專利名稱：微米級球形硅微粉的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種硅微粉的制備方法，特別是一種微米級球形硅微粉的制備方法。
背景技術：
球形硅微粉是航空、航天、電子信息等高端產業的重要材料，同時也在新型涂料、 特種陶瓷，高檔化妝品等領域有著廣泛的應用，具有很高的實用價值。 根據文獻報道，現有微米級球形硅微粉的生產方法主要有以下幾種1、利用超級 氣流粉碎機或高能球磨機等將Si(^的聚集體粉碎制得微米級球形二氧化硅；2、氣相化學反 應法制備微米級球形二氧化硅；3、沉淀法制備微米級球形二氧化硅；4、溶膠-凝膠法制備 微米級球形二氧化硅；5、微乳液制備微米級球形二氧化硅。由于上述方法采用機械粉碎、有 機硅水解、化學合成、金屬酸鹽水解或微乳液法等，其制備過程復雜、生產成本高、工業化生 產過程中產品質量穩定性差、得率過低。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種條件溫和、工藝過 程簡單，所制備出的產品球形度好、分散性能良好、粒徑可控、得率高的微米級球形硅微粉
的制備方法。 本發明所要解決的技術問題是通過以下的技術方案來實現的。本發明是一種微米 級球形硅微粉的制備方法，其特點是，其步驟如下 (1)將質量百分比濃度為98%的濃硫酸加入柴油中并攪拌，以除去柴油中的雜 質，濃硫酸與柴油的體積比為1 : 10-20 ;然后將濃硫酸與柴油的混合物靜置分層分離；
(2)將經濃硫酸處理后的柴油導入反應器內，再加入四氯化碳，柴油與四氯化碳的 體積重量比L/g為l : 10-15 ;然后在500-1300r/min的攪拌條件下加入司本系列和吐溫系 列復合而成的復合乳化劑，柴油與復合乳化劑的體積重量比L/g為l : 20-30，其中，司本系 列占復合乳化劑的質量百分比為60 80%，吐溫系列占復合乳化劑的質量百分比為20
40% ; (3)將含二氧化硅10 % 40%的硅酸鹽溶液以0. 1 100L/min流量連續導入反 應器中，繼續在500 1300r/min的攪拌條件下使物料保持紊流循環1 50min ;
(4)在保持500 1300r/min的攪拌條件下以100 500ml/min的速度將質量百 分比濃度為1_8%的硫酸溶液導入反應器內，反應20-40分鐘； (5)將步驟(4)所得反應產物靜置陳化后分離，分離所得柴油和復合乳化劑另存 待用，所得固體沉淀用去離子水洗滌至洗滌液的PH值為7，干燥即得微米級球形二氧化硅。
在以上所述的微米級球形硅微粉的制備方法技術方案中 1、在步驟(1)中，所述的濃硫酸與柴油的體積比優選為1 : 12-18，進一步優選為 1 : 14-16。 2、在步驟(2)中，柴油與四氯化碳的體積重量比(L/g)優選為1 : 12-14 ;柴油與復合乳化劑的體積重量比(L/g)優選為1 : 22-28。 3、在步驟(2)中，司本系列占復合乳化劑的質量百分比優選為70%，吐溫系列占 復合乳化劑的質量百分比優選為30%。 4、在步驟(4)中，所述的硫酸溶液的質量百分比濃度優選為4-6%。 5、在步驟(5)中，固體沉淀用去離子水洗滌時，優選先用去離子水將固體沉淀清
洗4 6次后，再用去離子水_乙醇混合溶液將產品進行洗滌。 6、在步驟(5)中，將分離所得的柴油和復合乳化劑用98%的濃硫酸和活性碳處理 后，循環使用。 7、所述的復合乳化劑可以為任何一種司本系列的乳化劑和任何一種吐溫系列的 乳化劑按所述比例混合而成。 與現有技術相比，本發明本發明的方法制備工藝過程簡單，反應溫和；產品的球形 度好，表面光滑沒有缺陷，分散性能良好；粒度在5 ii m 40 ii m之間，可以通過調節復合乳 化劑用量和轉速進行有效控制，產品得率為75%左右，適合工業化生產，產品適合于航空、 航天、電子信息等高端產業，也可用于新型涂料、特種陶瓷，高檔化妝品等領域。
具體實施例方式
以下進一步描述本發明的具體技術方案，以便于本領域的技術人員進一步地理解 本發明，而不構成對其權利的限制。
