偏硅酸鈉系列

  偏硅酸鈉被國家列為“我國優先發展的精細化學品”和“今後我國無機化工產品發展重點”之一.偏硅酸鈉是硅酸的一種鹽，分子式可以寫成Na₂SiO₃·nH₂O。偏硅酸鈉是普通泡化碱與燒碱水熱反應而制得的低分子晶體，商品有無水、五水和九水合物，其中九水合物只有我國市場上存在，是在上世紀80年代急需偏硅酸鈉而倉促開發的技術含量較低的應急產品，因其熔點只有42℃，貯存時很容易變為液體或膏狀，正逐步被淘汰，但由於一些用戶習慣和一些領域對結晶水不是很在意，九水偏硅酸鈉還是有一定市場。
        在無機電解質中，偏硅酸鈉的活性碱度和PH緩衝指數最高，有較強的潤濕、乳化和皂化油脂的作用，在去除、分散和懸浮污垢方面具有優秀的表現，並能阻止污垢的再沉積。將偏硅酸鈉應用到洗滌劑中，國外已有四十多年的曆史，應用技術比較成熟；國內應用到洗滌劑和其它多種行業中也有20多個年頭，是一個成熟的化工產品，同時也具有成熟的和廣闊的市場。偏硅酸鈉在洗滌劑、陶瓷、電鍍、紡織、印染、造紙、水泥、混凝土、耐火材料、油脂和皮革加工等工業領域有着大量的應用。目前應用量較大的行業排序是：陶瓷、工業清洗、洗滌劑、混凝土、印染、造紙、水泥、石油開採、其它。
       近幾年，偏硅酸鈉隨着陶瓷等相關行業的快速發展，市場需求也增長迅速。無水偏硅酸鈉由几千噸增長到近10萬噸；五水偏硅酸鈉更是幾年一個臺階，由2萬噸上升到30多萬噸；九水偏硅酸鈉在保有市場的情況下，也隨着低檔陶瓷的擴張而有較大幅度增長。偏硅酸鈉需求增長的另一個因素就是磷酸鹽價格的走高，這樣就促使相當一部分用量轉移到替代品偏硅酸鈉上來。據專家預測，市場對偏硅酸鈉各品種的需求在隨後幾年還會有較大釋放，但市場競爭和優勝劣汰也不可避免。
        1、  五水偏硅酸鈉：
        在偏硅酸鈉品種中，應用最多、最為典型的就是五水偏硅酸鈉，其結晶體的分子式通常寫作Na₂SiO₃·5H₂O，實際上是帶兩個陽離子的正硅酸二氫二鈉的四水合物，溶解度（20℃）50g/100g水，熔點72℃。五水偏硅酸鈉具有硅酸鈉和偏硅酸鈉的一般特性，並有一定的鈣鎂離子束縛能力，尤其對鎂離子的結合容量大於260mgMgCO₂/g（35℃，20min）。
         五水偏硅酸鈉就生產工藝來說，歸結起來有三種形式：一是“連續造粒法”，是將偏硅酸鈉溶液通過造粒結晶裝置，直接連續造成要求大小的顆粒，質量指標符合HG/T2568-94標準要求，產品外觀呈球型顆粒，白度高，流動性好，屬高檔產品，這種方法適合大規模生產但技術性較強不易掌握。一是“結晶脫水法”和“結晶粉碎法”。“結晶脫水法”又稱母液循環法，是將偏硅酸鈉溶液加晶種或母液降溫結晶，離心脫水后動態乾燥篩分，得到粉粒狀產品，這種方法大規模生產比較困難，但產品外觀和流動性都比較好，理化指標也能達到HG/T2568-94標準要求。“結晶粉碎法”這種方法是將偏硅酸鈉溶液濃縮至要求濃度，通過添加晶種和添加劑引導溶液全部結晶成塊狀固體，游離水全部轉化為結晶水，將固體粉碎后即為成品，這種方法的優點就是投資較小，但對晶體結構破坏比較嚴重，對氣候環境和控制條件要求比較苛刻，勞動強度大，產品白度低，容易吸潮結塊，理化指標一般達不到HG/T2568-94標準要求。顆粒狀產品使用無粉塵，能夠達到出口要求；而後兩種方法生產的粉粒狀產品使用粉塵大，出口受到限制。
       2、  無水偏硅酸鈉：
       無水偏硅酸鈉分子式Na₂SiO₃，PH值12.4左右，熔點1089℃，表現密度0.8—1.2g/cm³，水中溶解速度較快，不會出現玻璃化現象。無水偏硅酸鈉在某些領域的應用性能優于水合偏硅。無水偏硅酸鈉顆粒均勻，比表面積大，吸油值高，有利於去除油污；無水偏硅酸鈉總碱和二氧化硅總含量≥94%，與水合偏硅相比提高了對Ca、Mg離子的結合容量，對促進硬水軟化，調節和穩定PH值，改善表面活性劑性能，提高去污力，分散洗脫的污垢以及保持良好的粉狀結構等都有重要的作用。無水偏硅酸鈉不會析出結晶水，對洗滌劑中有機氯、過氧化物、漂白增效劑等表現出特別的相容性和穩定性，助洗效果明顯優于水合偏硅和4A沸石。基於無水偏硅酸鈉結合鎂離子能力比較強，4A沸石結合鈣離子能力比較強，所以在無水偏硅酸鈉-4A沸石二元助劑中，二者優勢互補，有足夠的捕捉鈣鎂離子能力，對表面活性劑的協同作用具有優秀的表現。國外洗衣粉和我國企業為國外代加工的洗衣粉都會大量添加無水偏硅酸鈉。
        無水偏硅酸鈉與水合偏硅酸鈉的應用領域有交叉，但在對結晶水比較敏感的領域，會選擇無水偏硅而儘量不採用水合偏硅。雖然國內無水偏硅的市場用量較水合偏硅差距較大，但近幾年市場需求量增長迅速。但國內生產量太小，呈嚴重供不應求的形勢。
       3、  九水偏硅酸鈉：
      九水偏硅酸鈉的分子式是Na₂SiO₃·9H₂O結晶水含量達到58%，溶解度（20℃）38g/100g水，但溶解速度較快；熔點41.6℃，在30~40℃時，就會釋放結晶水，給使用帶來不便；儲存時，自溶板結現象比較嚴重。
      九水偏硅酸鈉在陶瓷等許多對結晶水不要求的行業中，用量還不小，市場比較穩定，每年7-10萬噸的需求量。

