中国沉淀法白炭黑产业发展现状及展望

邵 强，郭轶琼，朱春雨

（中海油天津化工研究设计院有限公司，天津300131）

沉淀法白炭黑又称水合二氧化硅， 为外观呈白色、多孔性无定形粉末，具有化学惰性，电绝缘性高、内表面积大、耐高温、不燃、无毒、无味、无嗅。常采用水玻璃溶液与酸（通常使用硫酸）反应，经沉淀、过滤、洗涤、干燥而成，其组成可用化学分子式SiO2·nH2O 表示，其中nH2O 是以表面羟基形式存在，不溶于水及绝大多数酸，能溶于苛性钠和氢氟酸。沉淀法白炭黑作为橡胶补强材料， 可显著提高橡胶产品拉伸强度、耐磨、抗老化、抗撕裂等力学性能，广泛应用于橡胶工业、动物饲料载体、食品、医药、口腔护理、造纸、涂料、农化、硅橡胶等多个领域。

1 基本情况

白炭黑行业发展离不开人们消费需求的增长，当前乃至今后很长一段时间的消费需求增长仍将是推动中国白炭黑行业产能增长的主要动力。近年来，在“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念指导下，白炭黑行业总体保持持续健康发展，产品生产能力和产量均有一定幅度增长。 表1 给出了2015—2019 年中国沉淀法白炭黑产能及产量增长情况。

表1 2015—2019 年中国沉淀法白炭黑产能及产量增长情况

2015—2019 年中国沉淀法白炭黑产能年均增长率为4.2%，产量年均增长率为8.66%。 截至2019年，中国沉淀法白炭黑生产厂家共54 家，总生产能力达234.5 万t/a，实际产量为176 万t/a，其中规模在5 万t/a 以上的企业数量为17 家，产能为169.1 万t/a，产量为138.1 万t/a。 表2 为2019 年全国沉淀法白炭黑生产能力为5 万t/a 以上的厂家，表3 为按企业规模划分的2019 年全国沉淀法白炭黑生产能力和产量。

表2 2019 年全国沉淀法白炭黑产能为5 万t/a 以上厂家

表3 2019 年全国沉淀法白炭黑产能和产量（按企业规模）

由于纯碱、 石英砂等沉淀法白炭黑原材料集中在中国华东地区，且该地区亦为中国轮胎、鞋业、硅橡胶企业的生产聚集地， 故沉淀法白炭黑生产厂家主要分布在福建、山东、江苏等华东地区，产能占全国的80%以上。 中国沉淀法白炭黑企业地区分布及产能统计详见表4。

表4 中国沉淀法白炭黑企业地区分布及产能统计

随着人们节能环保意识的增强，近年国内“绿色轮胎”用高分散性沉淀法白炭黑（HDS）需求增长势头迅猛。经过技术攻关，国内高分散沉淀法白炭黑取得了长足进步，逐渐代替进口，实现了国产化。 确成硅化学股份有限公司、福建三明正元化工有限公司、龙星化工股份有限公司、 江西黑猫炭黑股份有限公司、山东联科新材料股份有限公司、通化双龙化工股份有限公司等11 家国内知名企业已具备较大的生产能力，产品质量符合GB/T 32678—2016《橡胶配合剂高分散沉淀水合二氧化硅国家标准》。 2019 年国内高分散白炭黑产能详见表5。

表5 2019 年高分散白炭黑产能

2 进出口情况

随着生产能力和技术水平的不断提高， 中国沉淀法白炭黑从生产规模、 生产技术到产品品种和质量等方面与赢创、索尔维、PPG 等国外著名沉淀法白炭黑制造商差距逐步减小，产品除可满足国内橡胶、涂料等主要工业领域的市场需要外，依靠原材料、劳动力、能源等成本优势，产品大规模进军国际市场，产品主要出口欧洲、韩国、巴西、东南亚等国家和地区。 2019 年虽然受到中美贸易摩擦影响，沉淀法白炭黑同美国进出口贸易额有所下降， 但同美国以外的其他国家和地区贸易额增幅较大， 尤其是欧洲和南美的国家和地区， 基本抵消了和美国的贸易摩擦影响， 总体上进出口量和2018 年相比略有增加。2019 年其他二氧化硅进出口情况详见表6。

2018 年中国其他二氧化硅出口量为40.94 万t，2019 年约为43.3 万t，同比增长5.8%。 2018 年进口量为7.53 万t，2019 年约为7.0 万t，同比下降7%。虽然国内沉淀法白炭黑产品出口量很大，出口量逐年增加，但同进口产品相比，单位产品价格明显偏低。进口量的下降，显示出中国白炭黑技术的长足进步， 但特殊用途的白炭黑品种和国外企业相比尚有差距， 进口品种主要为特殊用途高分散白炭黑和气相法白炭黑。

表6 2019 年其他二氧化硅进出口情况表

3 消费状况

沉淀法白炭黑作为橡胶补强材料， 主要用于鞋类、 轮胎和其他浅色橡胶制品。 中国制鞋业发展迅猛，已成为世界上最大的鞋类生产和出口国。鞋子作为日常生活必需品， 白炭黑在鞋类制品中的消费量一直占有较大份额。制鞋业是劳动密集型产业，其发展和转移受到土地资源、劳动力成本、原材料供应、环境保护及销售市场等多方面影响和制约。近年来，因不断上涨的劳动力成本、 原材料及汇率波动等因素， 中国有不少鞋企开始向东南亚地区转移生产基地。 根据国家统计局公布数据，2017 年中国皮革鞋靴产量为44.77 亿双，2019 年中国皮革鞋靴产量约为39.66 亿双，同比减少11.41%，进而导致国内制鞋用白炭黑消费比例呈现下降趋势。

