水合二氧化硅

化学物质

水合二氧化硅（英文名称Hydrated Silica；Silicondioxidehydrate）又名白炭黑（White carbon black），又名轻质二氧化硅，主要成分是二氧化硅，白色无定形粉末（图1），质轻而松散，能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。其性能与炭黑相似，但呈白色。分子式和结构式可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。其宏观结构类似于炭黑，粒子呈球状，单子粒子之间以面相接触，呈链状联结结构（二次结构）。链枝结构又以氢键力相作用，形成一团团的聚集体。原始粒子极微细，在空气中吸收水分后形成聚集的细粒子。白炭黑微粒表面存在羟基，主要有隔离羟基、相邻羟基、硅氧基三种（见图2、3）。其中相邻羟基对极性物质的吸附非常重要。这些基团的存在使白炭黑表面有很强的亲水性，表面积和分散能力都较大，机械强度和抗撕指标均很高。高温不分解，绝缘性高，具有粒子小，比表面积大，结构性高等特点。主要用作橡胶工业优良的浅色补强剂，润滑剂、绝缘材料等。可通过稀硅酸钠溶液与稀盐酸反应制取。

物理性质

【熔点】°C 1610

【沸点】°C >100

【密度】g/mL ( 25 °C)

【折射率】n D20 1.544

【溶解性能】能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。

【稳定性】稳定

化学性质

【CAS登录号】：10279-57-9

【EINECS登录号】：238-878-4

【分子式和结构式】SiO2·n H2O

【常见化学反应】白炭黑为非晶态的二氧化硅，其化学性质较晶态二氧化硅活泼，用为具有较大的表面积，特别是表面结合的OH根，增到了非晶态二氧化硅的化学活性。例如可在常温下与苛性碱反应生成硅酸盐;与氢氟酸反应生成氟硅酸，反应方程如下：

SiO2 +2NaOH → Na2SiO3 + H2O

SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2

SiO2 + 4HF→ SiF4 + H2O

【禁配物】氢氟酸，强碱。

【聚合危害】不聚合

主要用途

气相白炭黑是极其重要的高科技超微细无机新材料之一,由于其粒径很小，因此比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、稳定性、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，作为添加剂、催化剂载体，石油化工，脱色剂，消光剂，橡胶补强剂，塑料充填剂，油墨增稠剂，金属软性磨光剂，绝缘绝热填充剂，电子封装材料，树脂复合材料，高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域。

制造方法

白炭黑制造方法有三种；即气相法、沉淀法和离解法

（1）气相法

气相法白炭黑是以硅的氯化物四氯化硅或三氯一甲基硅烷为原料，采用火焰水解法生产。被氢、氧燃烧形成的1000℃高温水蒸汽水解得到。反应方程如下:

2H2 + O2 → 2H2O

SiCl4 + 2H2O → SiO2 +4HCl

气相法白炭黑生产的工艺流程图如图4

在空气和氢气混合气流中经高温水解生成的一种无定型粉末，往往是球形颗粒，表面带有羟基和吸附水，粒径在7～40nm之间，比表面积大，化学纯度高，气相法白炭黑根据是否进行过表面处理可分为亲水型和疏水型，根据比表面的大小又可分为不同的型号。

（2）沉淀法

沉淀法就是将水玻璃（Na2SiO3）与硫酸或盐酸作用，生成硅酸，再分解而制得白炭黑。反应方程如下：

Na2SiO3 + H2SO4 + H2O → H4SiO4

mH4SiO4→m SiO2·nH2O +(2m-n)H2O

沉淀法白炭黑在合成二氧化硅中的重要性居首位，最早出现在美国市场是在1939年，是为橡胶工业需求而生产，商品名称为“Silene”。中国最早开发研制沉淀法白炭黑始于1958年，广州人民化工厂以“WC—5801”品牌生产，我国的白炭黑生产厂有几十家，主要采用这种方法生产白炭黑。沉淀法白炭黑SiO2含量在90%左右，市场需求量大，主要用作橡胶补强填料。沉淀法白炭黑的生产技术、设备简单，产品活性不高，颗粒不易控制，亲和力差，补强性能低，颗粒表面亲水性集团键合严重，削弱了产品的结合力。二次结晶生产超细白炭黑便是在沉淀法生产技术前提下，进行了二次晶种处理的改良性技术。采用二次结晶新工艺，可以全自动控制工业化生产。其SiO2含量在94%以上，比表面积达269～320m/g，粒径最大为1000目，最细可达纳米级。沉淀法白炭黑广泛用作橡胶、塑料的填充补强剂、合成树脂(聚脂树脂、弹性聚氨脂)的添加剂、聚丙烯、无毒聚氯乙烯塑料薄膜的开口剂、电子电气业绝缘绝热填料等。

沉淀法白炭黑广泛用作橡胶、塑料的填充补强剂、合成树脂(聚脂树脂、弹性聚氨脂)的添加剂、聚丙烯、无毒聚氯乙烯塑料薄膜的开口剂、电子电气业绝缘绝热填料等。

2006年，全世界白炭黑的生产能力约130万吨（不含中国），其中德国德固萨、法国罗纳和美国PPG三大跨国公司的生产能力超过世界总能力的一半。2008年中国白炭黑产量已达到71.2万吨，产量居世界第一位，并已成为白炭黑的净出口国。目前，中国白炭黑行业形成了外资（合资）公司和国内公司并存的市场竞争格局。生产规模在5.0万吨/年（含）以上的厂家共有10家，生产能力合计为77.2万吨，约占中国沉淀法白炭黑总产能的53.2%，其中，株洲兴隆化工实业公司是目前中国最大的沉淀法白炭黑生产企业。预计到2015年，中国沉淀法白炭黑的生产能力将超过170.0万吨，届时，生产能力将出现过剩，未来的市场竞争将更加激烈。

【产业链】

【参考质量指标】气相法及沉淀法白炭黑企业参考标准如下：

表1 气相法白炭黑质量指标

表2 沉淀法白炭黑质量指标

毒性和对环境影响

白炭黑本身无毒，合成的白炭黑是无定形物质，通常不会造成矽肺病。其粉末可作为防结块剂加入食品和药品中。有报道称期粉末可刺激皮肤及粘膜，因此生产环境防尘措施必需严格。其生产过程中的废水、废弃物对环境有危害，需严加治理。

包装、运输和贮存

按每包净重 5.0kg 的倍数或按用户的需要进行包装，包装袋采用编织袋内衬聚乙烯薄膜。存放场所干燥、通风、避雨、避暴晒。按无毒化学品运输。

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