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硅化学品项目
      无机硅化学品的基础原料是二氧化硅(石英砂)和碱(纯碱、烧碱或硫酸钠),由此加工成基础化学品硅酸钠(泡化碱、水玻璃),可以应用于国民经济的各个生产领域。以硅酸钠为原料,再进行深加工、精细化,可以生产多种硅化合物,既满足不同工业领域的需求,又显著提高了硅酸钠的附加值。硅酸钠的深加工,是我国无机化工产品发展重点之一,又是我国优先发展的精细化学品。市场比较好的品种有:速溶硅酸钠、硅酸钾钠、耐低温硅酸钠、五水偏硅酸钠、无水偏硅酸钠、九水偏硅酸钠、沉淀二氧化硅(白炭黑)、二氧化硅气凝胶、硅溶胶、各种硅胶、超细硅酸铝、 硅酸锂、硅酸铅、4A沸石、各型分子筛、层状结晶二硅酸钠、速溶层状偏硅酸钠、聚合多硅酸钠、甲基硅酸钠等等。

                          偏硅酸钠系列

    

偏硅酸钠被国家列为“我国优先发展的精细化学品”和“今后我国无机化工产品发展重点”之一.偏硅酸钠是硅酸的一种盐,分子式可以写成Na2SiO3·nH2O。偏硅酸钠是普通泡化碱与烧碱水热反应而制得的低分子晶体,商品有无水、五水和九水合物,其中九水合物只有我国市场上存在,是在上世纪80年代急需偏硅酸钠而仓促开发的技术含量较低的应急产品,因其熔点只有42,贮存时很容易变为液体或膏状,正逐步被淘汰,但由于一些用户习惯和一些领域对结晶水不是很在意,九水偏硅酸钠还是有一定市场。

在无机电解质中,偏硅酸钠的活性碱度和PH缓冲指数最高,有较强的润湿、乳化和皂化油脂的作用,在去除、分散和悬浮污垢方面具有优秀的表现,并能阻止污垢的再沉积。将偏硅酸钠应用到洗涤剂中,国外已有四十多年的历史,应用技术比较成熟;国内应用到洗涤剂和其它多种行业中也有20多个年头,是一个成熟的化工产品,同时也具有成熟的和广阔的市场。偏硅酸钠在洗涤剂、陶瓷、电镀、纺织、印染、造纸、水泥、混凝土、耐火材料、油脂和皮革加工等工业领域有着大量的应用。目前应用量较大的行业排序是:陶瓷、工业清洗、洗涤剂、混凝土、印染、造纸、水泥、石油开采、其它。

近几年,偏硅酸钠随着陶瓷等相关行业的快速发展,市场需求也增长迅速。无水偏硅酸钠由几千吨增长到近10万吨;五水偏硅酸钠更是几年一个台阶,由2万吨上升到30多万吨;九水偏硅酸钠在保有市场的情况下,也随着低档陶瓷的扩张而有较大幅度增长。偏硅酸钠需求增长的另一个因素就是磷酸盐价格的走高,这样就促使相当一部分用量转移到替代品偏硅酸钠上来。据专家预测,市场对偏硅酸钠各品种的需求在随后几年还会有较大释放,但市场竞争和优胜劣汰也不可避免。

1  五水偏硅酸钠:

在偏硅酸钠品种中,应用最多、最为典型的就是五水偏硅酸钠,其结晶体的分子式通常写作Na2SiO3·5H2O,实际上是带两个阳离子的正硅酸二氢二钠的四水合物,溶解度(2050g/100g水,熔点72。五水偏硅酸钠具有硅酸钠和偏硅酸钠的一般特性,并有一定的钙镁离子束缚能力,尤其对镁离子的结合容量大于260mgMgCO2/g3520min)。

