专利名称：微米级球形硅微粉的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硅微粉的制备方法，特别是一种微米级球形硅微粉的制备方法。
背景技术：
球形硅微粉是航空、航天、电子信息等高端产业的重要材料，同时也在新型涂料、 特种陶瓷，高档化妆品等领域有着广泛的应用，具有很高的实用价值。 根据文献报道，现有微米级球形硅微粉的生产方法主要有以下几种1、利用超级 气流粉碎机或高能球磨机等将Si(^的聚集体粉碎制得微米级球形二氧化硅；2、气相化学反 应法制备微米级球形二氧化硅；3、沉淀法制备微米级球形二氧化硅；4、溶胶-凝胶法制备 微米级球形二氧化硅；5、微乳液制备微米级球形二氧化硅。由于上述方法采用机械粉碎、有 机硅水解、化学合成、金属酸盐水解或微乳液法等，其制备过程复杂、生产成本高、工业化生 产过程中产品质量稳定性差、得率过低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种条件温和、工艺过 程简单，所制备出的产品球形度好、分散性能良好、粒径可控、得率高的微米级球形硅微粉
的制备方法。 本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种微米 级球形硅微粉的制备方法，其特点是，其步骤如下 (1)将质量百分比浓度为98%的浓硫酸加入柴油中并搅拌，以除去柴油中的杂 质，浓硫酸与柴油的体积比为1 : 10-20 ;然后将浓硫酸与柴油的混合物静置分层分离；
(2)将经浓硫酸处理后的柴油导入反应器内，再加入四氯化碳，柴油与四氯化碳的 体积重量比L/g为l : 10-15 ;然后在500-1300r/min的搅拌条件下加入司本系列和吐温系 列复合而成的复合乳化剂，柴油与复合乳化剂的体积重量比L/g为l : 20-30，其中，司本系 列占复合乳化剂的质量百分比为60 80%，吐温系列占复合乳化剂的质量百分比为20
40% ; (3)将含二氧化硅10 % 40%的硅酸盐溶液以0. 1 100L/min流量连续导入反 应器中，继续在500 1300r/min的搅拌条件下使物料保持紊流循环1 50min ;
(4)在保持500 1300r/min的搅拌条件下以100 500ml/min的速度将质量百 分比浓度为1_8%的硫酸溶液导入反应器内，反应20-40分钟； (5)将步骤(4)所得反应产物静置陈化后分离，分离所得柴油和复合乳化剂另存 待用，所得固体沉淀用去离子水洗涤至洗涤液的PH值为7，干燥即得微米级球形二氧化硅。
在以上所述的微米级球形硅微粉的制备方法技术方案中 1、在步骤(1)中，所述的浓硫酸与柴油的体积比优选为1 : 12-18，进一步优选为 1 : 14-16。 2、在步骤(2)中，柴油与四氯化碳的体积重量比(L/g)优选为1 : 12-14 ;柴油与复合乳化剂的体积重量比(L/g)优选为1 : 22-28。 3、在步骤(2)中，司本系列占复合乳化剂的质量百分比优选为70%，吐温系列占 复合乳化剂的质量百分比优选为30%。 4、在步骤(4)中，所述的硫酸溶液的质量百分比浓度优选为4-6%。 5、在步骤(5)中，固体沉淀用去离子水洗涤时，优选先用去离子水将固体沉淀清
洗4 6次后，再用去离子水_乙醇混合溶液将产品进行洗涤。 6、在步骤(5)中，将分离所得的柴油和复合乳化剂用98%的浓硫酸和活性碳处理 后，循环使用。 7、所述的复合乳化剂可以为任何一种司本系列的乳化剂和任何一种吐温系列的 乳化剂按所述比例混合而成。 与现有技术相比，本发明本发明的方法制备工艺过程简单，反应温和；产品的球形 度好，表面光滑没有缺陷，分散性能良好；粒度在5 ii m 40 ii m之间，可以通过调节复合乳 化剂用量和转速进行有效控制，产品得率为75%左右，适合工业化生产，产品适合于航空、 航天、电子信息等高端产业，也可用于新型涂料、特种陶瓷，高档化妆品等领域。
具体实施例方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解 本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例l。 一种微米级球形硅微粉的制备方法，其步骤如下 (1)将质量百分比浓度为98%的浓硫酸加入柴油中并搅拌，以除去柴油中的杂 质，浓硫酸与柴油的体积比为1 : IO;然后将浓硫酸与柴油的混合物静置分层分离；
