng)產(chan)(chan)(chan)技術全球領先。他們的(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)裝置規模大，自(zi)動化(hua)程(cheng)度(du)高，產(chan)(chan)(chan)品成本(ben)低(di)，牌號（尤(you)其是應(ying)用于特殊領域的(de)功能性專用產(chan)(chan)(chan)品牌號）多，品質好，如表面(mian)積分布均勻、含水量低(di)。我國(guo)(guo)沈(shen)陽化(hua)工(gong)股份(fen)有限(xian)公(gong)司(si)及(ji)上海氯堿化(hua)工(gong)股份(fen)有限(xian)公(gong)司(si)也采用氣(qi)相法生(sheng)產(chan)(chan)(chan)，但在生(sheng)產(chan)(chan)(chan)規模、生(sheng)產(chan)(chan)(chan)技術、自(zi)動化(hua)程(cheng)度(du)及(ji)產(chan)(chan)(chan)品牌號等(deng)方面(mian)遠不及(ji)國(guo)(guo)外大公(gong)司(si)。廣州吉必盛科技實業有限(xian)公(gong)司(si)是目前國(guo)(guo)內產(chan)(chan)(chan)量**，牌號最(zui)全，技術***的(de)氣(qi)相二(er)氧化(hua)硅供(gong)應(ying)商，是氣(qi)相二(er)氧化(hua)硅國(guo)(guo)家標準GB20020-2005負責起草單(dan)位。

（2）沉淀法

沉淀法(fa)又叫(jiao)硅酸(suan)鈉酸(suan)化法(fa)，采用水玻璃溶液與酸(suan)反應，經沉淀、過濾、洗滌、干燥和煅燒(shao)而得到白炭(tan)黑。反應式為：

Na₂SiO₃ + 2H⁺ —> 白(bai)炭黑(hei) + 2Na⁺ + H₂0

國(guo)內大部分(fen)生(sheng)產企業采用沉淀(dian)法(fa)。

3．2新方(fang)法

新方法主要以(yi)非金(jin)屬礦及其延(yan)伸物為硅(gui)源，采用(yong)沉淀(dian)法制(zhi)備白炭黑。其技術關鍵是將結(jie)晶(jing)的二氧化硅(gui)和(he)硅(gui)酸鹽轉變成非晶(jing)態二氧化硅(gui)。原料主要有硅(gui)灰(hui)石(shi)(shi)、蛋白石(shi)(shi)、埃洛(luo)石(shi)(shi)、橄欖石(shi)(shi)、蛇蚊石(shi)(shi)、高嶺土、硬質高嶺土、煤矸石(shi)(shi)、粉煤灰(hui)等(deng)。

著重介紹以高嶺土或硬(ying)質高嶺土、煤矸(gan)石或粉(fen)煤灰為原料(liao)制備白炭(tan)黑的工藝(yi)技術。

（1）以高嶺(ling)(ling)土或硬(ying)質高嶺(ling)(ling)土為原料

先將(jiang)高嶺土或硬質(zhi)高嶺土粉碎至50~60目(mu)，然(ran)后在500~600℃高溫下焙燒(shao)(shao)(shao)2小時(shi)，再將(jiang)焙燒(shao)(shao)(shao)土與濃度30%的工業鹽酸按1：2.5（重量）配料，在90℃左右酸浸7小時(shi)，經中和、過(guo)濾、洗滌、干(gan)燥得(de)到白炭黑，產(chan)品質(zhi)量符合GB10507-89標準；同時(shi)得(de)到高效凈水劑聚(ju)合氯(lv)化鋁。焙燒(shao)(shao)(shao)及酸浸反應(ying)式如下：

焙燒(shao)：Al₂O₃?2Si0₂?2H₂0 —> Al₂O₃?2Si0₂ + 2H₂0

酸浸：Al₂O₃?2Si0₂ + 6HCl + 9H₂0 —>2AlCl₃?6H₂0 + 2SiO₂

（2）以煤(mei)矸石或粉(fen)煤(mei)灰(hui)為原(yuan)料

先將煤矸石或粉煤灰粉碎至粒度小于120目(mu)，然后分兩步：

第一步(bu)生產硅酸鈉：將粉碎的煤(mei)矸石或粉煤(mei)灰(hui)與純堿按重量比(bi)1：50混合均勻(yun)，經高(gao)溫冶融（1400~1500℃，1小時）、水萃浸溶(rong)（100℃以上，4~5小時）、過(guo)濾(lv)去雜質、濃縮濾(lv)液到45~46波美度即得(de)到硅酸鈉。

