制備二氧化硅的幾種沉淀方法
?
二氧化硅微粉實(shí)際為很小的二氧化硅晶粒的聚集體，為無定型白色粉末，無毒無味無污染的無機(jī)非金屬材料。二氧化硅微粉結(jié)構(gòu)呈絮狀或網(wǎng)狀的準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)，具有粒度小，密度低，比表面積大，分散性能好，吸附力強(qiáng)等特點(diǎn)，其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、觸變性、光學(xué)和機(jī)械性能使其作為填充增強(qiáng)劑廣泛應(yīng)用在陶瓷、塑料、橡膠等領(lǐng)域。
(1) 傳統(tǒng)沉淀法
1.1 酸化沉淀法
酸化沉淀法制備二氧化硅工藝，主要是以水玻璃為原料，通過酸化作用使硅酸沉淀而獲得絮狀結(jié)構(gòu)的SiO，·nH，0沉淀。作為沉淀劑的酸可直接采用單一無機(jī)酸：鹽酸、硫酸、硝酸和混合無機(jī)酸等。向硅酸鈉溶液中滴加酸液，根據(jù)硅酸聚合理論，先縮合成溶膠，溶膠進(jìn)一步縮合轉(zhuǎn)換成凝膠形成沉淀。
1.2 碳化沉淀法
為了減少無機(jī)酸的消耗以及采用無機(jī)酸所帶來的環(huán)境污染問題，采用二氧化碳?xì)怏w作為潛在酸化劑的方法，俗稱碳化法。碳化法可有兩種形式：溶液碳化、噴霧碳化。溶液碳化反應(yīng)為氣一液問的反應(yīng)：A(氣)+B(液)一產(chǎn)物(固)，氣相二氧化碳A傳遞到相界面，通過液膜進(jìn)入液相硅酸鈉溶液B發(fā)生反應(yīng)。整個碳化反應(yīng)在攪拌情況下進(jìn)行。研究表明當(dāng)攪拌速度大于200r／min時，化學(xué)反應(yīng)的速度決定過程的總速度。反應(yīng)為二級反應(yīng)，開始階段二氧化碳在攪拌作用下溶解在硅酸鈉溶液中，這時期幾乎未發(fā)生反應(yīng)；當(dāng)硅酸鈉中二氧化碳濃度達(dá)一定值時，反應(yīng)開始析出沉淀；反應(yīng)結(jié)束時溶液pH一般為9～10。說明硅酸鈉溶液轉(zhuǎn)化率很低。若繼續(xù)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率升高不明顯且會生成大量的NaHCO影響產(chǎn)品質(zhì)量。因而可采取回收母液連續(xù)反應(yīng)的方式來提高轉(zhuǎn)換率。
(2) 新型沉淀法
2.1 非金屬礦物沉淀法
自然界中富含硅成分的礦物資源相當(dāng)豐富，例如硅灰石、煤矸石、硅藻土、膨潤土、蛇紋石、石英砂、粉煤灰等。為更充分利用這些礦物資源，可將這些礦物作為硅源來制備二氧化硅微粉。制備過程一般經(jīng)過礦石粉碎，酸浸或堿浸，再調(diào)節(jié)pH，過濾，干燥等步驟，主要反應(yīng)過程是將結(jié)晶態(tài)二氧化硅和硅酸鹽轉(zhuǎn)變成無定型的二氧化硅。
2.2 植物沉淀法
與采用水玻璃為硅源的傳統(tǒng)沉淀法相比，植物沉淀法的硅源不采用水玻璃而是以稻殼、稻草、麥稈、玉米秸稈、甘蔗等植物為硅源。人們發(fā)現(xiàn)這些喬本科植物經(jīng)燃燒后的灰分主要成分為SiO，其含量可以占到60％以上，且結(jié)構(gòu)為無定型，生產(chǎn)成本低，為得到經(jīng)濟(jì)有效的利用，可運(yùn)用到制備二氧化硅微粉中作為一種十分經(jīng)濟(jì)的硅源材料。將稻殼炭化，再將稻殼灰與氫氧化鈉或碳酸鈉等堿液按一定比例加熱，使稻殼灰中的二氧化硅溶解在堿液中形成水玻璃。水玻璃與酸液反應(yīng)，析出水和二氧化硅沉淀，沉淀經(jīng)過濾，洗滌，干燥制得白炭黑。
2.3 副產(chǎn)品回收法
利用一些工業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)物或廢棄物作為原料來制備白炭黑，常見的原料有黃磷陸渣、氟硅酸鈉、磷肥廠的副產(chǎn)品四氟化硅等。這些方法將少了工業(yè)廢棄物對環(huán)境的污染，資源得到充分利用一般可獲得兩種或以上化T產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益好。
2.4 模板沉淀法
以往的粒子合成技術(shù)，基本都是通過實(shí)驗(yàn)條件單純地控制微粒自發(fā)成核與生長，如今隨著納米粒子合成技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了從原來單純地控制微粒自發(fā)成核與生長，利用特定結(jié)構(gòu)的基質(zhì)為模板進(jìn)行合成。如多孔玻璃、Nation膜、沸石分子篩、大孑L離子交換樹脂、等。這些模板因其特定的結(jié)構(gòu)能夠嚴(yán)格控制微粒的粒徑。
凝膠網(wǎng)格沉淀法是制備超細(xì)顆粒的一種新型方法應(yīng)用在很多納米材料的制備中，將其用于制備納米二氧化硅。采用NaSiO，瓊脂和鹽酸為原料，先將一定濃度的NaSiO和瓊脂加熱混合形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，再將凝膠冷凍成塊狀在切成小塊用HC1浸泡，使硅酸沉淀。反應(yīng)中硅酸根被包裹在凝膠形成的網(wǎng)格中發(fā)生反應(yīng)，來自凝膠網(wǎng)格的阻力和固定的籠型結(jié)構(gòu)將使生成的硅酸粒徑得到控制最終制的納米級二氧化硅。