(2)将经浓硫酸处理后的柴油导入反应器内，再加入四氯化碳，柴油与四氯化碳的 体积重量比L/g为1 : 10 ;然后在500r/min的搅拌条件下加入司本系列和吐温系列复合 而成的复合乳化剂，柴油与复合乳化剂的体积重量比L/g为1 : 20，其中，司本系列占复合 乳化剂的质量百分比为60%，吐温系列占复合乳化剂的质量百分比为40% ;
(3)将含二氧化硅10%的硅酸盐溶液以0. 1L/min流量连续导入反应器中，继续在 500r/min的搅拌条件下使物料保持紊流循环50min ; (4)在保持500r/min的搅拌条件下以100ml/min的速度将质量百分比浓度为1 % 的硫酸溶液导入反应器内，反应40分钟； (5)将步骤(4)所得反应产物静置陈化后分离，分离所得柴油和复合乳化剂另存 待用，所得固体沉淀用去离子水洗涤至洗涤液的PH值为7，干燥即得微米级球形二氧化硅。
实施例2。 一种微米级球形硅微粉的制备方法，其步骤如下 (1)将质量百分比浓度为98%的浓硫酸加入柴油中并搅拌，以除去柴油中的杂 质，浓硫酸与柴油的体积比为1 : 20;然后将浓硫酸与柴油的混合物静置分层分离；
(2)将经浓硫酸处理后的柴油导入反应器内，再加入四氯化碳，柴油与四氯化碳的 体积重量比L/g为1 : 15 ;然后在1300r/min的搅拌条件下加入司本系列和吐温系列复合 而成的复合乳化剂，柴油与复合乳化剂的体积重量比L/g为1 : 30，其中，司本系列占复合 乳化剂的质量百分比为80%，吐温系列占复合乳化剂的质量百分比为20% ;
(3)将含二氧化硅40%的硅酸盐溶液以100L/min流量连续导入反应器中，继续在1300r/min的搅拌条件下使物料保持紊流循环lmin ; (4)在保持1300r/min的搅拌条件下以500ml/min的速度将质量百分比浓度为 8%的硫酸溶液导入反应器内，反应20分钟； (5)将步骤(4)所得反应产物静置陈化后分离，分离所得柴油和复合乳化剂另存 待用，所得固体沉淀用去离子水洗涤至洗涤液的PH值为7，干燥即得微米级球形二氧化硅。
实施例3。 一种微米级球形硅微粉的制备方法，其步骤如下 (1)将质量百分比浓度为98%的浓硫酸加入柴油中并搅拌，以除去柴油中的杂 质，浓硫酸与柴油的体积比为1 : 12;然后将浓硫酸与柴油的混合物静置分层分离；
(2)将经浓硫酸处理后的柴油导入反应器内，再加入四氯化碳，柴油与四氯化碳的 体积重量比L/g为1 : 11 ;然后在700r/min的搅拌条件下加入司本系列和吐温系列复合 而成的复合乳化剂，柴油与复合乳化剂的体积重量比L/g为1 : 22，其中，司本系列占复合 乳化剂的质量百分比为65%，吐温系列占复合乳化剂的质量百分比为35% ;
(3)将含二氧化硅20%的硅酸盐溶液以1L/min流量连续导入反应器中，继续在 700r/min的搅拌条件下使物料保持紊流循环10min ; (4)在保持700r/min的搅拌条件下以200ml/min的速度将质量百分比浓度为4% 的硫酸溶液导入反应器内，反应25分钟； (5)将步骤(4)所得反应产物静置陈化后分离，分离所得柴油和复合乳化剂另存 待用，所得固体沉淀用去离子水洗涤至洗涤液的PH值为7，干燥即得微米级球形二氧化硅。
实施例4。 一种微米级球形硅微粉的制备方法，其步骤如下 (1)将质量百分比浓度为98%的浓硫酸加入柴油中并搅拌，以除去柴油中的杂 质，浓硫酸与柴油的体积比为1 : 18;然后将浓硫酸与柴油的混合物静置分层分离；
(2)将经浓硫酸处理后的柴油导入反应器内，再加入四氯化碳，柴油与四氯化碳的 体积重量比L/g为1 : 14 ;然后在1100r/min的搅拌条件下加入司本系列和吐温系列复合 而成的复合乳化剂，柴油与复合乳化剂的体积重量比L/g为1 : 28，其中，司本系列占复合 乳化剂的质量百分比为75%，吐温系列占复合乳化剂的质量百分比为25% ;
