煤渣制备白炭黑分析

李彩芳　王元

摘要：本文主要介绍了怎样通过煤渣为原料制备白炭黑与二氧化硅的基本原理。

关键词：煤渣 白炭黑

1 煤渣的主要用途

煤渣自从18世纪发展到20世纪，从最初的制造三合土为建筑材料，到后来各国都在积极变废为宝，很大程度上煤渣甚至是得到了充分的利用；例如日本、丹麦等等国家；其利用煤渣的技术值得我们借鉴。目前我国的煤炭废弃物煤渣大量堆弃不用，其量大有害，里面含有很多危害成分，目前的再利用范围也是主要为建筑材料。

2 煤渣的化学性质

煤渣的成分中有SiO2含量在40%～50%左右、Al2O3含量在30～35%左右、Fe2O3含量4～20%左右、CaO含量 1～5%及少量镁、硫、碳等。煤渣的矿物构成很多，其中重要的物质有：磁铁矿和黄铁矿、钙长石、石英、大量的含硅玻璃体（Al2O3·2SiO2）和活性SiO2、活性Al2O3、莫来石和少量的未燃煤等。煤渣里面的硫气体会释放出来污染大气，若其含硫量过高还会自燃起火。

3 煤渣的发展现状

近年来，液态的煤渣增钙技术得到了发展，是我国在煤炭发电方面所取得的成就。通过对液态煤渣增加其中的钙含量，可以增加煤渣的水硬性，特别是钙的氧化物增加到30%左右，可以在很大程度上提高煤渣的水硬性，高炉水煤渣的成分与其比较类似。

4 白炭黑的研究现状

白炭黑化学名为超细二氧化硅。白炭黑除了拥有一般二氧化硅气凝胶的特点，其本身的比表面积更大，孔分布更均匀；该物质的优点是稳定性强，触变性好，还具有防粘结性与消光性等等，可以用作优良的填料，特别是在塑料和橡胶方面。其白碳黑根据制备方法主要有两种，物理方法和化学方法，而其中化学方法又可分为气相法、液相法和溶胶-凝胶法。

化学法生产白炭黑中的气相法，原料为卤化硅，在水中进行高温水解，生产二氧化硅。很多文献中指出，生产白炭黑，用到的原料可以是硅烷、有机硅或者是有机硅化物等等，让其原料与氢气、氧气混合燃烧，可以制备超细二氧化硅。但是技术要点是要调整氢和氧的比例，以及燃烧的温度控制。这样得到二氧化硅颗粒直径在1μm以下，比表面积75～500m2/g之间。目前都是改变原料的选择和反应条件来生产多种型号的产品。

化学方法中的液相法是目前的新兴领域，包括有直接液相法、水解-絮凝法、在有机相中制备。化学法中的直接液相法，是指在液态状态下，用酸化介质与硅酸盐反应，都是在溶液当中的反应，生产沉淀以后过滤分离，再干燥可以得到二氧化硅。这样生产出来二氧化硅的粒子粒径在5μm以下。

液相法当中有水解-絮凝方法，水解-絮凝法首先选用的原料是水玻璃，即硅酸盐；先让水玻璃（硅酸盐）溶液发生水解反应，反应后会析出胶体颗粒，然后加入絮凝剂，让二氧化硅胶粒成为絮状物，再经过一系列的工序，比如过滤，然后洗涤干燥，最后得到超细二氧化硅。这样得到的二氧化硅具有良好的分散性，粒子的直径为1～2μm、比表面积在190m2/g。

化学液相法当中的有机相制备方法，是运用了胶体的表面性质理论；原料为硅酸盐溶液，在原料中先加入分散剂，为有机分散剂，这样可以防止二氧化硅颗粒的聚集，然后经过乳化后，缓慢加酸化剂，进行沉淀反应，从而生产白炭黑。最后是在最终产品中去除有机物，可以采用煅烧的方式去除，可以得到良好性能的产品。

化学方法中的溶胶-凝胶法是比较常见的方法，该方法采用的是正硅酸乙酯为原料，原料在酸性的条件下生产玻璃态的二氧化硅。

5 白炭黑的应用

白炭黑可以应用在橡胶行业，普通的二氧化硅所能应用的地方，白炭黑都可以。除此之外，白炭黑还可以用作填料使用，做橡胶补强填料；在涂料方面，可以用作增稠剂和消光剂，利用含有白炭黑的配合物制备出的透明和半透明的涂料，具有很好的耐磨、耐气候、耐溶剂的性能；在粘合剂方面，用白炭黑做填充的粘合剂具有高的隙离强度和水煮剥离温度；在塑料方面，其填充的聚氯乙烯农用薄膜，具有很好的补强作用；利用其颗粒小的特点，可以使塑料变得更致密，能大大提高透明度和强度，以及韧性和防水性能等。

在其他方面还可以做农业的种子处理剂，使一些农作物提前成熟；还可以用在食品行业、饲料行业、酒类行业、功能纤维添加剂等领域。

6 利用煤渣制备无机硅化物的工艺路线

以煤渣为原料制备白炭黑和二氧化硅的基本原理是用Na2CO3作助燃剂对煤渣先进行高温烧结，烧结的目的是使煤渣中原含有的不溶性的物质，也是主要物质莫来石，还有一些硅酸盐的物质，让其转变为可溶酸的物质。原煤渣烧结以后，会选用助燃剂，即钠盐类的物质；烧结后让其产物溶解到酸性介质当中，当中的硅类氧化物与铝类的氧化物就可以转到酸溶液当中，再通过过滤，过滤掉不溶的杂质；然后通过温度的控制，让含Si的溶胶逐渐转为凝胶，Al的氧化物仍然在溶液当中，通过再次的过滤，把Si和Al分离，然后凝胶通过干燥与煅烧可以最终得到产品超细二氧化硅气凝胶。

参考文献：

[1]郑丽华，刘钦甫，程宏飞.白炭黑表面改性研究现状[J].中国非金属矿工业导刊，2008（01）.

[2]王慧，舒琼，龙文露，徐旺生.白炭黑制备新工艺研究[J].武汉工程大学学报，2009（01）.

[3]谭鑫，钟宏.白炭黑的制备研究进展[J].化工技术与开发，2010（07）.