專利名稱：一種利用四氯化硅生產食品級白炭黑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化工生產技術領域，尤其涉及一種利用四氯化硅生產食品級白炭黑。
背景技術：
四氯化硅是多晶硅生產中最大的副產物，未經處理回收的四氯化硅是一種高度有毒的物質，四氯化硅因遇到水或是水蒸氣發(fā)生強烈 反應生成氯化氫而冒煙，對環(huán)境造成嚴重污染，對人體的呼吸系統(tǒng)和皮膚造成損害。若得不到妥善處理，其必將成為多晶硅產業(yè)發(fā)展的瓶頸，所以將四氯化硅進行合理的綜合利用是一個迫切需要解決的問題。當前國際上主要有兩種方法處理四氯化硅方法之一是在高溫高壓下利用氫氣將其還原為多晶硅的主要原料三氯氫硅，國際最先進的技術其一次轉化率只有25%，但目前的技術將四氯化娃氫化成三氯氫娃的成本比直接合成三氯氫娃成本還要高，導致這一技術難以工業(yè)化應用，就是運用也是不得已而為之；方法之二是利用四氯化硅生產高附加值的氣相法白炭黑，國外主要的多晶硅公司如德國瓦克、日本德山等采用的是后一種方法，既生產多晶硅又生產白炭黑，把氣相法白炭黑和多晶硅生產緊密結合，形成一個資源互補，互相利用，共同發(fā)展的產業(yè)鏈。但氣相法白炭黑技術復雜，且投資大，非一般企業(yè)所能承受。還有一些國外公司正在研發(fā)把四氯化硅轉化成有機硅的單體或者硅烷偶聯劑等產品的技術。但這些技術目前尚未完全成熟，在實際使用中都存在一些問題，在大規(guī)模產業(yè)化上也還有待進一步的技術突破。白炭黑的制備方法從原理上劃分只有氣相法和沉淀法。氣相法是把經氣化的四氯化硅、氫氣和氧氣組成的均相氣體混合在水解鹿中燃燒，進行高溫水解反應，煙霧狀的白炭黑通過聚集器聚集，此法得到的純度高，分散度好，粒子細而呈球形，但工藝技術復雜、對設備要求高、能耗大、生產成本高。沉淀法制備白炭黑是以工業(yè)水玻璃和硫酸(或鹽酸)為原料來制備白炭黑，此法工藝簡單、成本低、對環(huán)境又沒有污染。因此，用先進、簡單的工藝把四氯化硅制成粒徑、比表面積、密度均接近氣相白碳黑的高純度沉淀白碳黑成為這一領域的發(fā)展趨勢。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種利用四氯化硅生產食品級白炭黑，旨在解決現有技術提供的處理四氯化硅及生產白炭黑的方法，存在工藝技術復雜、對設備要求高、能耗大、生產成本高、環(huán)境污染嚴重、不利于資源的循環(huán)利用的問題。本發(fā)明的目的在于提供一種利用四氯化硅生產食品級白炭黑的方法，該方法包括以下步驟對四氯化硅進行蒸餾提純處理；將水玻璃稀釋到濃度為5 15波美度；將添加劑添加到稀釋的水玻璃中，加熱并攪拌使添加劑與水玻璃混合均勻；將蒸餾提純后的四氯化硅緩慢滴加到添加劑與水玻璃的混合液中，快速攪拌并控制好滴加終點pH值；將反應獲得的白色沉淀進行陳化、過濾、洗滌、干燥、焙燒處理。進一步，所述將添加劑添加到稀釋的水玻璃中，加熱并攪拌使添加劑與水玻璃混合均勻的實現方法為 在室溫下將稀釋好的水玻璃加入到反應容器內，并加入添加劑；加熱使混合溶液達到反應所需溫度；用電動攪拌器充分攪拌5 10分鐘，攪拌速度為200 1000RPM，使添加劑與水玻
