Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Испарение 5Ю2
Кремнезем может испаряться непосредственно при чрезвычайно высокой температуре в плазменной струе [448—450]. Когда конденсация происходит в отсутствие водорода, а диспергирование— в масляной среде, такой, например, как дибутилфта-лат, то кремнеземный порошок оказывается нетиксотропным. Было признано, что группы ЭЮН на поверхности частиц необходимы для удерживания кремнеземных частиц в виде тпксо-тропной сетки посредством образования водородных связей в том случае, когда такой кремнезем находится в относительно непо-
Силикагели и порошки
783
лярной жидкой среде. Как было отмечено в гл. 4, дискретные кремнеземные частицы с полностью этерифицированной поверхностью и не имеющие на ней неприкрытых групп SiOH превосходно диспергируются даже в углеводородных растворителях при высокой концентрации кремнезема, давая незначительное повышение вязкости. Полностью обезвоженная поверхность Si02 органофильна и гидрофобна, и если такой кремнезем диспергировать в воде при значении рН 2, чтобы задержать процесс гидратации поверхности, то, без сомнения, будет развиваться некоторая степень тиксотропии благодаря образованию гидрофобных связей, как это отмечалось на других частично гидрофобных частицах кремнеземного порошка. Хаусман [451] запатентовал установку с использованием азота в качестве газоразрядной плазмы для испарения кремнезема.
Как описал Берби [8], введение в струю газоразрядной плазмы какого-либо вещества, приводящего к образованию групп SiOH на поверхности кремнезема, способствует тому, что наблюдается тиксотропия кремнезема в маслах. Авторы работы [452] отметили, что когда такая плазма содержала водород или аммиак, то шло некоторое восстановление кремнезема, вероятно, до более летучего SiO; когда последний повторно окислялся, шло образование конечного продукта с очень высоким значением удельной поверхности.
Окисление пара SiO
Хотя при очень высокой температуре (около 2000°С) кремнезем испаряется и его пары конденсируются в виде тонкодисперсного вещества, процесс испарения можно осуществлять при гораздо более низкой температуре путем введения восстановителя для образования SiO, который имеет температуру сублимации <~ 1700°С. При окислении моноксида кремния повторно образуется диоксид кремния, который конденсируется в виде «дыма». Поттер [456] приготовил тонкодисперсный кремнезем посредством продувания паров моноксида кремния через обогреваемую камеру вместе с газом-окислителем. Фон Строх [457] получил" патент на применение полученного таким способом Si02 в качестве наполнителя для резины. Кроме того, Рейк и Бирнс [458] (фирма Permanente Metal Corp.) запатентовали способ приготовления тонкодисперсного кремнезема из моноксида кремния при температуре в области 1250—1450°С.
При использовании углеводородов в качестве «стабилизирующей жидкости» в плазменной горелке, согласно данным Кю-глера, Сннса и Зильбергера [453], даже более грубые частицы кремнезема при их подаче в струю восстанавливались до пара SiO. Эти авторы разработали также конструкцию горелки.
784
Глава 5
Кармен и др. [454] описали электрод с «жидкостной конвекцией». Так называемые «кремнеземы дугового разряда» просто получаются испарением и, по крайней мере частично, превращаются в SiO благодаря присутствию паров углерода, возникающего в дуговом разряде, после чего SiO повторно окисляется. Твердые кремнеземные продукты, получившие наименование Arc Silicas, представляют собой кремнеземные кластеры размером 2—3 мкм, состоящие в свою очередь из частиц диаметром 15 им [455].
Был запатентован [459] процесс установления равновесия пара Si02, выделившегося из дуговой печи, в которой в результате реакции между песком и коксом и окисления пара SiO до Si02 получаются частицы размером 8—28 нм. Согласно другому способу [460], песок и кокс испарялись из подобной печи при 1500—2000°С, газовую смесь СО и SiO смешивали с водяным паром и воздухом с целью охлаждения смеси до 350—400°С и сконденсированный кремнезем отделяли центрифугированием. Промежуточное соединение кремнезема затем подвергалось термической обработке при 200— 700°С в псевдоожиженном слое. Конечный продукт состоял из кремнеземных частиц размером 5—150 нм и имел удельную поверхность в области 50—300 м2/г при объемной плотности всего 15—30 г/л (0,015—0,03 г/см3).
Наиболее своеобразная форма тонкодисперсного кремнезема была описана Неметчеком и Хофманом [461]. SiO приготовлялся посредством реакции между Si и SiO2 в вакуумных условиях в трубчатой печи при 1200°С. Между реакционной смесью и SiO, который конденсировался вблизи от нее, по прошествии 48 ч образовывалось множество полых трубочек или волокон, представляющих собой аморфный кремнезем с диаметром нитей 30—70 нм и толщиной стенок 6—-15 нм. Такое вещество в конце концов закупоривало реакционную трубку.
Окисление и гидролиз паров SiCU
Пары тетрахлорида кремния при высокой температуре могут либо подвергаться окислению, либо гидролизоваться. SiCl4 можно сжигать в атмосфере кислорода и получать Si02 и СЬ [462]. По-видимому, СЬ мог бы быть включен в повторный цикл с целью получения дополнительного количества SiCl4 из отходов кремния, сжигаемого в газообразном хлоре. Такое- сгорание кремния протекает столь же легко, как и сгорание угля в печи. Однако можно использовать более простое оборудование в том случае, когда SiCl4 смешивается с СН4 и сжигается с образованием тонкодисперсного Si02 и HCl. По-видимому, HCl можно было бы окислять до С12 для применения в повторном циклическом процессе, если экономически это целесообразно.