作为“绿色轮胎”配套专用材料，高分散白炭黑在轮胎产品中的用量不断攀升， 对白炭黑全球需求增长构成了强劲支撑。 一方面是随着轮胎行业绿色制造的需求，白炭黑添加比例加大；另一方面，中国轮胎制造业拥有完整的配套工业支撑，自2006 年以来稳居世界最大轮胎生产国和橡胶消费国， 轮胎产量约占世界总产量的四分之一， 需求稳定， 市场广阔。 华经产业研究院数据显示：2018 年1—12 月份全国橡胶轮胎外胎产量为81 640.7 万条，2019 年1—12 月份橡胶轮胎外胎产量为84 226.2 万条，同比增长1.9%。

沉淀法白炭黑在农药、 饲料等行业中用作载体或流动剂、在牙膏中用作摩擦剂和增稠剂，在涂料行业用作分散剂、抗沉降剂或消光剂，医药、食品等行业用作吸附剂等也得到了广泛应用。 在非橡胶行业中，农药、兽药、饲料行业消费比例高于国外比例，而在涂料和牙膏行业消费比例则低于国外比例， 国内造纸行业尚无具体应用案例。 具体消费情况见表7。

表7 中国沉淀法白炭黑行业消费比例

4 技术进展

1）国标制定。《橡胶配合剂高分散沉淀水合二氧化硅国家标准》（GB/T 32678—2016），于2017 年1 月1 日正式实施。

2）科技成果。 由瓮福集团与清华大学共同完成的湿法磷酸高值化与清洁生产的微化工技术及应用获得2019 年国家科技进步二等奖。该技术发明了国际上最为简捷的生产食品级磷酸的生产工艺和副产氟硅渣氨法生产纳米二氧化硅的绿色微反应工艺。

3）论文发表。2019 年国内各种刊物发表沉淀法白炭黑制备、应用及改性论文共50 余篇。 主要集中在3 个方面。

①制备工艺技术研究。 如：“沉淀法白炭黑的制备及其填充SSBR/BR 的研究”［1］；“由低模数水玻璃制备纳米白炭黑的分散剂筛选”［2］；“粉煤灰中提取白炭黑工艺的研究”［3］。

②沉淀法白炭黑改性研究。 如：“白炭黑表面改性方法与工艺探讨”［4］；“MTS 有机改性白炭黑及其性能表征”［5］；“硅烷偶联剂改性粉煤灰基白炭黑及其分散性能”［6］。

③沉淀法白炭黑应用研究。 如：“高分散性白炭黑的特性表征及其对胶料性能的影响”［7］；“不同白炭黑的分散性及其补强天然橡胶的性能研究”［8］；“白炭黑分散剂在甲基乙烯基硅橡胶/丁苯橡胶并用胶中的应用”［9］；“炭黑/白炭黑复合填料网络在天然橡胶屈挠疲劳过程中的作用分析”［10］。

4）专利申请。 2019 年国内申请沉淀法白炭黑制备和应用发明专利和实用新型专利共60 余项，主要有：沉淀法白炭黑新产品、新工艺；沉淀法白炭黑改性技术； 沉淀法白炭黑应用技术等。 表8 列出2019 年国内沉淀法白炭黑申请的部分制备/应用专利。

表8 2019 年国内沉淀法白炭黑申请的部分制备/应用专利

5 发展趋势

中国人口超过14 亿，作为“智能材料”之一的白炭黑人均消费量还很低， 随着人们生活水平的提高和消费习惯的改变， 白炭黑的国内需求仍将保持较快的增长速度。 市场调研机构（FMI）研究报告预测，2016—2026 年，全球二氧化硅市场年复合增长率为5.8%。 中国将推动这一地区需求增长，作为全球最大的特种二氧化硅消费国， 中国或将成为世界上增长速度最快的市场之一。 预测未来国内沉淀法白炭黑增长点集中于汽车轮胎、硅橡胶、牙膏、涂料、饲料、 二氧化硅气凝胶等领域， 尤其是低滚动阻力的“绿色轮胎”的制造。 作为“绿色轮胎”补强材料的高分散白炭黑将成为中国白炭黑市场的主流产品［11］，高分散白炭黑生产技术的开发和应用将带动整个行业升级和发展。

6 结束语

经过近40 a 的发展， 中国沉淀法白炭黑从无到有、从单套生产装置不足500 t/a，到如今单套生产装置高达5 万t/a；产品品种从单一制鞋用，到如今涵盖制鞋、轮胎、硅橡胶、涂料、牙膏、食品、饲料等众多领域，取得了令世界瞩目的成就。但国内白炭黑生产企业在产品应用研发、产业链延伸、数字化应用等方面和国外白炭黑生产巨头相比尚有不小差距， 国内企业应联合科研机构加大这方面研发投入， 实现从生产型制造向服务型制造转变， 开发更多更好的产品， 拓展产品用途以满足人们不断增长的美好生活需要。