在气相法白碳黑生产过程中的质量控制与管理

尹智勇

摘要：本文笔者结合个人对气相法白炭黑生产加工工艺的掌握与了解，首先就气相法白炭黑生产工艺展开粗浅的探讨，并且就生产过程中对产品质量的影响与管理提出几点个人展望建议，以期为广大同行在今后的实践工作上提供有意的参考借鉴。

关键词：气相法白炭黑;生产工艺;产品质量

前言：

所谓的气相法白炭黑其就是一种化学结构为二氧化硅的多功能添加剂，因为其本身具备十分良好的稳定性、补强性与增稠性，所以在化工行业中也有着工业味精的美名，是一种真正能够在全世界范围之内进行广泛应用的纳米材料。尤其是近些年来伴随着多晶硅工业的迅猛发展，套用白炭黑生产线，并使其成为气相白炭黑的主体原料这种模式俨然已经成为一种良性的资源利用循环。所以进一步对气相法白炭黑生产工艺加以分析，做好其生产质量控制则具有十分重要的现实意义，也是笔者重点阐述的对象。

1.气相白炭黑的生产工艺

在氢氧的燃烧过程中四氧化硅发生水解反应后，会生成由N2、O2、H2O和HCI、SO2组成而成的气固混合物，并且气固混合物中的SO2在进一步的冷却过程中通过一组管状聚集器，粒子在相互碰撞时发生聚集，最终生成粒度分布适宜的大颗粒的一种生成工艺，也就是气相白炭黑生成工艺。与此同时，当固体与气相相互分离的时候，可以使用加热与蒸汽气提的方式，见固体中吸附的HCI提出，从而得到相应的气相二氧化硅产品。具体来讲气相白炭黑的生成工艺可用图1表示。

2.气相法白炭黑生成工艺技术与产品质量影响

在整个气相法白炭黑生成过程中，对燃烧炉的设计工作可以说是本工艺的关键技术难点，直接关系到产品质量。因此在燃烧炉的设计上既要能够保证喷嘴结构在原料混合上的均匀性，提高生产稳定性、连续性，还要解决材料在高温氧化氢环境之下可能出现的防腐蚀问题。为此可以使用特殊钛材质制作而成的燃烧喷嘴，一方面保证了燃料混合的均匀性，燃料的高效冷却，另一方面在反应火焰的周围包裹上了一层环溪氢氧焰，也极少了外界的反应影響，最大限度的提高了整个生产工艺的稳定性与连续性。

在气相法白炭黑生产过程中，确定四氯化硅的高温水解反应在实际生产之中的工艺控制条件，达到控制气相二氧化硅比表面积的目的也是本工艺中产品质量控制的关键技术所在。特别是四氯化硅其高温水解本身就是气相反应，大部分的流程都是气固流动状态，十分容易发生波动。所以在工业生产过程中应用气固两相时，固体表面的浓度、温度、气体主体都会所有不同，在进行动力学研究时，所测得得气流主体温度、反应物浓度均会与实际得情况产生巨大得偏差。而流动、传热、传质则决定了具体得偏差程度。因此根据固颗粒内部的传热与传质影响，动力学方程式为：R1=ft（Ts）ft（Cs）。

公式中的Ts代表的四固体的表面温度;Cs代表的四固体表面的反应物浓度。

如若按照动力学方程式对理论反应结果加以计算，那么生产比表面积为380m2/g的气相法白炭黑气体的流速为10m/s到15m/s之间;如若生产比表面积为300m2/g的气相法白炭黑的气体流速应该为8m/s到13m/s之间;如若生产比表面积为150m2/g的气相法白炭黑的气体流速则应该为7m/s到10m/s之间。在实际的生产过程中，施工人员还可以结合产品的实际需求，对生产工艺条件加以调整，并且利用DCS自动系统实现对生产系统的连续稳定。

气相二氧化硅粒子聚集控制也是气相法白炭黑生产过程中，产品质量控制的关键。因为纳米粒子其本身所具备的特殊表面结构，表面缺乏邻近的配位原子，所以具备很高的活性，在高温碰撞之下记忆发生团聚。所以可以使用AF（50）团聚系统表示颗粒的团聚程度：

在公式中的中等尺寸团聚体，其直径往往为颗粒分析中50%累计质量直径，并且随着团聚系数越大，粉体团聚现象也就越发严重。通过聚集设备设计以及相应的工艺条件，选择气相二氧化硅二次聚集体为0.2μm到0.5μm之间，附聚体的尺寸则为2μm到20μm之间，则可以满足产品的所有技术指标要求。

3.结论与展望

本文笔者通过对气相法白炭黑生产工艺技术的优化与创新，以此控制产品质量，使其能够满足气相二氧化硅的国际要求。同时，还大大的降低了四氯化硅副产物、尾气氯化氢的循环利用成本，使资源的利用效率得到了大大的提升。

与此同时，在今后气相法白炭黑生产过程中，我们还要进一步积极的探索多晶硅副产物之中那些难以处理的高沸物原材料，采取恰当的二氧化硅工艺实施方案，并且结合市场对产品的合计需求加以调整，从而探索出更多的全新产品，使其能够得到更加广泛的应用。

参考文献：

[1]吴春蕾;气相法白炭黑生产及其应用研究进展[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

[2]井元和;张健;分布式控制系统在四氯化硅生产过程中的应用[A];第十届全国信息技术化工应用年会论文集[C];2005年

[3]杨艳;化学气相沉积碳化硅[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集（下）[C];2006年

[4]孙尧俊;吴泰琉;王力平;许太明;龙英才;改性MCM-41的～（29）Si MAS NMR和～（13）C CP MAS NMR谱[A];第九届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1996年

[5]陈文;徐昱;陈位强;李群生;三氯氢硅精馏新过程的研究及其节能降耗的应用[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集（下）[C];2009年