【正文】 成分是依賴于巖石種類和物礦組成而變化的，因此，在了解煤矸石化學(xué)成分的同時，有必要了解其巖石特征與礦物組成。屬于砂質(zhì)巖的煤矸石， 含量一般可達70%左右；屬于鋁質(zhì)巖的煤矸石，含量一般可達40%，屬于碳酸鹽的煤矸石，含量一般可達30%；屬于粘土質(zhì)巖的煤矸石，化學(xué)成分通常接近一般葉巖。通過半定量光譜分析，發(fā)現(xiàn)煤矸石還含有一定量的多種元素，它們的含量大約是：鋇、錳、鈹、鈷、銅、鎵、鉬、鎳、鉛、鈧、釩、鋯、鉻、磷、錫、鋅、釔、鍶、汞、砷、氟、氯等均為痕跡?；瘜W(xué)組成SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OTiO2IL百分含量1～3作為天然固態(tài)巖石集合體，煤矸石是由無機質(zhì)和少量有機質(zhì)組成的混合物，除去可燃物外，其灰渣中以硅鋁為主的類似硅酸鹽材料的化學(xué)組成情況大致如下：包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。國內(nèi)廠家正盡快增加產(chǎn)能、提高產(chǎn)品檔次、增加產(chǎn)品品種，以面對國內(nèi)市場的生存壓力與挑戰(zhàn)。我國的氣相法白炭黑產(chǎn)業(yè)正面臨巨大的發(fā)展壓力。其反應(yīng)原理如下：實驗結(jié)果表明，TEOS 濃度、總的氣流速率、氣體組成對產(chǎn)品粒徑有較大影響，當(dāng)增加氣焰中的TEOS 濃度，產(chǎn)品的平均粒徑會增加，當(dāng)增大氣流速率時，也會獲得更大的粒徑，整個實驗過程中所獲得的產(chǎn)品平均粒徑從10nm 到40nm 不等。目前氣相法白炭黑的發(fā)展趨勢是與有機硅單體生產(chǎn)緊密聯(lián)系，利用廉價的有機硅副產(chǎn)物為主要原料，生產(chǎn)氣相法白炭黑。其制備原理是硅鹵化合物在氫氣和氧氣燃燒生成的水中進行高溫(溫度大于1000℃)的水解反應(yīng)，驟冷，然后經(jīng)聚集、旋風(fēng)分離、空氣噴射脫酸、沸騰床篩選、真空壓縮包裝等后處理而獲得產(chǎn)品。比表面積一般大于100 ， % ，是一種極其重要的多功能粉體添加劑。是硅鹵化物經(jīng)氫氧焰高溫水解制得無定形二氧化硅。目前，國際上主要利用溶膠—凝膠法制備微孔納米二氧化硅和二氧化硅氣凝膠以及二氧化硅同其它納米顆粒的復(fù)合材料。凝膠化后, 再經(jīng)過陳化、干燥和熱處理得到產(chǎn)物。（4）溶膠—凝膠法該法利用金屬醇鹽或無機鹽作為初始原料, 以金屬醇鹽和無機鹽的水解或沉淀反應(yīng)制備出金屬氧化物或金屬非氧化物的均勻溶膠。從微泡中生成固相可使成核生長、凝結(jié)、團聚等過程局限在一個微小的球形液滴內(nèi)，從而形成球形顆粒，避免顆粒之間進一步團聚。該法是液相化學(xué)制備法中比較新穎的一種，也是目前研究的熱點方向。由于發(fā)現(xiàn)體系中氫氧化銨的濃度會左右粒徑的大小，其進一步研究了在去離子水—油微乳相中水/ 表面活性劑比率和氨濃度對合成納米白炭黑的影響。 Sung Kyoo Park 等人采用四乙氧基硅烷(TEOS)為原料溶解在乙醇中間，以氨為催化劑，通過半間歇式反應(yīng)來控制納米顆粒的性狀，為了得到粒徑小且均一的產(chǎn)品，研究了各反應(yīng)條件對產(chǎn)物的影響，得到了最佳工藝條件，在水/TEOS ～， ～，進料速度為13～17,反應(yīng)溫度為55～65 ℃，可獲得平均粒徑在30nm 左右的超細納米白炭黑。 Teofil Jesionowski 做了一系列乳相法制備白炭黑的研究，其在環(huán)己烷溶劑體系中以鹽酸和硅酸鈉為原料制備白炭黑，研究了各種分散誘導(dǎo)技術(shù)對白炭黑性狀的影響。