阅读说明：本技术 一种节能环保纳米二氧化硅生产装置及工艺 (Energy-saving and environment-friendly nano silicon dioxide production device and process ) 是由 刘冠诚 于 2021-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种节能环保纳米二氧化硅生产装置及工艺,所述的装置包括物料储罐,所述的物料储罐分别连接送料装置和等离子体发生器。所述的工艺是将微米级SiO₂粉体经除杂净化后,用等离子体炬进行气化后再对其进行冷却,通过分级得到不同粒径的纳米级二氧化硅产品。本发明利用等离子体高温把微米级SiO₂经除杂净化的粉体进行气化,喷入冷惰性气体中急冷得5∼40nm球状的SiO₂微粒,经气流分级筛分成不同粒径的产品。取代了传统能耗高、工艺复杂的气相法、溶胶-凝胶法、微乳法。本发明利用电感耦合无电极等离子体技术对二氧化硅进行气化,不存在任何污染,得到高纯度纳米二氧化硅。(The invention discloses an energy-saving and environment-friendly nano silicon dioxide production device and process. The process comprises the steps of removing impurities and purifying the micron-sized SiO ₂ powder, gasifying the powder by using a plasma torch, cooling the powder, and grading to obtain the nano-sized silicon dioxide products with different particle sizes. The invention gasifies the powder purified by removing impurities of micron-sized SiO ₂ by using high temperature of plasma, sprays the gasified powder into cold inert gas to be quenched to obtain spherical SiO ₂ particles with the particle size of 5-40 nm, and then the particles are separated into products with different particle sizes by an airflow grading sieve. Replaces the traditional gas phase method, sol-gel method and microemulsion method with high energy consumption and complex process. The invention gasifies the silicon dioxide by utilizing the inductance coupling electrodeless plasma technology without any pollution and obtains the high-purity nano silicon dioxide.)

一种节能环保纳米二氧化硅生产装置及工艺

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种节能环保纳米二氧化硅生产装置及工艺。

背景技术

纳米材料被众多科学家视为21世纪最有前途的材料之一，西方各发达国家纷纷把纳米级材料的 研究、开发列入本国的高技术发展计划之中，纳米SiO₂作为纳米级材料中的重要一员。但值得关注的是， 传统沉淀法工艺生产的白炭黑产品能否成为纳米SiO₂中的一个品种。传统沉淀法特指以硫酸、盐酸、 SiO₂与水玻璃为基本原料生产白炭黑的生产工艺。

传统沉淀法白炭黑不是纳米材料, 如果仅根据白炭黑透射电镜照片显示其粒径为15∼20nm，即将其视为纳米材料，显然是错误的。传统沉淀法白炭黑在使用透射电镜测定其粒径时，首先要对样品进行预处理，一般是在分散液内采用超声波技术使之分散。因此，测得的粒径是强制分散后的粒径，通常称之为原始粒子，而不代表成品粒径。传统沉淀法白炭黑在橡胶中经混炼后，并不能使沉淀法白炭黑分散成100nm以下的粒子。据国外研究表明，在胶料中分散后的白炭黑粒子，也就是真正与胶料交联起补强作用的粒子粒径在250∼500nm的范围内。传统沉淀法白炭黑的原始粒子虽为 15∼20nm，但在表面羟基作用下已形成聚集体颗粒，因而无法表现出纳米材料应有的特性。传统沉淀法白炭黑粒子生成过程中，可以将其分为如下几个过程：在沉淀反应时水玻璃与酸反应，最初生成硅酸，然后自聚成硅酸微粒子。这个过程形成的粒子我们称之为原始粒子或一次粒子，也就是透射电镜可以看到的SiO₂粒子，它的确是纳米态胶体粒子。随后，这些聚硅酸微粒渐渐长大形成链状水合硅酸聚集体，这些聚集体我们可以称之为二次粒子。在过滤、洗涤后，滤饼打浆，送入干燥设备中脱水，水合硅酸聚集体变成SiO₂颗粒产品，我们称之为三次粒子。如果将沉淀法白炭黑产品再次粉碎，所得到的白炭黑产品应称之为四次粒子了。故现有传统沉淀法生产工艺是不可能得到纳米态SiO₂微粒的。即使采用先进的超细粉碎手段，也只能得到微米级的 SiO₂粉体。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种节能环保纳米二氧化硅生产装置。