實施例l。 一種微米級球形硅微粉的制備方法，其步驟如下 (1)將質量百分比濃度為98%的濃硫酸加入柴油中并攪拌，以除去柴油中的雜 質，濃硫酸與柴油的體積比為1 : IO;然后將濃硫酸與柴油的混合物靜置分層分離；
(2)將經濃硫酸處理后的柴油導入反應器內，再加入四氯化碳，柴油與四氯化碳的 體積重量比L/g為1 : 10 ;然后在500r/min的攪拌條件下加入司本系列和吐溫系列復合 而成的復合乳化劑，柴油與復合乳化劑的體積重量比L/g為1 : 20，其中，司本系列占復合 乳化劑的質量百分比為60%，吐溫系列占復合乳化劑的質量百分比為40% ;
(3)將含二氧化硅10%的硅酸鹽溶液以0. 1L/min流量連續導入反應器中，繼續在 500r/min的攪拌條件下使物料保持紊流循環50min ; (4)在保持500r/min的攪拌條件下以100ml/min的速度將質量百分比濃度為1 % 的硫酸溶液導入反應器內，反應40分鐘； (5)將步驟(4)所得反應產物靜置陳化后分離，分離所得柴油和復合乳化劑另存 待用，所得固體沉淀用去離子水洗滌至洗滌液的PH值為7，干燥即得微米級球形二氧化硅。
實施例2。 一種微米級球形硅微粉的制備方法，其步驟如下 (1)將質量百分比濃度為98%的濃硫酸加入柴油中并攪拌，以除去柴油中的雜 質，濃硫酸與柴油的體積比為1 : 20;然后將濃硫酸與柴油的混合物靜置分層分離；
(2)將經濃硫酸處理后的柴油導入反應器內，再加入四氯化碳，柴油與四氯化碳的 體積重量比L/g為1 : 15 ;然后在1300r/min的攪拌條件下加入司本系列和吐溫系列復合 而成的復合乳化劑，柴油與復合乳化劑的體積重量比L/g為1 : 30，其中，司本系列占復合 乳化劑的質量百分比為80%，吐溫系列占復合乳化劑的質量百分比為20% ;
(3)將含二氧化硅40%的硅酸鹽溶液以100L/min流量連續導入反應器中，繼續在1300r/min的攪拌條件下使物料保持紊流循環lmin ; (4)在保持1300r/min的攪拌條件下以500ml/min的速度將質量百分比濃度為 8%的硫酸溶液導入反應器內，反應20分鐘； (5)將步驟(4)所得反應產物靜置陳化后分離，分離所得柴油和復合乳化劑另存 待用，所得固體沉淀用去離子水洗滌至洗滌液的PH值為7，干燥即得微米級球形二氧化硅。
實施例3。 一種微米級球形硅微粉的制備方法，其步驟如下 (1)將質量百分比濃度為98%的濃硫酸加入柴油中并攪拌，以除去柴油中的雜 質，濃硫酸與柴油的體積比為1 : 12;然后將濃硫酸與柴油的混合物靜置分層分離；
(2)將經濃硫酸處理后的柴油導入反應器內，再加入四氯化碳，柴油與四氯化碳的 體積重量比L/g為1 : 11 ;然后在700r/min的攪拌條件下加入司本系列和吐溫系列復合 而成的復合乳化劑，柴油與復合乳化劑的體積重量比L/g為1 : 22，其中，司本系列占復合 乳化劑的質量百分比為65%，吐溫系列占復合乳化劑的質量百分比為35% ;
(3)將含二氧化硅20%的硅酸鹽溶液以1L/min流量連續導入反應器中，繼續在 700r/min的攪拌條件下使物料保持紊流循環10min ; (4)在保持700r/min的攪拌條件下以200ml/min的速度將質量百分比濃度為4% 的硫酸溶液導入反應器內，反應25分鐘； (5)將步驟(4)所得反應產物靜置陳化后分離，分離所得柴油和復合乳化劑另存 待用，所得固體沉淀用去離子水洗滌至洗滌液的PH值為7，干燥即得微米級球形二氧化硅。
實施例4。 一種微米級球形硅微粉的制備方法，其步驟如下 (1)將質量百分比濃度為98%的濃硫酸加入柴油中并攪拌，以除去柴油中的雜 質，濃硫酸與柴油的體積比為1 : 18;然后將濃硫酸與柴油的混合物靜置分層分離；
(2)將經濃硫酸處理后的柴油導入反應器內，再加入四氯化碳，柴油與四氯化碳的 體積重量比L/g為1 : 14 ;然后在1100r/min的攪拌條件下加入司本系列和吐溫系列復合 而成的復合乳化劑，柴油與復合乳化劑的體積重量比L/g為1 : 28，其中，司本系列占復合 乳化劑的質量百分比為75%，吐溫系列占復合乳化劑的質量百分比為25% ;