璃混合均勻。進一步，當溶液的pH值達到2 8時，停止向添加劑與水玻璃的混合液中滴加蒸餾提純后的四氯化硅。進一步，在水浴溫度為60°C時，對四氯化硅進行蒸餾提純處理；添加劑、水玻璃及四氯化硅三者之間的反應過程是在30 70°C之間進行的。進一步，所述添加劑為無水乙醇和非離子表面活性劑聚乙二醇，無水乙醇和聚乙二醇可同時加入水玻璃中或者是兩者之一單獨加入到水玻璃中，相對反應容器內水玻璃的體積，無水乙醇的用量在I 20% ;相對所產白炭黑的質量，聚乙二醇的用量在I 15%。進一步，所述添加劑為氯化鈉和無水乙醇，氯化鈉溶液的質量分數為I 25%，相對反應容器內水玻璃的體積，氯化鈉的用量為I 30% ;相對反應容器內水玻璃的體積，無水乙醇的用量為0. I 20%。進一步，所述反應獲得的白色沉淀的陳化時間為30分鐘到48小時，可在室溫下進行陳化或者保持反應時的溫度進行恒溫陳化。進一步，所述反應獲得的白色沉淀陳化后，進行過濾、洗滌、干燥、焙燒的實現方法為用去離子水洗滌至中性，用無水乙醇浸泡I 30分鐘；過濾處理后，將濾餅在80 150°C溫度下鼓風干燥I 10小時在450 500°C溫度下焙燒I 2小時。進一步，所述反應獲得的白色沉淀陳化后，進行過濾、洗滌、干燥、焙燒的實現方法為將濾餅加入去離子水使之變成懸濁液；用噴霧干燥機在100 200°C的溫度下進行噴霧干燥；在450 500°C溫度下焙燒I 2小時。進一步，該方法生產出白炭黑的平均粒徑在10納米 500納米之間。本發(fā)明提供的利用四氯化硅生產食品級白炭黑的方法，將蒸餾提純后的四氯化硅緩慢滴加到經過稀釋后含有添加劑的水玻璃中，同時快速攪拌，控制好-滴加終點PH值，整個過程的反應溫度可在30 70°C之間，最后將反應后得到的白色沉淀進行過濾、洗滌、干燥、焙燒處理，得到最終產物白炭黑；工藝過程簡單、易操作，反應條件容易控制，利于工業(yè)化生產；該方法利用多晶硅副產物四氯化硅生產出了具有高利用價值的食品級白炭黑，解決了多晶硅產業(yè)副產物四氯化硅無法處理的難題，同時大幅度地降低了白炭黑的生產成本；把白炭黑和多晶硅生產緊密結合，形成一個資源互補，互相利用，共同發(fā)展的產業(yè)鏈，達到了節(jié)約資源及保護環(huán)境的目的，具有較強的推廣與應用價值。


圖I是本發(fā)明實施例提供的利用四氯化硅生產食品級白炭黑的方法的實現流程圖。
具體實施例方式為了使 本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定發(fā)明。圖I示出了本發(fā)明實施例提供的利用四氯化硅生產食品級白炭黑的方法的實現流程。該方法包括以下步驟在步驟SlOl中，在水浴溫度為60°C時，對四氯化硅進行蒸餾提純處理；在步驟S102中，將水玻璃稀釋到濃度為5 15波美度；在步驟S103中，將添加劑添加到稀釋的水玻璃中，加熱并攪拌使添加劑與水玻璃混合均勻；在步驟S104中，將蒸餾提純后的四氯化硅緩慢滴加到添加劑與水玻璃的混合液中，快速攪拌并控制好滴加終點PH值；在步驟S105中，將反應獲得的白色沉淀進行陳化、過濾、洗滌、干燥、焙燒處理。
在本發(fā)明實施例中，將添加劑添加到稀釋的水玻璃中，加熱并攪拌使添加劑與水玻璃混合均勻的實現方法為在室溫下將稀釋好的水玻璃加入到反應容器內，并加入添加劑；加熱使混合溶液達到反應所需溫度；用電動攪拌器充分攪拌5 10分鐘，攪拌速度為200 1000RPM，使添加劑與水玻