1988年，Bogush和Zukoski等人對Stober 的工作做了改進，采用四乙氧基硅烷在醇水溶液中進行水解，然后對分散相進行凝聚，制備出了納米級別的白炭黑。這一類的白炭黑生產(chǎn)方法大多具有良好的環(huán)境效益和資源利用率以及較好的經(jīng)濟效益，但是其生產(chǎn)的成品大多是中等質(zhì)量，不適合發(fā)展高質(zhì)量的白炭黑產(chǎn)品。這種新方法工藝條件簡單，產(chǎn)本低廉，有很好的經(jīng)濟前景。目前，國內(nèi)也有不少學(xué)者做了有關(guān)這方面的研究，其工藝一般是把原料經(jīng)堿浸后，制得水玻璃，水玻璃再與酸反應(yīng)得到沉淀物，經(jīng)過濾、水洗、干燥可得白炭黑。當(dāng)升溫速率為5，白炭黑的比表面積可達 235，平均粒徑 60nm。 TzongHong Liou在氧化環(huán)境下非等溫氧化分解稻殼灰，再經(jīng)酸洗制得了納米白炭黑顆粒，并對所獲得產(chǎn)品的形態(tài)、粒徑、表面積等性狀進行了表征。1990年，Lender 和Ruiter，Luan和Chou 分別指出由于稻殼含量高達60% ，是生產(chǎn)白炭黑的一種十分經(jīng)濟的原料，率先采用這種物質(zhì)生產(chǎn)了白炭黑，于是引發(fā)了國際上研究采用稻殼灰生產(chǎn)白炭黑的熱潮。 目前，由于各種非金屬礦資源豐富，技術(shù)上也是可行的，還有一定的效益前景，正是研究和應(yīng)用的熱點。具體反應(yīng)如下： 實驗結(jié)果表明, 超聲波技術(shù)的使用大大減小產(chǎn)品的粒徑以及團聚趨勢，而共沸蒸餾技術(shù)相比普通的干燥也明顯限制了團聚，得到了粒徑均一、高分散性的產(chǎn)品，其比表面積可達 697。 孫玉琢等人以山東和遼寧的膨潤土為原料，加入硫酸溶液，控制溫度在 75℃左右，放入超聲波反應(yīng)器中，經(jīng)活化、堿溶、老化、干燥后制得白炭黑。把這些礦石經(jīng)過粉碎后，采用酸浸或堿浸，再經(jīng)過調(diào)節(jié)pH，過濾，干燥等步驟，即可制得符合標(biāo)準的白炭黑。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)采用新沉淀法對不同原料進行了研究，制備了不同檔次和不同用途的白炭黑。其主要是在硅源方面不再采用傳統(tǒng)的水玻璃，而是以非金屬礦及其延伸物或其它物質(zhì)為硅源，其技術(shù)關(guān)鍵是將結(jié)晶的二氧化硅和硅酸鹽轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)的二氧化硅。這種技術(shù)的關(guān)鍵是將晶體的二氧化硅和硅酸鹽轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)的二氧化硅，其實仍是沉淀法。但受限于原料，在工業(yè)上難以實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。還有不少學(xué)者利用其它含碳試劑如碳酸氫銨和尿素，在合適條件會分解產(chǎn)生而制備了白炭黑。該工藝原料成本低廉，環(huán)境友好，制得的產(chǎn)品純度高、粒徑小、性狀好，與傳統(tǒng)酸法沉淀法相比，具有眾多優(yōu)點。 等人提出采用硅酸鈉溶液與加壓制備沉淀法白炭黑的新工藝。其通過控制的壓力和反應(yīng)溫度得到了不同形態(tài)和性狀的白炭黑。為了減少無機酸的消耗以及保護環(huán)境，國內(nèi)外不少科學(xué)家開始用 代替無機酸與水玻璃進行反應(yīng)制備了白炭黑。但經(jīng)驗證明，這些方法只是制備過程中白炭黑的一次粒子為納米級，經(jīng)過陳化、洗滌、干燥后，這些一次粒子會團聚長大，最后所得的成品卻不是納米級的。