(3)將含二氧化硅30%的硅酸鹽溶液以80L/min流量連續導入反應器中，繼續在 1100r/min的攪拌條件下使物料保持紊流循環45min ; (4)在保持1100r/min的攪拌條件下以350ml/min的速度將質量百分比濃度為 6%的硫酸溶液導入反應器內，反應35分鐘； (5)將步驟(4)所得反應產物靜置陳化后分離，分離所得柴油和復合乳化劑另存 待用，所得固體沉淀用去離子水洗滌至洗滌液的PH值為7，干燥即得微米級球形二氧化硅。
實施例5。 一種微米級球形硅微粉的制備方法，其步驟如下 (1)將質量百分比濃度為98%的濃硫酸加入柴油中并攪拌，以除去柴油中的雜 質，濃硫酸與柴油的體積比為1 : 15;然后將濃硫酸與柴油的混合物靜置分層分離；
(2)將經濃硫酸處理后的柴油導入反應器內，再加入四氯化碳，柴油與四氯化碳的 體積重量比L/g為1 : 13 ;然后在950r/min的攪拌條件下加入司本系列和吐溫系列復合 而成的復合乳化劑，柴油與復合乳化劑的體積重量比L/g為1 : 25，其中，司本系列占復合 乳化劑的質量百分比為77%，吐溫系列占復合乳化劑的質量百分比為23% ;
(3)將含二氧化硅15%的硅酸鹽溶液以50L/min流量連續導入反應器中，繼續在950r/min的攪拌條件下使物料保持紊流循環5min ; (4)在保持950r/min的攪拌條件下以150ml/min的速度將質量百分比濃度為5% 的硫酸溶液導入反應器內，反應30分鐘； (5)將步驟(4)所得反應產物靜置陳化后分離，分離所得柴油和復合乳化劑另存 待用，所得固體沉淀用去離子水洗滌至洗滌液的PH值為7，干燥即得微米級球形二氧化硅。
實施例6。 一種微米級球形硅微粉的制備方法，其步驟如下 (1)將質量百分比濃度為98%的濃硫酸加入柴油中并攪拌，以除去柴油中的雜 質，濃硫酸與柴油的體積比為1 : 14;然后將濃硫酸與柴油的混合物靜置分層分離；
(2)將經濃硫酸處理后的柴油導入反應器內，再加入四氯化碳，柴油與四氯化碳的 體積重量比L/g為1 : 12 ;然后在1200r/min的攪拌條件下加入司本系列和吐溫系列復合 而成的復合乳化劑，柴油與復合乳化劑的體積重量比L/g為1 : 26，其中，司本系列占復合 乳化劑的質量百分比為62%，吐溫系列占復合乳化劑的質量百分比為38% ;
(3)將含二氧化硅38%的硅酸鹽溶液以20L/min流量連續導入反應器中，繼續在 1200r/min的攪拌條件下使物料保持紊流循環30min ; (4)在保持1200r/min的攪拌條件下以250ml/min的速度將質量百分比濃度為 3%的硫酸溶液導入反應器內，反應30分鐘； (5)將步驟(4)所得反應產物靜置陳化后分離，分離所得柴油和復合乳化劑另存 待用，所得固體沉淀用去離子水洗滌至洗滌液的PH值為7，干燥即得微米級球形二氧化硅。
實施例7。在實施例1-6任何一項所述的微米級球形硅微粉的制備方法中，在步 驟(5)中，固體沉淀用去離子水洗滌時，先用去離子水將固體沉淀清洗4 6次后，再用去 離子水_乙醇混合溶液將產品進行洗滌。 實施例8。在實施例1-7任何一項所述的微米級球形硅微粉的制備方法中，在步驟 (5)中，將分離所得的柴油和復合乳化劑用98%的濃硫酸和活性碳處理后，循環使用。
實施例9。向200L反應釜內加入60L處理過的柴油，加入800g四氯化碳，用以調 節油相密度，加入1. 4Kg復合乳化劑后開始攪拌，攪拌速度設定為800r/min， 10min后緩慢 加入23L經精制后的水玻璃，繼續攪拌20min。乳化后的液體為乳白色半透明溶液，用工業 蠕動泵以300滴/分鐘的速度向反應釜內滴加20L5X硫酸，滴加完畢后，繼續以800r/min 的攪拌速度攪拌，反應一段時間后停止攪拌，靜置陳化一天。回收上層油和水的混合液體， 以待用硫酸、活性炭處理后繼續循環使用，反應所得的下層固體沉淀用蒸餾水反復洗滌，抽 慮，共5次，最后使洗滌液的pH值達到7左右。將洗滌出的樣品在12(TC鼓風烘箱中烘四小 時。在烘干過程中，前一小時內每間隔十五分鐘用藥勺將表層與下層翻勻，四小時后取出， 得到IO微米的球形二氧化硅。 實施例10。向200L反應釜內加入60L處理過的柴油，加入700g四氯化碳，用以 調節油相密度，加入1. 5Kg復合乳化劑后開始攪拌，攪拌速度設定為1200r/min， 15min后緩 慢加入23L精制后的水玻璃，繼續攪拌30min。