璃混合均勻。在本發(fā)明實施例中，當溶液的pH值達到2 8時，停止向添加劑與水玻璃的混合液中滴加蒸餾提純后的四氯化硅。在本發(fā)明實施例中，添加劑、水玻璃及四氯化硅三者之間的反應過程是在30 70°C之間進行的。在本發(fā)明實施例中，添加劑為無水乙醇和非離子表面活性劑聚乙二醇，無水乙醇和聚乙二醇可同時加入水玻璃中或者是兩者之一單獨加入到水玻璃中，相對反應容器內水玻璃的體積，無水乙醇的用量在I 20% ;相對所產白炭黑的質量，聚乙二醇的用量在I 15%。在本發(fā)明實施例中，添加劑為氯化鈉和無水乙醇，氯化鈉溶液的質量分數為I 25%，相對反應容器內水玻璃的體積，氯化鈉的用量為I 30% ;相對反應容器內水玻璃的體積，無水乙醇的用量為0. I 20%。在本發(fā)明實施例中，反應獲得的白色沉淀的陳化時間為30分鐘到48小時，可在室溫下進行陳化或者保持反應時的溫度進行恒溫陳化。在本發(fā)明實施例中，反應獲得的白色沉淀陳化后，進行過濾、洗滌、干燥、焙燒的實現方法為用去離子水洗滌至中性，用無水乙醇浸泡I 30分鐘；過濾處理后，將濾餅在80 150°C溫度下鼓風干燥I 10小時在450 500°C溫度下焙燒I 2小時。在本發(fā)明實施例中，反應獲得的白色沉淀陳化后，進行過濾、洗滌、干燥、焙燒的實 現方法為將濾餅加入去離子水使之變成懸濁液；用噴霧干燥機在100 200°C的溫度下進行噴霧干燥；在450 500°C溫度下焙燒I 2小時。在本發(fā)明實施例中，該方法生產出白炭黑的平均粒徑在10納米 500納米之間。下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應用原理作進一步描述。如圖I所示，本發(fā)明實施例提供的技術方案是a)在水浴60°C左右將多晶硅副產物四氯化硅進行蒸餾，得到純的四氯化硅以備用；b)將水玻璃進行稀釋，稀釋到濃度為5 15波美度；c)在室溫下將稀釋好的水玻璃加入到反應容器內，并加入添加劑，然后加熱到反應所需溫度30 70°C之間，同時用電動攪拌器充分攪拌混合液5 10分鐘，攪拌速度為200 1000RPM ；d)將四氯化硅緩慢地滴加到快速攪拌的水玻璃中，當反應容器內溶液的pH值達到2 8時停止滴加四氯化硅，其反應式為2Na2Si03+SiCl4+3nH20 = 3Si02. nH20+4NaCle)停止攪拌后將反應溶液陳化30分鐘 48小時，陳化有兩種方式1.在室溫下陳化；2.保持反應時的溫度進行恒溫陳化；陳化處理后，用去離子水洗滌沉淀至洗滌溶液顯中性，再用無水乙醇浸泡沉淀I 30分鐘；過濾后，將濾餅在80 150°C溫度下鼓風干燥I 10小時，再在450 500°C溫度下焙燒I 2小時，或者是將濾餅加入去離子水使之變成溶液，然后用噴霧干燥機在100 200°C (噴頭處溫度)的溫度下進行噴霧干燥,再在450 500°C溫度下焙燒I 2小時，得到白炭黑粉末。實施方案I :a)在水浴60°C左右將多晶硅副產物四氯化硅進行蒸餾，得到純的四氯化硅以備用。b)將水玻璃進行稀釋，稀釋到濃度為9 10波美度(° Be)。c)在室溫下將稀釋好的水玻璃IOOmL加入到反應容器內，并加入IOmL無水乙醇和IOmL聚乙二醇保持反應溫度在30°C，用電動攪拌器充分攪拌混合液5 10分鐘，攪拌速度為 700RPM。d)將四氯化硅以I滴/(2 3)秒的速度滴加到水玻璃中，當反應溶液的pH值達到7. 5時有白色沉淀生產停止滴加四氯化硅。e)停止攪拌后將反應溶液保持反應溶液溫度不變，陳化I小時后立即進行過濾，用去離子水洗滌沉淀至洗滌溶液顯中性，再用無水乙醇浸泡沉淀10分鐘。把無水乙醇過濾掉，將濾餅在80°C溫度下鼓風干燥8小時，再在450°C溫度下焙燒2小時，即得到了粉末狀白炭黑。所得樣品平均粒徑為100 200nm，比表面積為500m2/g，二氧化硅質量百分含量為 98. 5%。實施方案II a)在水浴60°C左右將多晶硅副產物四氯化硅進行蒸餾，得到純的四氯化硅以備用。b)將水玻璃進行稀釋，稀釋到濃度為9 10波美度(° Be)。c)在室溫下將稀釋好的水玻璃IOOmL加入到反應容器內，并加入20mL無水乙醇保持反應溫度在30°C，用電動攪拌器充分攪拌混合液5 10分鐘，攪拌速度為700RPM。d)將四氯化硅以I滴/(2 3)秒的速度滴加到水玻璃中，當反應溶液的pH值達到6. 0時停止滴加四氯化娃。
