硅灰石合成高比表面积二氧化硅的工艺和产物性质研究.pdfVIP

硅灰石合成高比表面积二氧化硅的 工艺与产物性质研究。 陈庆春王廷吉 彭人勇 周萍华 华东地质学院材料科学与工程系(江西省临)11市，344000) 摘翼一系列硅灰石醴处理实验表明．产物物理性质与反应速度、反应时问、中和最终PI{值等工艺条 件有关。同时，如果工艺条件恪当，可以制得400～600m2／g的高比表面积二氧化硅，糖性测试表明，该 产物属多孔性=氧化硅。 关键词硅友石，高比表面积二氧化硅，工艺条件，多孔性 硅灰石是一种天然矿物，它的主要成分是cao·Si02，呈白色晶体状态，具有良好的绝缘性能， 无毒、无气味。初步研究表明，硅灰石粉是橡胶、塑料以及涂料制品的较理想的补强填料。 我国硅灰石储量十分丰富，怎样合理有效地利用硅灰石已成为当前一大课题。目前已有学者在 进行硅灰石粉的表面处理及其在乳胶涂料中的应用研究，以部分(高达50％)替代钛白粉。还有学 者利用硅灰石粉与涂料或类涂料官能基在一定条件下发生物理化学反应得到硅灰石基颜料，用于 装饰行业中。也有中国发明专利公开了利用硅灰石制作改性硅灰石粉或沉淀水合二氧化硅的方法， 这些都合理，有效地利用了硅灰石这一天然资源。 我们在一系列有关硅灰石酸处理研究的基础上，结合硅酸聚合有关理论，认为硅灰石下盐酸反 应生成二氧化硅过程中，存在CaSiO，溶解和硅酸聚合成固态两步反应： Ct6iO，+2HCI+H20—}H4si04+CaCh………(1) (1)式为溶解反应，反应速度决定于酸浓度，即体系PH值，PH值越低，反应速度越快。 硅酸聚合反应比较复杂。在较大酸度条件下，硅酸主要以可溶性低聚物}b“和H2A。形式存 在。其中Am代表[$i(0H)4。+：】。，丸代表[Si(OH)“+z】“，其反应式如下： A：+。+2H20………………(2) H，A：+H2A一}b (2)式为聚合反应并无OH一放出，体系PH值不发生变化。若飓艋+。分子量不够丈，还可以与中性 低聚物分子H：A。继续聚合直到高聚物发生相变沉淀析出水台二氧化硅为止a聚合速度与体系 【H：A。】和【H+]浓度有关。其中，【H+】决定体系中【H，A：】的浓度。 总反应为 · caSi03(5)2Hc卜呻si02(5)+CaCl2+H20……(3) 本文旨在探讨硅灰石合成高比表面积二氧化硅过程中，工艺条件与产物性质之间的有关联 系。 1实验 1．1原料和试剂 江西上高产硅灰石，400目，CaSiO，平均含量94％以上；化学纯盐酸；化学纯氢氧化钾； 化学纯六偏磷酸钠。 ★：江西省白然科学基金资助项目(975015) 1．2实验方法 下加盐酸反应。加酸速度由反应体系所需控制的PH值而定，反应一定时间后用碱中和到要求PH 值，陈化lOmin，过滤、洗涤、干燥(1050C)，灼烧后(700。C)进行物性测试。 反应过程中用PHS一2型精密酸度计监测反应体系PH变化，并记录。 L3物性测试方法 吸附量，共测5个点。根据BET公式由所得直线的斜率和截距求出样品的比表面积。 DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸着率：按国家标准GBl0528—89方法测定。 容重：按国家标准“颜(填)料装填体积和表观密度测定”GB5211．4—85方法测定。 产物颗粒形态：XP一1型偏光显微镜100—200X下观察。 出一部分稀释用高剪切乳化机搅拌20min，再采用NSKC一1A型颗粒分析仪测粒径。 2结果和讨论 2．1 硅灰石矿物组成及理论耗酸量 实验用原料为江西上高产硅灰石，400目，平均矿物组成见表1。 表1硅灰石矿物组成 l 组成 I CaSiO， C4C01 透辉石 石英 石榴石 94．1 1 24 0．86 2．37 096 I含量(％)I 都略高于理论耗酸量。 ， 2．2 反应速度与比表面积 关。但v2受体系H：A浓度和PH值控制，只有溶解速度v-足够大才能提高H：A浓度。 大小可由体系PH值大小也就是往反