乳化后的液體為乳白色半透明溶液，用工業 蠕動泵以200滴/分鐘的速度向反應釜內滴加19L5X硫酸，滴加完畢后，繼續以1200r/min 的攪拌速度攪拌，反應一段時間后停止攪拌，靜置陳化一天。回收上層油和水的混合液體， 以待用硫酸、活性炭處理后繼續循環使用，反應所得的下層固體沉淀用蒸餾水反復洗滌，抽 慮，共5次，最后使洗滌液的pH值達到7左右。將洗滌出的樣品在12(TC鼓風烘箱中烘四小時。在烘干過程中，前一小時內每間隔十五分鐘用藥勺將表層與下層翻勻，四小時后取出， 得到5微米的球形二氧化硅。
權利要求
一種微米級球形硅微粉的制備方法，其特征在于，其步驟如下(1)將質量百分比濃度為98％的濃硫酸加入柴油中并攪拌，以除去柴油中的雜質，濃硫酸與柴油的體積比為1∶10-20；然后將濃硫酸與柴油的混合物靜置分層分離；(2)將經濃硫酸處理后的柴油導入反應器內，再加入四氯化碳，柴油與四氯化碳的體積重量比L/g為1∶10-15；然后在500-1300r/min的攪拌條件下加入司本系列和吐溫系列復合而成的復合乳化劑，柴油與復合乳化劑的體積重量比L/g為1∶20-30，其中，司本系列占復合乳化劑的質量百分比為60～80％，吐溫系列占復合乳化劑的質量百分比為20～40％；(3)將含二氧化硅10％～40％的硅酸鹽溶液以0.1～100L/min流量連續導入反應器中，繼續在500～1300r/min的攪拌條件下使物料保持紊流循環1～50min；(4)在保持500～1300r/min的攪拌條件下以100～500ml/min的速度將質量百分比濃度為1-8％的硫酸溶液導入反應器內，反應20-40分鐘；(5)將步驟(4)所得反應產物靜置陳化后分離，分離所得柴油和復合乳化劑另存待用，所得固體沉淀用去離子水洗滌至洗滌液的pH值為7，干燥即得微米級球形二氧化硅。
2. 根據權利要求l所述的微米級球形硅微粉的制備方法，其特征在于，在步驟(1)中， 所述的濃硫酸與柴油的體積比為1 : 12-18。
3. 根據權利要求l所述的微米級球形硅微粉的制備方法，其特征在于，在步驟(2)中， 柴油與四氯化碳的體積重量比L/g為1 : 12-14 ;柴油與復合乳化劑的體積重量比L/g為 1 : 22-28。
4. 根據權利要求l所述的微米級球形硅微粉的制備方法，其特征在于，在步驟(2) 中，司本系列占復合乳化劑的質量百分比為70%，吐溫系列占復合乳化劑的質量百分比為 30%。
5. 根據權利要求l所述的微米級球形硅微粉的制備方法，其特征在于，在步驟(4)中， 所述的硫酸溶液的質量百分比濃度為4-6%。
6. 根據權利要求l所述的微米級球形硅微粉的制備方法，其特征在于，在步驟(5)中， 固體沉淀用去離子水洗滌時，先用去離子水將固體沉淀清洗4 6次后，再用去離子水_乙 醇混合溶液將產品進行洗滌。
7. 根據權利要求l所述的微米級球形硅微粉的制備方法，其特征在于，在步驟(5)中， 將分離所得的柴油和復合乳化劑用98%的濃硫酸和活性碳處理后，循環使用。
全文摘要
一種微米級球形硅微粉的制備方法，其特征在于，將經濃硫酸處理后的柴油導入反應器內，再加入四氯化碳，然后在500-1300r/min的攪拌條件下加入司本系列和吐溫系列復合而成的復合乳化劑，再將含二氧化硅10％～40％的硅酸鹽溶液連續導入反應器中，使物料保持紊流循環1～50min，再將硫酸溶液導入反應器內，反應20-40分鐘，分離所得固體沉淀用去離子水洗滌，干燥即得。該工藝過程簡單，反應溫和；產品的球形度好，表面光滑沒有缺陷，分散性能良好；粒度在5μm～40μm之間，產品得率為75％左右，適合工業化生產，產品適合于航空、航天、電子信息等高端產業，也可用于新型涂料、特種陶瓷，高檔化妝品等領域。
文檔編號C01B33/12GK101704528SQ200910234540
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月23日 優先權日2009年11月23日
發明者劉宏英, 吳家勝, 姜煒, 曹家凱, 李鳳生, 李曉冬, 汪維橋, 王松憲, 阮建軍, 顧志明 申請人:連云港東海硅微粉有限責任公司