e)停止攪拌后將反應溶液保持反應溶液溫度不變陳化I小時后立即進行過濾，用去離子水洗滌沉淀至洗滌溶液顯中性，再用無水乙醇浸泡沉淀10分鐘。把無水乙醇過濾掉，將濾餅在80°C溫度下鼓風干燥8小時，再在450°C溫度下焙燒2小時，即得到了粉末狀白炭黑。所得樣品平均粒徑為350 400nm，比表面積為463m2/g，二氧化硅質量百分含量為 98. 2%。實施方案III :a)在水浴60°C左右將多晶硅副產物四氯化硅進行蒸餾，得到純的四氯化硅以備用。b)將水玻璃進行稀釋，稀釋到濃度為5 6波美度(° B6)。c)在室溫下將稀釋好的水玻璃IOOmL加入到反應容器內，并加入20mL質量分數為20%的NaCl溶液和0. 5mL無水乙醇，然后升高溫度到50°C同時用電動攪拌器充分攪拌混合液5 10分鐘，攪拌速度為700RPM。d)將四氯化硅以I滴/(2 3)秒的速度滴加到水玻璃中，當反應溶液的pH值達到5. 0時停止滴加四氯化硅。e)停止攪拌后將反應溶液在室溫下靜置12小時，然后進行過濾并用去離子水洗滌沉淀至洗滌溶液顯中性并用AgNO3測試無Cr，再用無水乙醇浸泡沉淀10分鐘。把無水乙醇過濾掉，然后加入去離子水，使之變成質量分數為20 30%的懸濁液，用噴霧干燥機在135°C (噴頭處溫度)的溫度下進行噴霧干燥，再在450°C溫度下焙燒I小時，即得到粉末狀白炭黑。所得樣品平均粒徑為150 200nm，比表面積為475m2/g，二氧化硅質量百分含量為98. 2%。實施方案IV 反應物配比及其他反應條件同實施方案III所述，停止攪拌后保持反應時的溫度不變進行恒溫陳化，陳化時間為30分鐘。所得樣品平均粒徑為120 200nm，比表面積為480m2/g，二氧化硅百分含量為98. 1%。本發(fā)明實施例提供的利用四氯化硅生產食品級白炭黑的方法，將蒸餾提純后的四氯化硅緩慢滴加到經過稀釋后含有添加劑的水玻璃中，同時快速攪拌，控制好滴加終點PH值，整個過程的反應溫度可在30 70°C之間，最后將反應后得到的白色沉淀進行過濾、洗滌、干燥、焙燒處理，得到最終產物白炭黑；工藝過程簡單、易操作，反應條件容易控制，利于工業(yè)化生產；該方法利用多晶硅副產物四氯化硅生產出了具有高利用價值的食品級白炭黑，解決了多晶硅產業(yè)副產物四氯化硅無法處理的難題，同時大幅度地降低了白炭黑的生 產成本；把白炭黑和多晶硅生產緊密結合，形成一個資源互補，互相利用，共同發(fā)展的產業(yè)鏈，達到了節(jié)約資源及保護環(huán)境的目的，具有較強的推廣與應用價值。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種利用四氯化硅生產食品級白炭黑的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 對四氯化硅進行蒸餾提純處理； 將水玻璃稀釋到濃度為5 15波美度； 將添加劑添加到稀釋的水玻璃中，加熱并攪拌使添加劑與水玻璃混合均勻； 將蒸餾提純后的四氯化硅緩慢滴加到添加劑與水玻璃的混合液中，快速攪拌并控制好滴加終點PH值； 將反應獲得的白色沉淀進行陳化、過濾、洗滌、干燥、焙燒處理。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述將添加劑添加到稀釋的水玻璃中，加熱并攪拌使添加劑與水玻璃混合均勻的實現方法為 在室溫下將稀釋好的水玻璃加入到反應容器內，并加入添加劑； 加熱使混合溶液達到反應所需溫度； 用電動攪拌器充分攪拌5 10分鐘，攪拌速度為200 1000RPM，使添加劑與水玻璃混合均勻。