(3)将含二氧化硅30%的硅酸盐溶液以80L/min流量连续导入反应器中，继续在 1100r/min的搅拌条件下使物料保持紊流循环45min ; (4)在保持1100r/min的搅拌条件下以350ml/min的速度将质量百分比浓度为 6%的硫酸溶液导入反应器内，反应35分钟； (5)将步骤(4)所得反应产物静置陈化后分离，分离所得柴油和复合乳化剂另存 待用，所得固体沉淀用去离子水洗涤至洗涤液的PH值为7，干燥即得微米级球形二氧化硅。
实施例5。 一种微米级球形硅微粉的制备方法，其步骤如下 (1)将质量百分比浓度为98%的浓硫酸加入柴油中并搅拌，以除去柴油中的杂 质，浓硫酸与柴油的体积比为1 : 15;然后将浓硫酸与柴油的混合物静置分层分离；
(2)将经浓硫酸处理后的柴油导入反应器内，再加入四氯化碳，柴油与四氯化碳的 体积重量比L/g为1 : 13 ;然后在950r/min的搅拌条件下加入司本系列和吐温系列复合 而成的复合乳化剂，柴油与复合乳化剂的体积重量比L/g为1 : 25，其中，司本系列占复合 乳化剂的质量百分比为77%，吐温系列占复合乳化剂的质量百分比为23% ;
(3)将含二氧化硅15%的硅酸盐溶液以50L/min流量连续导入反应器中，继续在950r/min的搅拌条件下使物料保持紊流循环5min ; (4)在保持950r/min的搅拌条件下以150ml/min的速度将质量百分比浓度为5% 的硫酸溶液导入反应器内，反应30分钟； (5)将步骤(4)所得反应产物静置陈化后分离，分离所得柴油和复合乳化剂另存 待用，所得固体沉淀用去离子水洗涤至洗涤液的PH值为7，干燥即得微米级球形二氧化硅。
实施例6。 一种微米级球形硅微粉的制备方法，其步骤如下 (1)将质量百分比浓度为98%的浓硫酸加入柴油中并搅拌，以除去柴油中的杂 质，浓硫酸与柴油的体积比为1 : 14;然后将浓硫酸与柴油的混合物静置分层分离；
(2)将经浓硫酸处理后的柴油导入反应器内，再加入四氯化碳，柴油与四氯化碳的 体积重量比L/g为1 : 12 ;然后在1200r/min的搅拌条件下加入司本系列和吐温系列复合 而成的复合乳化剂，柴油与复合乳化剂的体积重量比L/g为1 : 26，其中，司本系列占复合 乳化剂的质量百分比为62%，吐温系列占复合乳化剂的质量百分比为38% ;
(3)将含二氧化硅38%的硅酸盐溶液以20L/min流量连续导入反应器中，继续在 1200r/min的搅拌条件下使物料保持紊流循环30min ; (4)在保持1200r/min的搅拌条件下以250ml/min的速度将质量百分比浓度为 3%的硫酸溶液导入反应器内，反应30分钟； (5)将步骤(4)所得反应产物静置陈化后分离，分离所得柴油和复合乳化剂另存 待用，所得固体沉淀用去离子水洗涤至洗涤液的PH值为7，干燥即得微米级球形二氧化硅。
实施例7。在实施例1-6任何一项所述的微米级球形硅微粉的制备方法中，在步 骤(5)中，固体沉淀用去离子水洗涤时，先用去离子水将固体沉淀清洗4 6次后，再用去 离子水_乙醇混合溶液将产品进行洗涤。 实施例8。在实施例1-7任何一项所述的微米级球形硅微粉的制备方法中，在步骤 (5)中，将分离所得的柴油和复合乳化剂用98%的浓硫酸和活性碳处理后，循环使用。
实施例9。向200L反应釜内加入60L处理过的柴油，加入800g四氯化碳，用以调 节油相密度，加入1. 4Kg复合乳化剂后开始搅拌，搅拌速度设定为800r/min， 10min后缓慢 加入23L经精制后的水玻璃，继续搅拌20min。乳化后的液体为乳白色半透明溶液，用工业 蠕动泵以300滴/分钟的速度向反应釜内滴加20L5X硫酸，滴加完毕后，继续以800r/min 的搅拌速度搅拌，反应一段时间后停止搅拌，静置陈化一天。回收上层油和水的混合液体， 以待用硫酸、活性炭处理后继续循环使用，反应所得的下层固体沉淀用蒸馏水反复洗涤，抽 虑，共5次，最后使洗涤液的pH值达到7左右。将洗涤出的样品在12(TC鼓风烘箱中烘四小 时。在烘干过程中，前一小时内每间隔十五分钟用药勺将表层与下层翻匀，四小时后取出， 得到IO微米的球形二氧化硅。 实施例10。向200L反应釜内加入60L处理过的柴油，加入700g四氯化碳，用以 调节油相密度，加入1. 5Kg复合乳化剂后开始搅拌，搅拌速度设定为1200r/min， 15min后缓 慢加入23L精制后的水玻璃，继续搅拌30min。乳化后的液体为乳白色半透明溶液，用工业 蠕动泵以200滴/分钟的速度向反应釜内滴加19L5X硫酸，滴加完毕后，继续以1200r/min 的搅拌速度搅拌，反应一段时间后停止搅拌，静置陈化一天。回收上层油和水的混合液体， 以待用硫酸、活性炭处理后继续循环使用，反应所得的下层固体沉淀用蒸馏水反复洗涤，抽 虑，共5次，最后使洗涤液的pH值达到7左右。将洗涤出的样品在12(TC鼓风烘箱中烘四小时。在烘干过程中，前一小时内每间隔十五分钟用药勺将表层与下层翻匀，四小时后取出， 得到5微米的球形二氧化硅。
