一种用于粗品二氧化硅的无残留酸碱度调节工艺及应用的制作方法

1.本发明涉及粗品二氧化硅的酸碱度调节，尤其涉及应用于硅橡胶制备的粗品二氧化硅的改性及应用。


背景技术：

2.在以硅粉和氯甲烷为原料，进行有机硅的合成制备中，在生产阶段，尤其是在精馏阶段，会产生以粗单体总量计占比约4％的高沸物，该类高沸物无法通过简单的水解获得具有链型结构的高品质有机硅材料。所以行业内，一般通过转化后再行处置。从而既降低对环境的破坏，又提升了原料的利用率。
3.目前行业内较为主流的转化方法主要是湿式法和干式法两种，其中湿式法是将高沸物通过水解后，过滤除去固体杂质，静置进行油水分离，得到低品质有机硅油类物质，由于其分子量小、挥发性强，一般用于廉价、低要求场合，或者以危废处理。而干式法是将高沸物喷入由气化炉、转化窑、除尘器组成的定向转化装置中经高温处理，转化为无机硅氧化物材料，即粗品二氧化硅，可作为无机建材或精细化工添加剂使用。
4.且由于干式法使用的设备相对简单，且处理成本低，转化率更高，所有一般而言，生产企业更倾向于干式法进行高沸物的处理。
5.而且进一步的，研发人员发现制备的得到的粗品二氧化硅具有与主流气相法白炭黑类似的化学组成和物理特性。而且如果能够对酸碱度进行进一步的调节的话，就可以更广泛的应用在硅橡胶的制备中，从而进一步的拓宽该种副产物的经济价值。


技术实现要素：

6.本发明目的在于提供一种用于粗品二氧化硅的无残留酸碱度调节工艺及应用，涉及粗品二氧化硅的酸碱度可调的制备工艺，并给出了该种粗品二氧化硅应用于硅橡胶制备的启示。
7.为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
8.一种用于粗品二氧化硅的无残留酸碱度调节工艺及应用，包括以下步骤：
9.s1、收集硅粉和氯甲烷合成有机硅的过程中，在精馏工段产生的高沸物，该种高沸物为制备过程中的产物，占粗单体总量的1％，属于较难处理，且含量较多的需处理物质。
10.s2、对高沸物进行高温处理，转化其中的有机硅材料为粗品二氧化硅，其中该粗品二氧化硅中混杂有氯化氢成分；
11.s3、添加碱性物质，对得到的粗品二氧化硅进行酸碱度调节，消耗其中的氯化氢成分，并同时消耗碱性物质，以获得纯净的粗品二氧化硅材料。
12.为了尽量的获得高沸物中的硅成分，高温处理包括，将高沸物通入在气化炉中，其中气化炉的温度为600
±
50℃，气化完成后通入在转化窑处理，转化窑中的温度为1150
±
50℃。
13.其中600
±
50℃，可以将有机硅物质气化并与其他固体杂质分离，而在1150
±
50℃
中，可以通过助燃空气的加入，将将有机硅物质转化为无机粗品二氧化硅。
14.为了进一步的提升粗品二氧化硅的品质，碱性物质进行调节的工艺包括以下步骤：
15.转化炉转化完成后，对粗品二氧化硅材料进行降温，并在氮气的保护下，以流化态的形式通入在处理塔中，其中处理塔由下至上包括底部的入口、低温处理段，高温处理段以及顶部的出口，其中低温处理段处通入充足的氨气，氨气与氯化氢进行反应，生成氯化铵以及氨气的残留物，高温处理段通入助燃空气，将氯化铵和未反应的氨气进行分解，顶部的出口处排出纯净的粗品二氧化硅原料。
16.其中选用氨气进行调节，并且保护气体选用氮气主要基于以下的考虑：
17.1、传统的处理工艺中，也有部分研究人员对于该部分的二氧化硅进行酸碱度调节的尝试，但是由于要保持二氧化硅物质的纯净程度，所以一般技术人员认为，如果添加碱性物质，就会带来新的残留物，该残留物可能包括反应生成物，也可能既包括反应生成物也包括碱性物质，反而不能制备得到纯净的粗品二氧化硅产物。
18.同时又由于氯化氢极易溶于水，所以更多的研究方向放在水洗或是其他的处理方式中，该种处理方式不需要添加新的物质，且不产生新的物质，可以满足纯净性的要求，但是又会破坏粗品二氧化硅的物理尺寸，所以效果并不是很好。
19.2、氨气在高温下会分解出氢气，可以加速燃耗反应来维持高温，而且氨气与氯化氢生成的氯化铵产物，在高温下也可以分解为气相产物，从而可以做到无残留，且自身的分解可以维持该无残留必要的工艺条件。
20.为了进一步的收集获得的粗品二氧化硅材料，对排出的粗品二氧化硅原料进行捕获，获得可用于生产的粗品二氧化硅原料。
21.将该种粗品二氧化硅应用于硅橡胶的制备原料中，从而代替白炭黑等材料的使用。
22.有益效果：
23.该工艺突破传统处理的思维限制，加入酸碱度调节步骤，从而在不添加新杂质的基础上，制备得到相对纯净、酸碱度合适的粗品二氧化硅材料，可以适用于白炭黑在硅橡胶行业某些性能要求较低场景下的替代使用。
24.该种处理工艺，可以较好的处理高沸物，并且将高沸物中的硅元素进行转化使用，实现了对废弃物的产生经济价值的回收利用。且生产过程中的能源消耗以及对环境的影响均处于可控范围内，适用于工业推广。
附图说明
25.图1是该粗品二氧化硅、某气相法白炭黑(hb-615)以及不经过氨气处理的粗品二氧化硅的性能对比表；
26.图2是粗品二氧化硅在民用单组份室温硫化硅橡胶中的应用时的配比表；
27.图3是基于图2的配比制备得到的硅橡胶性能对比表。
具体实施方式
28.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，对一种用于粗品二氧化硅的无残留
酸碱度调节工艺及应用方法做进一步详细的描述。
29.实施例：
30.将液态高沸物送入至气化炉中，升温气化随即进入转化窑中，在助燃空气的作用下定向地从有机硅转化为无机硅，即粗品二氧化硅；
31.粗品二氧化硅经降温，在氮气气氛中以流化态进入氨气处理塔，再高温补集可获得氨气处理后的粗品二氧化硅。
32.工艺参数如下：
33.具体地：气化炉工作温度为600
±
50℃，旨在将有机硅物质气化与其他固体杂质分离；转化窑工作温度为1150
±
50℃，旨在将有机硅物质转化为无机粗品二氧化硅氨气处理塔按工作温度不同分2个部分：
34.低温段工作温度为415℃，旨在将粗品二氧化硅中携带的氯化氢消耗，实现其含量的降低；氨气配气比例为未氨气处理粗品二氧化硅酸值氯化氢当量的2.07倍；
35.高温段工作温度为870℃，旨在将反应生成的氯化铵和未反应氨气分解成气相，以达到气固分离的目的；该高温段需要配助燃空气，可与氨气分解后生成的氢气发生燃烧反应以达到温度的维持。
36.制备完成后，按照图2制备得到硅橡胶，并做横向的对比实验。依照图3所示的数据可知，该粗品二氧化硅不论是否经过氨气处理，其性能与主流气相法白炭黑还是有一定的差距，但是在性能要求相对较低的单组份室温硫化硅橡胶行业中，经过处理的二氧化硅材料可以作为主流气相法白炭黑的替代物使用，通过调整替代比例可实现不同性能要求；经过酸碱度处理的粗品二氧化硅，性能得到提升，尤其是悬浮液ph值上变化明显，所以其也能在较大替代量的情况下获得好的应用效果。
37.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