            白 炭 黑（沉澱二氧化硅）

   性質：
       白炭黑又稱水合硅酸、輕質二氧化硅，化學表達式一般寫成mSiO₂•nH₂O,外觀為白色高度分散的無定形粉末或絮狀粉末，也有加工成顆粒狀作為商品的。比重為2.319～2.653，熔點為1750℃。不溶于水及絕大多數酸，在空氣中吸收水分后會成為聚集的細粒。能溶于苛性鈉和氫氟酸。對其它化學藥品穩定，耐高溫不分解，不燃燒。具有很高的電絕緣性，多孔性。內表面積大，在生膠中有較大的分散力。經表面改性處理的憎水性白炭黑易溶于油內，用於橡膠和塑料等作為補強填充劑，都會使其產品的機械強度和抗撕指標顯著提高。由於製造方法不同，白炭黑的物化性質、微觀結構均會有一定差異，故其應用領域和應用效果也不同。
   用途：
       白炭黑的用途很廣，且不同產品具有不同的用途。用作合成橡膠的良好補強劑，其補強性能僅次於炭黑，若經超細化和恰當的表面處理后，甚至優于炭黑。特別是製造白色、彩色及淺色橡膠制品時更為適用。用作稠化劑或增稠劑，合成油類、絕緣漆的調合劑，油漆的退光劑，電子元件包封材料的觸變劑，熒光屏塗覆時熒光粉的沉澱劑，彩印膠板填充劑，鑄造的脫模劑。加入樹脂內，可提高樹脂防潮和絕緣性能。填充在塑料制品內，可增加抗滑性和防油性。填充在硅樹脂中，可製成耐200℃以上的塑料。在造紙工業中用作填充劑和紙的表面配料。
        氣相白炭黑屬於高補強填充材料，由於成本較高等原因，除特殊場合如硅橡膠補強用外，一般不採用。沉澱白炭黑是橡膠補強廣氾使用的材料，一般說來，由於沉澱白炭黑（超細的、表面處理的例外）補強效果還不及炭黑好，故屬半補強填充材料。因此要根據使用場合決定代替炭黑的百分數。沉澱白炭黑用於橡膠制品有汽車、翻斗車、卡車、拖拉機、叉車、自行車等的內外胎，工業用皮帶、膠管、襯墊、膠板、糧食加工用脫谷膠輥，以及膠鞋等各種橡膠工業制品中都或多或少地要用到白炭黑。在普通輪胎內添加一定量的白炭黑能提高輪胎的使用壽命。據原西德一家公司輪胎配方研究試驗結果表明，若能增配10～20份白炭黑就可以改善膠接性和抗撕裂性，使輪胎行駛里程提高，同時還能增強輪胎對路面的抓着力，以利於安全行車。我國輪胎行駛里程低於國際水平，不使用白炭黑是原因之一。此外，由於炭黑髮熱量大，國外用於高速公路的汽車輪胎也趨向于添加白炭黑。目前國內外市場對自行車車胎的要求也日益多樣化，如輪胎胎邊彩色化及閃光圈等花式新品種，都是用白炭黑代替炭黑生產的。在膠鞋的生產中，人們對膠鞋、雨靴、運動鞋、旅遊鞋、健身鞋、芭蕾鞋等，不但要求牢度，而且要求色調美觀、舒適輕便。白炭黑既具有良好的補強性、耐磨性、防滑性和鞋面粘着性，又是一種良好的淺色補強材料，因此在膠鞋的發展中為提供鞋的質量和款式起着重要作用。