五水偏硅酸钠就生产工艺来说,归结起来有三种形式:一是“连续造粒法”,是将偏硅酸钠溶液通过造粒结晶装置,直接连续造成要求大小的颗粒,质量指标符合HG/T2568-94标准要求,产品外观呈球型颗粒,白度高,流动性好,属高档产品,这种方法适合大规模生产但技术性较强不易掌握。一是“结晶脱水法”和“结晶粉碎法”。“结晶脱水法”又称母液循环法,是将偏硅酸钠溶液加晶种或母液降温结晶,离心脱水后动态干燥筛分,得到粉粒状产品,这种方法大规模生产比较困难,但产品外观和流动性都比较好,理化指标也能达到HG/T2568-94标准要求。“结晶粉碎法”这种方法是将偏硅酸钠溶液浓缩至要求浓度,通过添加晶种和添加剂引导溶液全部结晶成块状固体,游离水全部转化为结晶水,将固体粉碎后即为成品,这种方法的优点就是投资较小,但对晶体结构破坏比较严重,对气候环境和控制条件要求比较苛刻,劳动强度大,产品白度低,容易吸潮结块,理化指标一般达不到HG/T2568-94标准要求。颗粒状产品使用无粉尘,能够达到出口要求;而后两种方法生产的粉粒状产品使用粉尘大,出口受到限制。

2  无水偏硅酸钠:

无水偏硅酸钠分子式Na2SiO3PH12.4左右,熔点1089,表现密度0.81.2g/cm3,水中溶解速度较快,不会出现玻璃化现象。无水偏硅酸钠在某些领域的应用性能优于水合偏硅。无水偏硅酸钠颗粒均匀,比表面积大,吸油值高,有利于去除油污;无水偏硅酸钠总碱和二氧化硅总含量≥94%,与水合偏硅相比提高了对CaMg离子的结合容量,对促进硬水软化,调节和稳定PH值,改善表面活性剂性能,提高去污力,分散洗脱的污垢以及保持良好的粉状结构等都有重要的作用。无水偏硅酸钠不会析出结晶水,对洗涤剂中有机氯、过氧化物、漂白增效剂等表现出特别的相容性和稳定性,助洗效果明显优于水合偏硅和4A沸石。基于无水偏硅酸钠络合镁离子能力比较强,4A沸石络合钙离子能力比较强,所以在无水偏硅酸钠-4A沸石二元助剂中,二者优势互补,有足够的螯合钙镁离子能力,对表面活性剂的协同作用具有优秀的表现。国外洗衣粉和我国企业为国外代加工的洗衣粉都会大量添加无水偏硅酸钠。

无水偏硅酸钠与水合偏硅酸钠的应用领域有交叉,但在对结晶水比较敏感的领域,会选择无水偏硅而尽量不采用水合偏硅。虽然国内无水偏硅的市场用量较水合偏硅差距较大,但近几年市场需求量增长迅速。但国内生产量太小,呈严重供不应求的形势。

3  九水偏硅酸钠:

九水偏硅酸钠的分子式是Na2SiO3·9H2O结晶水含量达到58%,溶解度(2038g/100g水,但溶解速度较快;熔点41.6,在30~40时,就会释放结晶水,给使用带来不便;储存时,自溶板结现象比较严重。

九水偏硅酸钠在陶瓷等许多对结晶水不要求的行业中,用量还不小,市场比较稳定,每年7-10万吨的需求量。

               

              黑(沉淀二氧化硅)

性质

    白炭黑又称水合硅酸、轻质二氧化硅,化学表达式一般写成mSiO2nH2O,外观为白色高度分散的无定形粉末或絮状粉末,也有加工成颗粒状作为商品的。比重为2.3192.653,熔点为1750℃。不溶于水及绝大多数酸,在空气中吸收水分后会成为聚集的细粒。能溶于苛性钠和氢氟酸。对其它化学药品稳定,耐高温不分解,不燃烧。具有很高的电绝缘性,多孔性。内表面积大,在生胶中有较大的分散力。经表面改性处理的憎水性白炭黑易溶于油内,用于橡胶和塑料等作为补强填充剂,都会使其产品的机械强度和抗撕指标显著提高。由于制造方法不同,白炭黑的物化性质、微观结构均会有一定差异,故其应用领域和应用效果也不同。

用途:

