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白炭黑

浏览:2233发表时间:2021-09-14 14:48

白炭黑又称水合硅酸、轻质二氧化硅,化学表达式一般写成mSiO2•nH2O,外观为白色高度分散的无定形粉末或絮状粉末,也有加工成颗粒状作为商品的。比重为2.319~2.653,熔点为1750℃。不溶于水及绝大多数酸,在空气中吸收水分后会成为聚集的细粒。能溶于苛性钠和氢氟酸。对其它化学药品稳定,耐高温不分解,不燃烧。具有很高的电绝缘性,多孔性。内表面积大,在橡胶生胶中有较大的分散力。经表面改性处理的憎水性白炭黑易溶于油内,用于橡胶和塑料等作为补强填充剂,都会使其产品的机械强度和抗撕指标显著提高。由于制造方法不同,白炭黑的物化性质、微观结构均会有一定差异,故其应用领域和应用效果也不同。

白炭黑的用途很广,且不同产品具有不同的用途。用作合成橡胶的良好补强剂,其补强性能仅次于炭黑,若经超细化和恰当的表面处理后,甚至优于炭黑。特别是制造白色、彩色及浅色橡胶制品时更为适用。用作稠化剂或增稠剂,合成油类、绝缘漆的调合剂,油漆的退光剂,电子元件包封材料的触变剂,荧光屏涂覆时荧光粉的沉淀剂,彩印胶板填充剂,铸造的脱模剂。加入树脂内,可提高树脂防潮和绝缘性能。填充在塑料制品内,可增加抗滑性和防油性。填充在硅树脂中,可制成耐200℃以上的塑料。在造纸工业中用作填充剂和纸的表面配料。

气相白炭黑属于高补强填充材料,由于成本较高等原因,除特殊场合如硅橡胶补强用外,一般不采用。沉淀白炭黑即沉淀水合二氧化硅,是橡胶补强广泛使用的材料。一般来说,由于沉淀白炭黑(超细的、表面处理的例外)补强效果还不及炭黑好,故属半补强填充材料。因此要根据使用场合决定代替炭黑的百分数。沉淀白炭黑用于橡胶制品有汽车、翻斗车、卡车、拖拉机、叉车、自行车等的内外胎,工业用皮带、胶管、衬垫、胶板、粮食加工用脱谷胶辊,以及胶鞋等各种橡胶工业制品中都或多或少地要用到白炭黑。在普通轮胎内添加一定量的白炭黑能提高轮胎的使用寿命。据原西德一家公司轮胎配方研究试验结果表明,若能增配10~20份白炭黑就可以改善胶接性和抗撕裂性,使轮胎行驶里程提高,同时还能增强轮胎对路面的抓着力,以利于安全行车。我国轮胎行驶里程低于国际水平,不使用白炭黑是原因之一。此外,由于炭黑发热量大,国外用于高速公路的汽车轮胎也趋向于添加白炭黑。目前国内外市场对自行车车胎的要求也日益多样化,如轮胎胎边彩色化及闪光圈等花式新品种,都是用白炭黑代替炭黑生产的。在胶鞋的生产中,人们对胶鞋、雨靴、运动鞋、旅游鞋、健身鞋、芭蕾鞋等,不但要求牢度,而且要求色调美观、舒适轻便。白炭黑既具有良好的补强性、耐磨性、防滑性和鞋面粘着性,又是一种良好的浅色补强材料,因此在胶鞋的发展中为提供鞋的质量和款式起着重要作用。

白炭黑在聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、环氧树脂等塑料中都可作为填充材料,可以提高塑料的弹性强度和耐磨性,以及硬度的热稳定性能。用于电缆还可以提高电缆的电绝缘性,如甲基乙烯基硅橡胶高压线就要用气相白炭黑或高质量的沉淀白炭黑。在两层塑料薄膜之间往往不易分开,装袋时袋口很难打开,则白炭黑就是很顶用的开口剂。当聚氯乙烯作家庭地板材料时,如若加入了一定的白炭黑,则可改进产品硬度、弹性、热变性等性能。

白炭黑做纸张的上胶剂,可提高纸张的白度和不透明度,改进印刷性、耐油性、耐磨性、手感性和光泽性。用于晒图纸,可使纸表面质量好、油墨稳定、背面无裂隙;用于叠氮纸中,可生产出优质兰图纸;用于铜板纸中可代替钛白;特别是用于新闻纸,加入1~2%的白炭黑,可使纸的重量减轻10%,不仅纸薄,而且能提高强度,除能防止油墨渗透,使印刷文字清晰外,还可增加不透明度。

白炭黑具有触变性能,在涂料中添加少量白炭黑,能使涂层消除液滴沉降现象。在不饱和聚酯涂料中,只要添加0.5~2%浓度的白炭黑,就能使这种涂料在垂直表面上每次涂500g/m2也不会发生液滴和皱折。在颜料中添加白炭黑,不仅能防止颜料的沉淀,且能提高对颜料、染料的吸附性,改进分散性。当用作乳化涂料的填料时,可提高热稳定性。为了满足涂料和油墨消光剂对白炭黑的要求,国外研制和生产了消光剂专用品。当硝基清漆以及类似涂料含有沉淀白炭黑消光剂,可改进油漆非沉淀性能,并能使涂料易分散,仅有少量的增稠影响,悬浮性好,有极好的消光特性,高透明度和好的耐磨性能。在印刷油墨中加入0.5%的白炭黑,印刷效果好,可消除未分散油墨渗透的影响,改进印刷材料的耐洗性,增加颜色的光泽度。

此外,白炭黑在农药、医药、粘合剂、牙膏及日常化妆品中也有各种不同程度的使用和发挥着各种有益的功能。

我国沉淀白炭黑年消费总量110万吨左右,出口30万吨左右,进口9万吨左右。国内行业消费比例如下:

沉淀法白炭黑消费比例

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沉淀白炭黑的生产,有酸法、溶胶法、碳化法等许多不同的具体方法,国内采用酸法的较多。主要原材料为石英砂、纯碱、工业盐酸或硫酸或硝酸,而以石英砂、纯碱和硫酸为常用原料模式。其工艺过程:先在高温下将石英砂与纯碱煅烧反应制得工业固体水玻璃,固体水玻璃溶解后用水稀释成一定浓度的稀溶液,然后在一定条件下加入硫酸,使二氧化硅沉淀出来,再经清洗、过滤、干燥(烘干或喷雾)、粉碎、制得产品白炭黑。

生产沉淀白炭黑,基础原料是硅酸钠,凡能够生产出纯净硅酸钠的物料,都可以生产白炭黑。如:稻壳、稻壳灰、煤矸石、粉煤灰、氯硅烷等等。   

2.技术经济

2.1生产成本

以石英砂、纯碱和硫酸为原料,以天然气为燃料。以吨产品消耗估算成本。

原料:石英砂,消耗1.04吨(98%干基),单价350元/吨,金额364元;

          纯碱,消耗0.55吨,单价1400元/吨,金额770元;

          硫酸,消耗0.52吨,单价500元/吨,金额260元。

包装:60元

用电:消耗370kwh,单价0.85元/kwh,金额314.5元

用气:消耗680方,单价2.65元/方,金额1802元

用水:消耗30吨,单价3.0元/吨,金额90元

人工费用:210元

折旧、摊销、管理费用、销售费用、维修费用、环保费用:合计金额92.5元

合计:3963元

2.2经济效益

沉淀白炭黑的价格,因规格和用途不同,价格也差别很大。普通橡胶制品用白炭黑价格每吨在5300-6000元之间,按5300元计算项目利润。


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