        白炭黑在聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、環氧樹脂等塑料中都可作為填充材料，可以提高塑料的彈性強度和耐磨性，以及硬度的熱穩定性能。用於電纜還可以提高電纜的電絕緣性，如甲基乙烯基硅橡膠高壓線就要用氣相白炭黑或高質量的沉澱白炭黑。在兩層塑料薄膜之間往往不易分開，裝袋時袋口很難打開，則白炭黑就是很頂用的開口劑。當聚氯乙烯作家庭地板材料時，如若加入了一定的白炭黑，則可改進產品硬度、彈性、熱變性等性能。
        白炭黑做紙張的上膠劑，可提高紙張的白度和不透明度，改進印刷性、耐油性、耐磨性、手感性和光澤性。用於晒圖紙，可使紙表面質量好、油墨穩定、背面無裂隙；用於疊氮紙中，可生產出優質蘭圖紙；用於銅板紙中可代替鈦白；特別是用於新聞紙，加入1～2%的白炭黑，可使紙的重量減輕10%，不僅紙薄，而且能提高強度，除能防止油墨滲透，使印刷文字清晰外，還可增加不透明度。
         白炭黑具有觸變性能，在塗料中添加少量白炭黑，能使塗層消除液滴沉降現象。在不飽和聚酯塗料中，只要添加0.5～2%濃度的白炭黑，就能使這種塗料在垂直表面上每次塗500g/m2也不會發生液滴和皺折。在顏料中添加白炭黑，不僅能防止顏料的沉澱，且能提高對顏料、染料的吸附性，改進分散性。當用作乳化塗料的填料時，可提高熱穩定性。為了滿足塗料和油墨消光劑對白炭黑的要求，國外研製和生產了消光劑專用品。當硝基清漆以及類似塗料含有沉澱白炭黑消光劑，可改進油漆非沉澱性能，並能使塗料易分散，僅有少量的增稠影響，懸浮性好，有極好的消光特性，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，可消除未分散油墨滲透的影響，改進印刷材料的耐洗性，增加顏色的光澤度。
        此外，白炭黑在農藥、醫藥、粘合劑、牙膏及日常化妝品中也有各種不同程度的使用和發揮着各種有益的功能。
        生產方法:
        白炭黑的生產方法，主要是沉澱法和氣相法兩大類型。由於沉澱法所用原料便宜、易得，生產工藝和設備較為簡單，產品售價低，因而目前占主導地位。
        沉澱法又稱濕法，主要原材料為石英砂、純碱、工業鹽酸或硫酸或硝酸或二氧化碳。其工藝路線大體上是：先採用燃油或優質煤在高溫下將石英砂與純碱反應制得工業水玻璃，工業水玻璃用水配製成一定濃度的稀溶液，然後在一定條件下加入某種酸，使二氧化硅沉澱出來，再經清洗、過濾、乾燥（烘乾或噴霧）、粉碎、制得產品白炭黑。沉澱法又分酸法、溶膠法、碳化法等許多不同的具體方法,我國主要是採用酸法。酸法是將可溶性硅酸鹽與硫酸（或其它酸）一起反應，當反應液到達某一pH值時停止加酸反應，進行陳化，然後過濾並用水多次反復清洗，脫除Na₂SO₄后，送乾燥、粉碎后得到產品。
         生產原材料為硅酸鈉和硫酸（或鹽酸），生產設備有反應容器、過濾設備、乾燥設備、研磨設備等。
        隨着我國輪胎、橡膠等工業的迅猛發展，對白炭黑的需求也表現出旺盛的勢頭，有條件的企業可以借勢生產這個產品，會贏得較大的經濟效益。