本发明的第二目的在于提供一种节能环保纳米二氧化硅生产工艺。

本发明的第一目的是这样实现的，所述的装置包括物料储罐，所述的物料储罐1分别连接送料装置和等离子体发生器。

本发明的第二目的通过以下步骤实现：

将微米级SiO₂粉体经除杂净化后，用等离子体炬进行气化后再对其进行冷却，通过分级得到不同粒径的纳米级二氧化硅产品。

本发明的有益效果：

本发明利用等离子体高温把微米级SiO₂经除杂净化的粉体进行气化，喷入冷惰性气体中急冷得5∼40nm球状的SiO₂微粒，经气流分级筛分成不同粒径的产品。取代了传统能耗高、工艺复杂的气相法、溶胶-凝胶法、微乳法。本发明利用电感耦合无电极等离子体技术对二氧化硅进行气化，不存在任何污染，得到高纯度纳米二氧化硅。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图中：1-物料储罐，2-送气装置，3-等离子体发生器，4-视频电源，5-石英送料管，6-辅助气体装置，7-石英炬管，8-等离子体炬，9-扩散咀，10-空压机，11-制冷机，12-冷气喷嘴，13-旋流冷却塔，14-惰性气体回收罐，15-惰性气体储罐，16-风机，17-风力分级机，18-集尘器，19-二氧化硅收集装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不得以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

如图1所示，包括物料储罐1，所述的物料储罐1分别连接送料装置2和等离子体发生器3。

所述的等离子体发生器3包括石英送料管5，石英炬管7，扩散咀9，所述的物料储罐1的出料口连通石英送料管5，石英送料管5设置在石英炬管7内，石英送料管5的出料端设置扩散咀9，扩散咀9呈喇叭型且小口连接在石英炬管7的端口上形成物料通道。

所述的石英炬管7内还设置辅助气体通道与辅助气体装置6相连通，辅助气体通道的开口与石英送料管5的出口朝向一致。所述的辅助气体为惰性气体。

所述的石英炬管9的进气口连接制冷机11，制冷机11连接空压机10。

所述的制冷机11分别连接惰性气体储罐15和冷气喷嘴12，冷气喷嘴12连通旋流冷却塔13。

所述的旋流冷却塔13的物料出口通过风机16连通风力分级机17，微尘出口连接集尘器18。

一种节能环保纳米二氧化硅生产工艺，包括如下步骤：

将微米级SiO₂粉体经除杂净化后，用等离子体炬进行气化后再对其进行冷却，通过分级得到不同粒径的纳米级二氧化硅产品。

SiO₂粉体在气化之前通过惰性气体进行送料。

所述的等离子体炬的温度为9000~12000K。

所述SiO₂粉体气化后，冷却过程中是被经过制冷机制冷后的惰性气体对其进行冷却的。

所述的惰性气体为氩气或氦气。

下面结合附图对本发明创造进行详细说明以示本发明的原理：

把30.8umSiO2经除杂净化的粉体装入物料储罐1，由送料氩气罐2提供一定压力的氩气进行送料到石英送料管5，等离子体发生器3由射频电源4（13.56MHz）提供电能由电感线圈产生强大的磁场使带物料的氩气和辅助氩气（来自辅助气体装置6）通过磁场区产生等离子体炬8（约10000K），二氧化硅粉体瞬间被气化，气化后经扩散咀9进入旋流冷却塔13进行急冷，为防止物料氧化，由氩气储罐15提供氩气通过制冷机冷11却后经冷气喷嘴12喷入旋流冷却塔13对物料进行冷却，由于石英炬管7工作在高温环境，由空压机10（压力为0.6Mpa）经制冷机11冷却后的空气切向送入石英炬管7进行冷却，由尾端排出。氩气回收罐14的氩气净化后返回氩气储罐15进行使用，旋流冷却塔13冷却的物料通过风机6送往风力分级机17分级后送往二氧化硅收集装置19收集得不同粒级的纳米二氧化硅产品。风力分级机17出来的微尘由集尘器18进行收集。