【導(dǎo)讀】本文主要對二氧化硅微粉性能進(jìn)行了介紹，對二氧化硅微粉生產(chǎn)工藝和。優(yōu)化二氧化硅微粉生產(chǎn)流程為：在傳統(tǒng)沉淀法中增加了陳華。流程，改變了加料、除雜、粉碎工藝，用了效果更好的添加劑和分散劑。淀法生產(chǎn)二氧化硅微粉參數(shù)為：將硅酸鈉儲備液配成弱堿性8±加入反應(yīng)釜，用離心法反復(fù)分離料漿洗滌去除雜，置于105±5℃烘箱中干燥，用超音速氣流粉碎機(jī)粉碎微粉出現(xiàn)團(tuán)聚結(jié)塊現(xiàn)象，得到高質(zhì)量的二氧化硅微粉。

　　

【正文】 mg/L時(shí)SiO2微粉粒徑較小，本工藝選擇聚乙二醇為超分散劑的質(zhì)量濃度為 150mg/L。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 制備二氧化硅微粉工藝流程設(shè)計(jì) 18 超分散劑主要是以空間位阻起分散作用 ，因此， PH值對其影響不大 ，對 PH值沒特殊的要求。 反應(yīng)溫度和時(shí)間設(shè)計(jì) 反應(yīng)溫 度是溶劑熱體系的重要參數(shù)，對體系結(jié)晶動力學(xué)有重要影響。將 考慮高壓釜中聚四氟乙烯內(nèi)襯的耐熱溫度，最高溶劑熱溫度不能超過 200℃。溫度的升高將會增加布朗運(yùn)動，使小分子相互碰撞幾率增大，當(dāng)溫度在 30～ 40℃左 右時(shí)，在該區(qū)間，溫度較高時(shí)，布朗運(yùn)動劇烈，小粒子發(fā)生碰撞或擴(kuò)散的機(jī)率變大，便越容易形成大粒子，粒徑隨溫度上升而增大。溫度在 40～ 50℃左右時(shí)，表面活性劑和添加劑復(fù)配增加了產(chǎn)生的作用最大，削弱并超過了溫度帶來的粒徑增大影 響，溫度上升粒徑反而減小。溫度繼續(xù)升高，晶粒的生長速率較快， Si02微粉粒徑隨溫度升高而增大 [15]。 為了有效地控制粒徑的增長，得到穩(wěn)定性能的產(chǎn)品，不能將溫度設(shè)計(jì)太高，因此宜將溫度控制在 50177。 5℃。 反應(yīng)時(shí)間控制在 內(nèi)，由于小粒徑的晶粒還沒長成相對較大粒子，產(chǎn)品的產(chǎn)率會下降，且粒徑分布 范圍較寬。當(dāng)反應(yīng)超過 lh 時(shí)納米粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象變嚴(yán)重，并逐漸從物理吸附為主的軟團(tuán)聚狀態(tài)，轉(zhuǎn)變成為以化學(xué)鍵為主的硬團(tuán)聚狀態(tài)。 為了得到理想的 二氧化硅 微粉 粒子，需將反應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)在 30min～ 60min之間，將反應(yīng)設(shè)計(jì)確定為 45min 左右。 酸化處理及 PH設(shè)計(jì) 酸化目的一方面是為了將反應(yīng)體系殘余的堿反應(yīng)完全，另一方面在 弱酸性條件下，二氧化硅更容易洗滌除去原料中的非金屬化合物。浮液 的粉體固含量對酸 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 制備二氧化硅微粉工藝流程設(shè)計(jì) 19 洗效果影響很大，如果固含量太小，酸被稀釋嚴(yán)重，大大降低酸與雜質(zhì)粒子的結(jié)合幾率，既造成大量浪費(fèi)，又使酸洗效果很差； 如果固含量太大，攪拌阻力太大，很難使浮液在很均勻的狀態(tài)下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，也會影響酸洗效率。