                                                                     粉體硅膠
        
        粉體硅膠是三維網狀結構的無定型微米級二氧化硅氣凝膠，分子式SiO₂·H₂O，具有較大的內表面積和微孔孔容，廣氾應用於聚丙烯、聚乙烯、無毒聚氯乙烯的抗粘劑；塗料、油墨消光劑、觸變劑；啤酒穩定劑；醫藥、食品有效成分的載體；半導體硅片拋光劑；粉末塗料等粉體的防結塊劑；催化劑載體等方面。該產品是一個高附加值精細硅化學品，在發達國家生產和應用已經有几十年的成功經驗，而在我國幾乎是空白，是一個很有發展前景的朝陽產品。
        生產原料是硅酸鈉和硫酸，生產設備有反應容器、過濾洗滌設備、乾燥設備、粉碎設備等。具備白炭黑生產裝置，就可以生產粉體硅膠。

                                                                       超細硅酸鋁

        超細硅酸鋁是一種新型功能性硅酸鹽,被人們稱作“合成高齡土”。它廣氾用於塗料、油墨、塑料、橡膠、皮革、印染、造紙等工業部門。它屬於一種層狀硅酸鹽，其片狀表面有很高的光澤，具有很強的光散射性能；它鐵含量小，純度高，又有極好的懸浮穩定性，是塗料中的鈦白粉和優質高齡土的理想替代品，市場前景非常廣闊。
        目前在乳膠漆生產中，採用超細硅酸鋁代替部分鈦白粉，是國內外塗料行業普遍採用的技術，不但可以顯著降低成本，而且改善了塗料的分散性能和施工性能，可以提高填料的懸浮性，避免塗料的沉澱分層現象，使塗料的外觀、光澤度、豐滿度、遮蓋力都表現出良好的效果。
    生產原料可以是硅酸鈉和硫酸鋁，也可以是鋁酸鈉、硫酸和硅酸鈉。生產設備包括反應容器、乾燥設備、過濾設備和粉碎設備等。