技术特征：
1.一种用于粗品二氧化硅的无残留酸碱度调节工艺，其特征在于，包括以下步骤：s1、收集硅粉和氯甲烷合成有机硅的过程中，在精馏工段产生的高沸物；s2、对高沸物进行高温处理，转化其中的有机硅材料为粗品二氧化硅，其中该粗品二氧化硅中混杂有氯化氢成分；s3、添加碱性物质，对得到的粗品二氧化硅进行酸碱度调节，消耗其中的氯化氢成分，并同时消耗碱性物质，以获得纯净的粗品二氧化硅材料。2.根据权利要求1所述的一种用于粗品二氧化硅的无残留酸碱度调节工艺，其特征在于，所述的高温处理包括，将高沸物通入在气化炉中，其中气化炉的温度为600
±
50℃，气化完成后通入转化窑处理，转化窑中的温度为1150
±
50℃。3.根据权利要求1所述的一种用于粗品二氧化硅的无残留酸碱度调节工艺，其特征在于，碱性物质进行调节的工艺包括以下步骤：转化炉转化完成后，对粗品二氧化硅材料进行降温，并在氮气的保护下，以流化态的形式通入在处理塔中，其中处理塔由下至上包括底部的入口、低温处理段、高温处理段以及顶部的出口，其中低温处理段处通入充足的氨气，氨气与氯化氢进行反应，生成氯化铵以及氨气的残留物，高温处理段通入助燃空气，将氯化铵和未反应的氨气进行分解，顶部的出口处排出纯净的粗品二氧化硅原料。4.根据权利要求3所述的一种用于粗品二氧化硅的无残留酸碱度调节工艺，其特征在于，对排出的粗品二氧化硅原料进行捕获，获得可用于生产的粗品二氧化硅原料。5.如权利要求1-4中任一权利要求制备得到的粗品二氧化硅的应用，其特征在于，该种粗品二氧化硅应用于单组份室温硫化硅橡胶的制备原料中。

技术总结
本发明公开了一种用于粗品二氧化硅的无残留酸碱度调节工艺及应用，包括以下步骤：S1、收集硅粉和氯甲烷合成有机硅的过程中，在精馏工段产生的高沸物；S2、对高沸物进行高温处理，转化其中的有机硅材料为粗品二氧化硅，其中该粗品二氧化硅中混杂有氯化氢成分；S3、添加碱性物质，对得到的粗品二氧化硅进行酸碱度调节，消耗其中的氯化氢成分，并同时消耗碱性物质，以获得纯净的粗品二氧化硅材料。该工艺突破传统处理的思维限制，加入酸碱度调节步骤，从而在不添加新杂质的基础上，制备得到相对纯净的粗品二氧化硅材料，可以适用于白炭黑在某些要求较低场景下的替代使用。些要求较低场景下的替代使用。些要求较低场景下的替代使用。


技术研发人员：胡晓晖 孟庆曦 赖尚艳 李坚 张建国 唐燕 葛文 汪亚军 胡孝东 孙洁
受保护的技术使用者：镇江江南化工有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/15