只是如何才能制取像氣相法那樣性能優(yōu)良的白炭黑，是此技術(shù)突破的關(guān)鍵。以硫酸為例，反應(yīng)如下： 在此法中，酸度、溫度、時間、加料速度等沉淀條件以及水玻璃的質(zhì)量對產(chǎn)品的性質(zhì)都有重要影響。①酸法沉淀法酸法沉淀法制取白炭黑是一種最傳統(tǒng)的制備方法。通過控制反應(yīng)過程中物料比例、流量及反應(yīng)時間，經(jīng)過濾、洗滌和干燥等后處理，可得到不同比表面積、粒徑、純度、形態(tài)、結(jié)構(gòu)度、孔隙度的制品。沉淀法由于工藝簡單，生產(chǎn)條件穩(wěn)定，成本較低，產(chǎn)量大，是目前工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的方法。沉淀法通常以水玻璃為原料，主要有硫酸法、鹽酸法、碳酸法、法和水熱法等。濕法一般按其形成可分為沉淀法和凝膠法。干法中又常分為氣相法和電弧法。其中，物理法由于生產(chǎn)的產(chǎn)品性能不佳，故一般不采用。此外，白炭黑在飼料工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域中也有許多用途。(6) 白炭黑在其它方面的應(yīng)用在油墨油漆和涂料中，添加白炭黑能使制劑色澤鮮艷、增加透明感、打印清晰、漆膜堅固。(5) 白炭黑在造紙方面的應(yīng)用在造紙工業(yè)中，白炭黑能提高紙張的白度、使紙張質(zhì)量輕化，適合高速印刷。超細石墨粒子與白炭黑復(fù)合，可提高粒子的分散性、比表面積與孔容，提高石墨氣溶膠的懸浮穩(wěn)定性。(4) 白炭黑在超細復(fù)合粒子方面的應(yīng)用石墨對紅外全波段具有較好的吸收特性、良好的導(dǎo)電性，在軍事工業(yè)上廣泛地用于隱身技術(shù)及石墨炸彈的研究。若通過適當(dāng)?shù)谋砻娓男?，則可在增強塑料的同時，對塑料增韌。用納米級白炭黑改性聚酰亞胺（PI）， 倍，斷裂伸長率提高3 倍。在工程塑料中，利用共混法將氣相法白炭黑添加到不飽和聚酯中，當(dāng)二氧化硅的質(zhì)量分數(shù)達到5% 時，試樣的耐磨性提高2倍，拉伸強度提高1 倍以上，硬度接近大理石，沖擊強度也大大提高。此外，在陶瓷、精密閥門、光學(xué)玻璃、磁頭、機械磨具、金屬材料表面加工領(lǐng)域的應(yīng)用也受到重視。利用機械法將納米級白炭黑粒子在一定條件下分散于水中是制成 CMP 漿料的主要方法，它能保證CMP 漿料的高固含量（ 20%）和高純度。（2）白炭黑在化學(xué)機械拋光（C M P）中的應(yīng)用CMP 技術(shù)是將化學(xué)拋光和機械拋光技術(shù)相結(jié)合，其拋光速度和拋光精度以及拋光產(chǎn)生的破壞深度等要素都比單一的化學(xué)拋光或機械拋光具有優(yōu)勢，并能根據(jù)需要對拋光要求進行適當(dāng)?shù)目刂?。白炭黑填充的膠料與普通炭黑填充的膠料比較，滾動阻力可降低30%。在輪胎工業(yè)中，在胎面膠中添加白炭黑可以提高胎面的抗切割、抗撕裂性能，減少蹦花掉塊。（?。┌滋亢谠谙鹉z工業(yè)中的應(yīng)用白炭黑能大幅提高膠料的物理性能、減少膠料滯后、降低輪胎的滾動阻力，同時不損失其抗?jié)窕?。耐高溫、不燃、無味、無嗅、具有很好的電絕緣性。白炭黑是多孔性物質(zhì)，其組成可用表示，其中是以表面羥基的形式存在。平時所稱的白炭黑為水合二氧化硅()，% ，質(zhì)輕， mm，～ t/m 之間，熔點是1750 ℃白炭黑的化學(xué)穩(wěn)定性好，受高溫不易分解、不燃燒、比表面積大、電絕緣性強，具有很高的多孔性、吸水性，有很好的補強和增黏作用、良好的分散性、懸浮和振動液化特性。本文研究了以煤矸石為原料，用堿熔法提出水玻璃,制取白炭黑的生產(chǎn)工藝和機理與在煅燒的不同溫度點和保溫時間下分析硅的轉(zhuǎn)化率。最大用途是橡膠的補強