線切割廢砂漿制備白炭黑及改性研究.pdf

1、原材料短缺、能源緊張、環(huán)境污染加劇是人類面對(duì)的重大問(wèn)題，對(duì)廢棄物進(jìn)行回收利用是解決以上問(wèn)題的重要一環(huán)。近年來(lái)隨著生產(chǎn)工藝趨于成熟、利潤(rùn)也趨于平均化，廢棄物的綜合回收利用研究也越來(lái)越為人們所重視。線性切割廢砂漿富含硅和碳化硅，而硅和碳化硅都是重要的工業(yè)原料。長(zhǎng)期以來(lái)，大部分廢砂漿都被堆放和掩埋處置，這樣不僅浪費(fèi)資源，而且污染環(huán)境。近年來(lái)，隨著線切割廢砂漿回收利用技術(shù)的發(fā)展，線切割廢砂漿中的碳化硅和切削液已經(jīng)可以進(jìn)行初步回收（尚不成熟），但

2、對(duì)于廢砂漿中硅的回收，尚處于探索期（鮮有報(bào)道）。然而，白炭黑具有高純度、低密度、高比表面積、分散性好等特點(diǎn)，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性而廣泛地應(yīng)用于橡膠、涂料、油漆和粘膠劑等行業(yè)。因此，本論文針對(duì)線性切割廢砂漿中硅的回收利用進(jìn)行研究，提出了利用廢砂漿中的硅制取白炭黑同時(shí)回收碳化硅的思路。主要內(nèi)容如下：
　　首先，以線切割廢砂漿中的硅和氟化銨為原料，通過(guò)氟化銨的循環(huán)使用制取白炭黑（新氟化法）。經(jīng)熱力學(xué)分析可知，25℃下

3、氟化銨和單質(zhì)硅的反應(yīng)（△GmΘ＝-338.9(kJ/mol)）以及氟硅酸銨和過(guò)量氨水的反應(yīng)（△GmΘ＝-37.542(kJ/mol)）的摩爾吉布斯函數(shù)△GmΘ均小于零，因此，從熱力學(xué)角度來(lái)講是可行的。然后，考察了反應(yīng)過(guò)程中各種因素的影響規(guī)律。結(jié)果表明，氟化反應(yīng)工藝條件：氟化銨質(zhì)量濃度w(NH4F)為40％~55%，反應(yīng)溫度為50℃~60℃和氟化銨用量為理論用量的1.1～1.3倍之間反應(yīng)為佳；氨化反應(yīng)工藝條件：PH值在二氧化硅成核階段小于

4、等于6.9，二氧化硅的生長(zhǎng)階段小于等于7.1；氟硅酸銨濃度w(H2SiF6)控制在8~12%左右，分兩次沉淀和兩次過(guò)濾；在沉淀初期，氨水滴加速率為每秒2滴(2d/s)，在沉淀末期，氨水滴加速率為每秒0.5~1滴(0.5～1d/s)；反應(yīng)溫度為40℃～50℃；氨水濃度w(NH4OH)為5%～10%，攪拌器轉(zhuǎn)速為500r/min-700r/min；陳化時(shí)間為0.5h。其次，通過(guò)氟化銨的閉路循環(huán)實(shí)驗(yàn)，氟化銨循環(huán)回收率可達(dá)95%以上。最后，對(duì)制

5、得的白炭黑的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，制得的白炭黑達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
　　其次，研究了新氟化法的關(guān)鍵反應(yīng)氟化氫銨與硅反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該反應(yīng)符合二級(jí)反應(yīng)規(guī)律-r=k(C NH4HF)2；確定了50℃與60℃條件下的反應(yīng)速率常數(shù)：k50=3.47×10-4 mol3·L-1·s-1和k60=5.62×10-4 mol3·L-1·s-1，以及此反應(yīng)的活化能Ea=43.16KJ/mol與指前因子A=3288

6、.85。
　　再次，研究了利用高濃度堿溶解硅來(lái)回收碳化硅聯(lián)產(chǎn)制白炭黑的方法。經(jīng)熱力學(xué)分析可知，25℃下氫氧化鈉和單質(zhì)硅的反應(yīng)[△GrΘ=-490.612(kJ/mol)]以及硅酸鈉與鹽酸的反應(yīng)（△GrΘ=-586.596(kJ/mol)）的摩爾吉布斯函數(shù)變△GmΘ均小于零，因此，可以自發(fā)進(jìn)行。然后，考察了回收過(guò)程中各種因素的影響規(guī)律。結(jié)果表明，堿溶反應(yīng)工藝條件：氫氧化鈉質(zhì)量濃度為25%~35%，反應(yīng)溫度為55℃左右；酸化反應(yīng)工藝條