3.如權利要求I所述的方法，其特征在于，當溶液的pH值達到2 8時，停止向添加劑與水玻璃的混合液中滴加蒸餾提純后的四氯化硅。
4.如權利要求I所述的方法，其特征在于，在水浴溫度為60°C時，對四氯化硅進行蒸餾提純處理；添加劑、水玻璃及四氯化硅三者之間的反應過程是在30 70°C之間進行的。
5.如權利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，所述添加劑為無水乙醇和非離子表面活性劑聚乙二醇，無水乙醇和聚乙二醇可同時加入水玻璃中或者是兩者之一單獨加入到水玻璃中，相對反應容器內水玻璃的體積，無水乙醇的用量在I 20% ;相對所產白炭黑的質量，聚乙二醇的用量在I 15%。
6.如權利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，所述添加劑為氯化鈉和無水乙醇，氯化鈉溶液的質量分數為I 25%，相對反應容器內水玻璃的體積，氯化鈉的用量為I .30% ;相對反應容器內水玻璃的體積，無水乙醇的用量為O. I 20%。
7.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述反應獲得的白色沉淀的陳化時間為30分鐘到48小時，可在室溫下進行陳化或者保持反應時的溫度進行恒溫陳化。
8.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述反應獲得的白色沉淀陳化后，進行過濾、洗滌、干燥、焙燒的實現方法為 用去離子水洗漆至中性，用無水乙醇浸泡I 30分鐘； 過濾處理后，將濾餅在80 150°C溫度下鼓風干燥I 10小時在450 500°C溫度下焙燒I 2小時。
9.如權利要求I或8所述的方法，其特征在于，所述反應獲得的白色沉淀陳化后，進行過濾、洗滌、干燥、焙燒的實現方法為 將濾餅加入去離子水使之變成懸濁液； 用噴霧干燥機在100 200°C的溫度下進行噴霧干燥； 在450 500°C溫度下焙燒I 2小時。
10.如權利要求I所述的方法，其特征在于，該方法生產出白炭黑的平均粒徑在10納米 500納米之間。
全文摘要
本發(fā)明屬于化工生產技術領域，提供了一種利用四氯化硅生產食品級白炭黑的方法，將蒸餾提純后的四氯化硅緩慢滴加到經過稀釋后含有添加劑的水玻璃中，同時快速攪拌，控制好滴加終點pH值，然后將反應后得到的白色沉淀進行過濾、洗滌、干燥、焙燒處理，得到最終產物白炭黑；工藝過程簡單、易操作，反應條件容易控制，利于工業(yè)化生產；該方法利用多晶硅副產物四氯化硅生產出了具有高利用價值的食品級白炭黑，解決了多晶硅產業(yè)副產物四氯化硅無法處理的難題，同時大幅度地降低了白炭黑的生產成本；把白炭黑和多晶硅生產緊密結合，形成一個資源互補，互相利用，共同發(fā)展的產業(yè)鏈，達到了節(jié)約資源及保護環(huán)境的目的，具有較強的推廣與應用價值。
文檔編號C01B33/12GK102659118SQ20121012081
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權日2012年4月24日
發(fā)明者侯清麟, 寥坤, 王吉清, 陶炳 申請人:湖南工業(yè)大學