因此必須確定微粉浮液的固含量。為達(dá)到最好除雜效果，為了達(dá)到最佳除雜酸度，需用 PH 試紙不斷檢測溶液酸度。設(shè)計(jì) PH在 5～ 6，使所得產(chǎn)品的二氧化硅純度最高且不浪費(fèi)硫酸。向反應(yīng)完的體系滴加 ，至溶液 pH值在 5～ 6。 陳化設(shè)計(jì) 傳統(tǒng) 工藝 制備出的二氧化硅微粉粒徑較大，且產(chǎn)量 較低 ，是因?yàn)?體系同時(shí)生成了小顆粒的溶膠和大顆粒的凝膠，因此增加陳化這一工藝流程。 陳化目 的是使體系中小粒子溶解，大粒子均勻成 長，使體系中的粒子比較均勻，自然長大為凝膠。 設(shè)計(jì)在 酸化結(jié)束再使其在 40～ 50℃溫度下恒溫陳化 100min時(shí)間。 水洗除雜設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)沉淀法用反復(fù)過濾的方法水洗除雜，為了完全洗凈可溶性鹽會花去很多時(shí)間。本工藝選擇更加方便且除雜效果更好的水洗工藝。 水洗工藝 [16]有兩種方法：重力沉降法和離心法。 (1)重力沉降法 重力沉降法的原理是斯托克斯沉降公式，微粉顆粒依靠自身的重力在水介質(zhì)中自由沉降，在一定時(shí)間之后，微粉懸浮液上層澄清，排掉上清液，雜質(zhì)離子也隨上清液脫離微粉。步驟為： ①取酸洗液放入塑料燒杯中，并 將塑料燒杯放入水浴鍋中加熱。 ②在電動攪拌器的作用下，向塑料燒杯中加入適量的弱堿，調(diào) PH 值為 5。 ③懸浮液自然沉降，待上層澄清后抽取上清液。 ④繼續(xù)加水、攪拌、自由沉降、抽取上清液，反復(fù)以上操作數(shù)次，直到 PH 值為7。 重力沉降法沉降次數(shù)為 810次，耗時(shí)將近一周，但其除雜效果較 好。如果作為工業(yè)生產(chǎn)，由于微粉粒度很小，沉降速度很慢，則除雜周期太長，效率太低。 (2)離心法 離心法的原理是懸浮液在離心場的作用下，微粉顆粒與介質(zhì)水分離，水從離心機(jī)的撇液口排出并帶走雜質(zhì)。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 制備二氧化硅微粉工藝流程設(shè)計(jì) 20 步驟為：①取酸洗液放入塑料桶中，在電動 攪拌器的作用下，向塑料桶中加入適量的弱堿，調(diào) PH 值為 5。②利用耐酸水泵將酸洗液抽入三足離心機(jī)中脫水分離細(xì)顆粒懸浮液，收集細(xì)粉懸浮液。③將細(xì)粉懸浮液通入管式離心機(jī)中脫水，收集細(xì)粉漿體。④繼續(xù)向三足離心機(jī)中加水、攪拌。反復(fù)以上操作②、③數(shù)次，直到 PH 值為 7 為止。 當(dāng) PH 值為 7時(shí)，離心法水洗次數(shù)約 6 次，耗時(shí)一天，并且除雜效果較好?？梢宰鳛楣I(yè)生產(chǎn)的方法，缺點(diǎn)是在高速旋轉(zhuǎn)的離心場中固相顆粒很容易與器壁黏附，對循環(huán)操作造成困難。但可改裝三足離心機(jī)，在其內(nèi)壁添加 4個(gè)高壓噴槍提高循環(huán)效率。 綜上選擇將析出的白色料漿與溶液 用離心法進(jìn)行分離，為了得到純度最高的Si02微粉凝膠，重復(fù)用離心法反復(fù)洗滌去除可溶性鹽，直至濾液電導(dǎo)率達(dá) 0左右，確定溶液完全洗凈可溶性鹽。 干燥設(shè)計(jì) 為了得到干燥的 Si02微粉， 同時(shí)干燥時(shí)夾 帶入其它雜質(zhì)，設(shè)計(jì)采用易揮發(fā)乙醇洗滌的分離后的濾餅中大量的水，然后讓乙醇自然揮發(fā)。