第二步(bu)生產白炭(tan)黑：先將硅酸鈉配成水玻璃(li)溶液（模數(shu)為2.4~3.6,SiO₂含量為4~10%）,然后在(zai)5~20%的硫酸中(zhong)酸浸（28~32℃，8~16小時），再(zai)升溫至80℃，攪拌，調節PH值為5~7，熟化20分(fen)鐘，再(zai)經過濾洗滌、干燥、分(fen)選，得到白炭黑。該(gai)白炭黑為活性(xing)，純(chun)度高。

4.產能(neng)/產量

隨著我(wo)國(guo)(guo)及(ji)亞洲經濟的(de)快速增長，出現了巨大市場需求空間，低生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)成本的(de)吸引力以及(ji)發達國(guo)(guo)家(jia)的(de)環保壓力使(shi)國(guo)(guo)外氣相法白炭黑(hei)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)廠家(jia)開始向亞洲轉移。目前(qian)內資(zi)(zi)主要生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)企(qi)業(ye)有(you)：浙(zhe)江(jiang)新吉(ji)新材(cai)料有(you)限(xian)公(gong)(gong)司、廣州吉(ji)必盛科技實業(ye)有(you)限(xian)公(gong)(gong)司、沈陽化(hua)工(gong)(gong)股(gu)份有(you)限(xian)公(gong)(gong)司、上海氯(lv)堿化(hua)工(gong)(gong)股(gu)份有(you)限(xian)公(gong)(gong)司等，年總產(chan)(chan)(chan)(chan)能超過(guo) 1.5萬噸(dun)，產(chan)(chan)(chan)(chan)量(liang)超過(guo) 8000 噸(dun)。外資(zi)(zi)企(qi)業(ye)主要有(you)：卡博(bo)特藍星(江(jiang)西、天津)化(hua)工(gong)(gong)有(you)限(xian)公(gong)(gong)司，德山化(hua)工(gong)(gong)(浙(zhe)江(jiang))有(you)限(xian)公(gong)(gong)司等，年總產(chan)(chan)(chan)(chan)能超過(guo) 2.1 萬噸(dun)t，產(chan)(chan)(chan)(chan)量(liang)超過(guo) 1 萬噸(dun)。

目前國(guo)內直接(jie)從(cong)事沉(chen)淀(dian)法(fa)白炭(tan)黑(hei)生產的廠家(jia)約有(you)59家(jia)，總生產能力(li)為117.1萬噸，預計今(jin)年產量在85.6萬噸左(zuo)右。由于華東(dong)(dong)(dong)和(he)(he)中(zhong)(zhong)南地區是我(wo)國(guo)橡膠和(he)(he)制鞋工業集中(zhong)(zhong)地區，沉(chen)淀(dian)法(fa)白炭(tan)黑(hei)90％以(yi)上企業位于華東(dong)(dong)(dong)和(he)(he)中(zhong)(zhong)南地區，并集中(zhong)(zhong)在福建、山東(dong)(dong)(dong)、江(jiang)蘇、湖南4省。氣相法(fa)白炭(tan)黑(hei)生產廠家(jia)主要集中(zhong)(zhong)在江(jiang)西、浙江(jiang)、廣東(dong)(dong)(dong)、遼(liao)寧等(deng)省。我(wo)國(guo)已(yi)成為白炭(tan)黑(hei)的凈(jing)出口國(guo)。

得(de)益于輪胎制造業(ye)(ye)、硅橡膠(jiao)產(chan)業(ye)(ye)、牙膏產(chan)業(ye)(ye)、涂料工業(ye)(ye)、新能(neng)源等領(ling)域的(de)需(xu)求(qiu)增(zeng)(zeng)長(chang)，預(yu)計未來(lai)5年我國(guo)沉淀法白(bai)炭黑(hei)（二氧化硅）的(de)年均需(xu)求(qiu)增(zeng)(zeng)長(chang)速(su)度約為10%。業(ye)(ye)內(nei)專家預(yu)計，未來(lai)幾(ji)年白(bai)炭黑(hei)全球(qiu)需(xu)求(qiu)增(zeng)(zeng)速(su) 3%-5%。據美國(guo)納(na)馳咨詢公司所做(zuo)的(de)市場研究報告(gao)稱(cheng)，到2015年白(bai)炭黑(hei)的(de)需(xu)求(qiu)量(liang)還會上升到210萬t，需(xu)求(qiu)增(zeng)(zeng)長(chang)的(de)動力主(zhu)要來(lai)自于輪胎工業(ye)(ye)。屆時中(zhong)國(guo)白(bai)炭黑(hei)產(chan)量(liang)將達 120 萬噸(dun)，即未來(lai)幾(ji)年國(guo)內(nei)產(chan)量(liang)增(zeng)(zeng)速(su)在(zai) 8%左右。