   白炭黑的用途很广,且不同产品具有不同的用途。用作合成橡胶的良好补强剂,其补强性能仅次于炭黑,若经超细化和恰当的表面处理后,甚至优于炭黑。特别是制造白色、彩色及浅色橡胶制品时更为适用。用作稠化剂或增稠剂,合成油类、绝缘漆的调合剂,油漆的退光剂,电子元件包封材料的触变剂,荧光屏涂覆时荧光粉的沉淀剂,彩印胶板填充剂,铸造的脱模剂。加入树脂内,可提高树脂防潮和绝缘性能。填充在塑料制品内,可增加抗滑性和防油性。填充在硅树脂中,可制成耐200℃以上的塑料。在造纸工业中用作填充剂和纸的表面配料。

气相白炭黑属于高补强填充材料,由于成本较高等原因,除特殊场合如硅橡胶补强用外,一般不采用。沉淀白炭黑是橡胶补强广泛使用的材料,一般说来,由于沉淀白炭黑(超细的、表面处理的例外)补强效果还不及炭黑好,故属半补强填充材料。因此要根据使用场合决定代替炭黑的百分数。沉淀白炭黑用于橡胶制品有汽车、翻斗车、卡车、拖拉机、叉车、自行车等的内外胎,工业用皮带、胶管、衬垫、胶板、粮食加工用脱谷胶辊,以及胶鞋等各种橡胶工业制品中都或多或少地要用到白炭黑。在普通轮胎内添加一定量的白炭黑能提高轮胎的使用寿命。据原西德一家公司轮胎配方研究试验结果表明,若能增配1020份白炭黑就可以改善胶接性和抗撕裂性,使轮胎行驶里程提高,同时还能增强轮胎对路面的抓着力,以利于安全行车。我国轮胎行驶里程低于国际水平,不使用白炭黑是原因之一。此外,由于炭黑发热量大,国外用于高速公路的汽车轮胎也趋向于添加白炭黑。目前国内外市场对自行车车胎的要求也日益多样化,如轮胎胎边彩色化及闪光圈等花式新品种,都是用白炭黑代替炭黑生产的。在胶鞋的生产中,人们对胶鞋、雨靴、运动鞋、旅游鞋、健身鞋、芭蕾鞋等,不但要求牢度,而且要求色调美观、舒适轻便。白炭黑既具有良好的补强性、耐磨性、防滑性和鞋面粘着性,又是一种良好的浅色补强材料,因此在胶鞋的发展中为提供鞋的质量和款式起着重要作用。

    白炭黑在聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、环氧树脂等塑料中都可作为填充材料,可以提高塑料的弹性强度和耐磨性,以及硬度的热稳定性能。用于电缆还可以提高电缆的电绝缘性,如甲基乙烯基硅橡胶高压线就要用气相白炭黑或高质量的沉淀白炭黑。在两层塑料薄膜之间往往不易分开,装袋时袋口很难打开,则白炭黑就是很顶用的开口剂。当聚氯乙烯作家庭地板材料时,如若加入了一定的白炭黑,则可改进产品硬度、弹性、热变性等性能。

    白炭黑做纸张的上胶剂,可提高纸张的白度和不透明度,改进印刷性、耐油性、耐磨性、手感性和光泽性。用于晒图纸,可使纸表面质量好、油墨稳定、背面无裂隙;用于叠氮纸中,可生产出优质兰图纸;用于铜板纸中可代替钛白;特别是用于新闻纸,加入12%的白炭黑,可使纸的重量减轻10%,不仅纸薄,而且能提高强度,除能防止油墨渗透,使印刷文字清晰外,还可增加不透明度。