权利要求
一种微米级球形硅微粉的制备方法，其特征在于，其步骤如下(1)将质量百分比浓度为98％的浓硫酸加入柴油中并搅拌，以除去柴油中的杂质，浓硫酸与柴油的体积比为1∶10-20；然后将浓硫酸与柴油的混合物静置分层分离；(2)将经浓硫酸处理后的柴油导入反应器内，再加入四氯化碳，柴油与四氯化碳的体积重量比L/g为1∶10-15；然后在500-1300r/min的搅拌条件下加入司本系列和吐温系列复合而成的复合乳化剂，柴油与复合乳化剂的体积重量比L/g为1∶20-30，其中，司本系列占复合乳化剂的质量百分比为60～80％，吐温系列占复合乳化剂的质量百分比为20～40％；(3)将含二氧化硅10％～40％的硅酸盐溶液以0.1～100L/min流量连续导入反应器中，继续在500～1300r/min的搅拌条件下使物料保持紊流循环1～50min；(4)在保持500～1300r/min的搅拌条件下以100～500ml/min的速度将质量百分比浓度为1-8％的硫酸溶液导入反应器内，反应20-40分钟；(5)将步骤(4)所得反应产物静置陈化后分离，分离所得柴油和复合乳化剂另存待用，所得固体沉淀用去离子水洗涤至洗涤液的pH值为7，干燥即得微米级球形二氧化硅。
2. 根据权利要求l所述的微米级球形硅微粉的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中， 所述的浓硫酸与柴油的体积比为1 : 12-18。
3. 根据权利要求l所述的微米级球形硅微粉的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中， 柴油与四氯化碳的体积重量比L/g为1 : 12-14 ;柴油与复合乳化剂的体积重量比L/g为 1 : 22-28。
4. 根据权利要求l所述的微米级球形硅微粉的制备方法，其特征在于，在步骤(2) 中，司本系列占复合乳化剂的质量百分比为70%，吐温系列占复合乳化剂的质量百分比为 30%。
5. 根据权利要求l所述的微米级球形硅微粉的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中， 所述的硫酸溶液的质量百分比浓度为4-6%。
6. 根据权利要求l所述的微米级球形硅微粉的制备方法，其特征在于，在步骤(5)中， 固体沉淀用去离子水洗涤时，先用去离子水将固体沉淀清洗4 6次后，再用去离子水_乙 醇混合溶液将产品进行洗涤。
7. 根据权利要求l所述的微米级球形硅微粉的制备方法，其特征在于，在步骤(5)中， 将分离所得的柴油和复合乳化剂用98%的浓硫酸和活性碳处理后，循环使用。
全文摘要
一种微米级球形硅微粉的制备方法，其特征在于，将经浓硫酸处理后的柴油导入反应器内，再加入四氯化碳，然后在500-1300r/min的搅拌条件下加入司本系列和吐温系列复合而成的复合乳化剂，再将含二氧化硅10％～40％的硅酸盐溶液连续导入反应器中，使物料保持紊流循环1～50min，再将硫酸溶液导入反应器内，反应20-40分钟，分离所得固体沉淀用去离子水洗涤，干燥即得。该工艺过程简单，反应温和；产品的球形度好，表面光滑没有缺陷，分散性能良好；粒度在5μm～40μm之间，产品得率为75％左右，适合工业化生产，产品适合于航空、航天、电子信息等高端产业，也可用于新型涂料、特种陶瓷，高档化妆品等领域。
文档编号C01B33/12GK101704528SQ200910234540
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月23日 优先权日2009年11月23日
发明者刘宏英, 吴家胜, 姜炜, 曹家凯, 李凤生, 李晓冬, 汪维桥, 王松宪, 阮建军, 顾志明 申请人:连云港东海硅微粉有限责任公司