再在靜態(tài)條件下置于烘箱中干燥，溫度不宜過高，太高將會破壞 Si02微粉 分子結(jié)構(gòu)， 105177。 5℃即可。 粉碎設(shè)備選擇 經(jīng)過烘干的微粉出現(xiàn)團(tuán)聚結(jié)塊現(xiàn)象，傳統(tǒng)沉淀法為簡單的粉碎，沒經(jīng)過機(jī)械粉碎制備出的 Si02微粉質(zhì)量將會大大下 降，所以必須對微粉進(jìn)行粉碎以打開結(jié)塊體，原則是粉碎不能再次引入雜質(zhì)。改良的沉淀法彌補(bǔ)了機(jī)械法制備出微粉具有形狀不規(guī)整、產(chǎn)品粒度分布寬的缺點(diǎn)。 有很多種粉碎設(shè)備本工藝選擇超音速氣流粉碎機(jī)一次粉碎即可，因?yàn)槌羲贇饬鞣鬯闄C(jī)不會帶入其它雜質(zhì)，不會影響 Si02微粉的質(zhì)量。 超音速氣流粉碎機(jī) [17]工作原理為將凈化干燥的壓縮空氣導(dǎo)人特殊設(shè)計(jì)的噴管，形成 ，通過幾個(gè)相向放置的噴嘴進(jìn)入粉碎竄，欲粉碎的物料顆粒先與壓縮空氣混合形成氣同混合流，之后以超音速方式由噴嘴噴人粉碎室內(nèi)，撞擊到射流的交叉點(diǎn)上， 發(fā)生強(qiáng)烈的沖擊、碰撞和磨擦等相互作用而被粉碎，然后經(jīng)過渦流高速分級機(jī)，粉體為粒度不同，徑向運(yùn)動速度不同而得以分級，符合粒度要求的超微粒子經(jīng)旋風(fēng)分離排機(jī)外，較粗的順粒重新進(jìn)入粉碎室內(nèi)與新加入的氣同混合流一起重復(fù)上述粉碎過程。 超音速氣流粉碎機(jī)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 制備二氧化硅微粉工藝流程設(shè)計(jì) 21 ①無污染。由于用空氣作動力，整個(gè)過程都是在密封狀態(tài)下進(jìn)行的，只要空氣經(jīng)過凈化，就不會造成污染。 ②低溫性。南于壓縮空氣的急劇膨脹是個(gè)吸熱過程，因此整個(gè)粉碎過程處于低溫環(huán)境，物料的粉碎是存低溫下瞬間完成的，適合于熱敏性物料粉碎。 ③物理性。氣流粉碎純粹是物 理行為，不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)．保持了物料原有的化學(xué)性質(zhì)。 改良的化學(xué)沉淀法與物理粉碎法的結(jié)合制備出的 Si02微粉可以得到高質(zhì)量納米級的 Si02。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 結(jié)論 22 8 結(jié)論 ① 本工藝設(shè)計(jì)采用的是改良沉淀法制備二氧化硅微粉，此方法是綜合了傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法 和 溶膠 — 凝膠法 工藝的優(yōu)點(diǎn)，用機(jī)械粉碎法彌補(bǔ)了改良沉淀法制備出微粉烘干后出現(xiàn)團(tuán)聚結(jié)塊現(xiàn)象嚴(yán)重影響 Si02微粉質(zhì)量的缺點(diǎn) 。其主要原理：反應(yīng)釜中，硅酸鈉在酸性條件下沉淀， 用水玻璃與硫酸在添加劑和表面活性劑的共同作用下反應(yīng)制備二氧化硅 微粉 。 ② 為得到較小的 Si02原生粒子和避免局部 PH值的變化，本工藝將硅酸鈉儲備液配成弱堿性 8177。 。硅酸鈉儲備液濃度為 mol/L，填充度為 40%，濃度為 mol/L的硫酸反應(yīng)，可得達(dá)到高產(chǎn)量溶膠，而不生成粒徑 更大 絮狀結(jié)構(gòu)沉淀出來的 Si02凝膠 。 ③ 加入 1 mol/L 能使粒徑范圍都比較集中而且更小 NaCl 作為添加劑，用量小且分散穩(wěn)定效果好的 150 mg/L 超分散劑聚乙二醇。 ④ 溫度控制在 50177。 5℃，反應(yīng)確定為 45min左右。為了將反應(yīng)體系殘余的堿反應(yīng)完全和二氧化硅在弱酸性條件下更容易洗滌非金屬化合物。向反應(yīng)完的體系滴加 mg/L的硫酸 進(jìn)行酸化，至溶液 pH值在 5～ 6。在 40～ 50℃溫度下恒溫陳化100min時(shí)間，使體系中小粒子溶解，大粒子均勻成長 ,得到凝膠二氧化硅。 ⑤ 將析出的白色料漿與溶液用離心法進(jìn)行分離，為了得到純度最高的 Si02微粉 凝膠 ，重復(fù)用離心法反復(fù)洗滌去除可溶性鹽，直至濾液電導(dǎo)率達(dá) 0左右，確定溶液完全洗凈可溶性鹽。為了干燥時(shí)不帶入其它雜質(zhì)，采用易揮發(fā)乙醇洗滌的分離后的濾餅中大量的水，然后讓乙醇自然揮發(fā)。在靜態(tài)條件下置于 105177。 5℃ 烘箱中干燥。采用夾 帶入雜質(zhì)的超音速氣流粉碎機(jī)解決經(jīng)過烘干的微粉出現(xiàn)團(tuán)聚結(jié)塊現(xiàn)象。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn) 23 參考文獻(xiàn) [1] 張志鰻，崔作林．納米技術(shù)與納米材料 [M]． 2021:： 2035． [2] 翟其曙，何友昭，金五二，等．超細(xì)二氧化硅的制備及研究進(jìn)展 [J]．硅酸鹽通報(bào) ， 2021． [3] 劉福來，鄭水林，李楊．超細(xì)二氧化硅的制備和應(yīng)用 [J]．中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)報(bào)， 2021，34(4)： 3337． [4] 李中軍，劉長讓，王雪清，等．超細(xì)二氧化硅粉體的制備．應(yīng)用化學(xué)， 1998， 15(3)：7981． [5] 殷明志，姚熹，吳小清，等．溶膠 凝膠法制備納米二氧化硅溶膠和多孔二氧化硅薄膜 ，2021． [6] 聶于焰， 徐洪耀，李洋，等．微乳液法制備納米二氧化硅 [J]，安徽大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 )， 2021． 31(6)： 7073． [7] 賈宏，郭鍇，郭奮，等．用超重力法制備納米二氧化硅．材料研究學(xué)報(bào)， 2021， 15(1)：123． [8] 賈中兆，萬永敏，張少明．秸稈熱解制備納米二氧化硅 [J]，《新技術(shù)新工藝》材料與表面處理技術(shù)， 2021， 8182． [9] 王子枕，王莉瑋，趙敬哲，等．沉淀法合成高比表面積超細(xì) Si02．無機(jī)材料學(xué)報(bào)， 1997， 6(3)： 393． [10] 孫道興．硅溶膠制備納米二氧化硅的工藝研究 [J]，青島科技大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 )，2021， 29(4)： 291293， 301． [11] 魏建東，盧愛軍，王雪清，等．離子液體中合成二氧化鋯 (Zr02)的研究 [M]．無機(jī)鹽工業(yè)， 2021， 15． [12] 劉忠義，王莉瑋，王子枕．硅酸鈉法合成高比表面多孔二氧化硅．高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，1998： 8589． [13] 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