白炭黑具有触变性能,在涂料中添加少量白炭黑,能使涂层消除液滴沉降现象。在不饱和聚酯涂料中,只要添加0.52%浓度的白炭黑,就能使这种涂料在垂直表面上每次涂500g/m2也不会发生液滴和皱折。在颜料中添加白炭黑,不仅能防止颜料的沉淀,且能提高对颜料、染料的吸附性,改进分散性。当用作乳化涂料的填料时,可提高热稳定性。为了满足涂料和油墨消光剂对白炭黑的要求,国外研制和生产了消光剂专用品。当硝基清漆以及类似涂料含有沉淀白炭黑消光剂,可改进油漆非沉淀性能,并能使涂料易分散,仅有少量的增稠影响,悬浮性好,有极好的消光特性,高透明度和好的耐磨性能。在印刷油墨中加入0.5%的白炭黑,印刷效果好,可消除未分散油墨渗透的影响,改进印刷材料的耐洗性,增加颜色的光泽度。

此外,白炭黑在农药、医药、粘合剂、牙膏及日常化妆品中也有各种不同程度的使用和发挥着各种有益的功能。

生产方法:

    白炭黑的生产方法,主要是沉淀法和气相法两大类型。由于沉淀法所用原料便宜,易得,生产工艺和设备较为简单,产品售价低,因而目前占主导地位。

    沉淀法又称湿法,主要原材料为石英砂、纯碱、工业盐酸或硫酸或硝酸或二氧化碳。其工艺路线大体上是:先采用燃油或优质煤在高温下将石英砂与纯碱反应制得工业水玻璃,工业水玻璃用水配制成一定浓度的稀溶液,然后在一定条件下加入某种酸,使二氧化硅沉淀出来,再经清洗、过滤、干燥(烘干或喷雾)、粉碎、制得产品白炭黑。沉淀法又分酸法、溶胶法、碳化法等许多不同的具体方法,我国主要是采用酸法酸法是将可溶性硅酸盐与硫酸(或其它酸)一起反应,当反应液到达某一pH值时停止加酸反应,进行陈化,然后过滤并用水多次反复清洗,脱除Na2SO4后,送干燥、粉碎后得到产品。

    生产原材料为硅酸钠和硫酸(或盐酸),生产设备有反应容器、过滤设备、干燥设备、研磨设备等。

    随着我国轮胎、橡胶等工业的迅猛发展,对白炭黑的需求也表现出旺盛的势头,有条件的企业可以借势生产这个产品,会赢得较大的经济效益。

 

                     粉体硅胶

   

    粉体硅胶是三维网状结构的无定型微米级二氧化硅气凝胶,分子式SiO2·H2O,具有较大的内表面积和微孔孔容,广泛应用于聚丙烯、聚乙烯、无毒聚氯乙烯的抗粘剂;涂料、油墨消光剂、触变剂;啤酒稳定剂;医药、食品有效成分的载体;半导体硅片抛光剂;粉末涂料等粉体的防结块剂;催化剂载体等方面。该产品是一个高附加值精细硅化学品,在发达国家生产和应用已经有几十年的成功经验,而在我国几乎是空白,是一个很有发展前景的朝阳产品。

    生产原料是硅酸钠和硫酸,生产设备有反应容器、过滤洗涤设备、干燥设备、粉碎设备等。具备白炭黑生产装置,就可以生产粉体硅胶。

 

                     超细硅酸铝

   

    超细硅酸铝是一种新型功能性硅酸盐,被人们称作“合成高龄土”。它广泛用于涂料、油墨、塑料、橡胶、皮革、印染、造纸等工业部门。它属于一种层状硅酸盐,其片状表面有很高的光泽,具有很强的光散射性能;它铁含量小,纯度高,又有极好的悬浮稳定性,是涂料中的钛白粉和优质高龄土的理想替代品,市场前景非常广阔。

目前在乳胶漆生产中,采用超细硅酸铝代替部分钛白粉,是国内外涂料行业普遍采用的技术,不但可以显著降低成本,而且改善了涂料的分散性能和施工性能,可以提高填料的悬浮性,避免涂料的沉淀分层现象,使涂料的外观、光泽度、丰满度、遮盖力都表现出良好的效果。
    生产原料可以是硅酸钠和硫酸铝,也可以是铝酸钠、硫酸和硅酸钠,生产中也需要大量的水。生产设备包括反应容器、干燥设备、过滤设备和粉碎设备等。



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