氣相法白炭黑的生產(chǎn)工藝主要為化學(xué)氣相沉積(CAV) 法,該工藝又稱熱解法、干法或燃燒法。其原料一般為四氯化硅、氧氣(或空氣) 和氫氣,它們在高溫下反應(yīng)而成。反應(yīng)式為:SiCl4 + 2H2 + O2 SiO2 + 4HCl 。
空氣和氫氣分別經(jīng)過加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過濾后送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾后,在蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā),并以干燥、過濾后的空氣為載體,送至合成水解爐。四氯化硅在高溫下氣化(火焰溫度1 000～1 800 ℃) 后,與一定量的氫和氧(或空氣) 在1 800 ℃左右的高溫下進(jìn)行氣相水解;此時生成的氣相二氧化硅顆粒極細(xì),與氣體形成氣溶膠,不易捕集,故使其先在聚集器中聚集成較大顆粒,然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集,再送入脫酸爐,用含氨空氣吹洗氣相二氧化硅至pH 值為4～6 即為成品。
這種生產(chǎn)方法是目前國內(nèi)外比較通用的生產(chǎn)方法。國外氣相法白炭黑以德國迪高沙(Degussa) 公司和美國卡伯特(Cabot) 公司產(chǎn)量最大,生產(chǎn)技術(shù)居領(lǐng)先地位。它們的生產(chǎn)裝置規(guī)模大,自動化程度高,單套裝置的生產(chǎn)能力為3 000 t/ a ,產(chǎn)品成本低,牌號(尤其是應(yīng)用于特殊領(lǐng)域的功能性專用產(chǎn)品牌號)多,表面積分布均勻, 技術(shù)指標(biāo)( 如含水量低于0. 5 %) 非常先進(jìn)。我國沈陽化工股份有限公司及上海氯堿化工股份有限公司也采用該法生產(chǎn),但在生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)技術(shù)、自動化程度及產(chǎn)品牌號數(shù)量等方面遠(yuǎn)不及國外大公司。而國外一流的氣相法白炭黑生產(chǎn)廠家不打算向中國轉(zhuǎn)讓生產(chǎn)技術(shù),只是出售各類型號產(chǎn)品;烏克蘭表面化學(xué)研究所雖有意向我國轉(zhuǎn)讓氣相法白炭黑生產(chǎn)技術(shù),國內(nèi)山東和內(nèi)蒙古的幾個企業(yè)也曾與他們聯(lián)系過,卻終因500 萬美元的生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)讓國內(nèi)企業(yè)望而卻步。因此,國內(nèi)現(xiàn)階段還不會建設(shè)大規(guī)模的氣相法白炭黑生產(chǎn)裝置。
我國的某高校已另辟途徑,尋找一種新的氣相白炭黑的生產(chǎn)方法。這種方法是先讓氫氣和氧氣(空氣) 在燃燒爐中燃燒生成高溫高速蒸汽流,然后把已氣化的四氯化硅氣體通入高溫高速蒸汽流中進(jìn)行反應(yīng),而不是像傳統(tǒng)方法那樣把3 種原料直接通入燃燒爐中進(jìn)行反應(yīng)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)穩(wěn)定,產(chǎn)生的原生顆粒粒度均勻。經(jīng)過兩年多的艱苦研究,100 t/ a 的中試裝置已經(jīng)投產(chǎn),并能生產(chǎn)出比表面積為100～400 m2/ g 的產(chǎn)品,只要再解決產(chǎn)品工業(yè)化的實(shí)際工程問題(如放大到1 000t/ a) 、關(guān)鍵設(shè)備的定型問題及應(yīng)用方面的一些問題,就可以開發(fā)出具有我國知識產(chǎn)權(quán)的氣相法白炭黑生產(chǎn)專利。