Bột silic hình cầu là vật liệu quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, được đánh giá cao vì các tính chất và ứng dụng độc đáo của nó. Việc sản xuất bột silic hình cầu liên quan đến nhiều kỹ thuật được phân loại thành phương pháp vật lý và phương pháp hóa học, tùy thuộc vào việc có xảy ra biến đổi hóa học trong quá trình này hay không.
Phương pháp sản xuất bột silic hình cầu là gì?
1. Phương pháp vật lý:
Các phương pháp này không liên quan đến phản ứng hóa học và bao gồm các kỹ thuật như: nghiền bi cơ học, phun, cầu hóa bằng ngọn lửa, xử lý plasma, cầu hóa nung ở nhiệt độ cao.
2. Phương pháp hóa học:
Chúng liên quan đến các chuyển đổi hóa học và bao gồm: phương pháp pha khí, phương pháp kết tủa, tổng hợp thủy nhiệt, quy trình sol-gel, phương pháp nhũ tương vi mô.
Hướng dẫn này khám phá 14 phương pháp chế biến đảm bảo độ chính xác trong việc tạo ra hình cầu mong muốn.
Quy trình sản xuất bột vi silic hình cầu
01 Phương pháp mài cơ học
Nghiền cơ học sử dụng thiết bị nghiền chuyên nghiệp và thiết bị sàng lọc phụ trợ để sản xuất bột siêu mịn. Theo trạng thái của vật liệu, nó được chia thành nghiền khô và nghiền ướt. Nghiền ướt sử dụng nước làm môi trường mang, và các hạt được nghiền bằng cách khuấy và nghiền để tạo ra các sản phẩm siêu mịn có độ phân tán tốt và kích thước hạt đồng đều.
02 Phương pháp phun
Sấy phun là phương pháp lấy mẫu bằng cách sấy nhanh nguyên liệu dạng lỏng thông qua máy sấy phun. Nguyên liệu dạng lỏng đi qua một máy phun để tạo thành các giọt cực mịn. Các giọt tiếp xúc với không khí nóng, độ ẩm bên trong di chuyển ra ngoài, các hạt nguyên liệu kết tụ lại và thu được sản phẩm mong muốn sau khi sấy.
03 Phương pháp hình cầu ngọn lửa
Khi bột được nung ở nhiệt độ cao (1600-2000℃), các cạnh và góc trên bề mặt bột dần tan chảy, và một quả cầu được hình thành dưới tác động của sức căng bề mặt. Bột thạch anh thông thường được sử dụng làm nguyên liệu, và bột silic hình cầu được chế tạo bằng phương pháp ngọn lửa oxy-axetilen, có thể đảm bảo bề mặt của nó nhẵn và tốc độ cầu hóa đạt 95%.
04 Phương pháp nấu chảy bằng ngọn lửa
Sử dụng bột vi silic góc làm nguyên liệu thô, nghiền, sàng, tinh chế và các quá trình xử lý trước khác. Bột vi silic góc được nghiền bằng máy nghiền luồng không khí và sau khi xử lý trước nhiều giai đoạn, nó được sàng thành kích thước hạt phù hợp. Axetilen, khí tự nhiên và các loại khí khác được sử dụng làm nguồn nhiệt để nấu chảy bột, ngọn lửa sạch và không gây ô nhiễm. Bột vi silic góc có kích thước hạt phù hợp được nấu chảy ở nhiệt độ cao ngay lập tức bằng phương pháp nấu chảy ngọn lửa nhiệt độ cao và làm nguội nhanh để hình cầu. Thu được bột vi silic hình cầu có kích thước hạt đồng đều và độ tinh khiết cao.
05 Phương pháp plasma
Phương pháp plasma sử dụng vùng nhiệt độ cao được tạo ra bởi hồ quang plasma khoảnh khắc để làm tan chảy bột silicon dioxide hoặc bột thạch anh thành các giọt, chúng được hình cầu hóa dưới tác động của sức căng bề mặt và được làm nguội để tạo thành các hạt silicon dioxide hình cầu.
06 Phương pháp cầu hóa nung ở nhiệt độ cao
Phương pháp nung cầu hóa nhiệt độ cao là phương pháp làm già bột quặng thạch anh tự nhiên thô đã chọn trong điều kiện kiềm và sau đó lọc. Làm mất nước và sấy khô vật liệu lọc, thêm chất kết dính để thu được mẫu khối và nung trong lò nhiệt độ cao, làm nguội và sau đó phân tán, thông qua quá trình nghiền cầu hóa, tách từ và phân loại tách khí. Cuối cùng tạo ra bột silic hình cầu siêu mịn có độ tinh khiết cao. Sản phẩm thu được bằng phương pháp này có tỷ lệ cầu hóa cao, độ trắng tốt, độ tinh khiết cao, độ lưu động và khả năng phân tán tốt. Tuy nhiên, vẫn đang trong giai đoạn phòng thí nghiệm.
07 Phương pháp đốt cháy trực tiếp
Vì silicon hình cầu nóng chảy bằng ngọn lửa là dạng cầu hóa bột khoáng tự nhiên, nên có một số hạn chế nhất định về độ tinh khiết và phân bố kích thước hạt. Một số công ty nước ngoài hàng đầu sử dụng phương pháp chế tạo phương pháp đốt trực tiếp (VMC). Phương pháp này là để chế tạo các vi cầu silicon dioxide có độ tinh khiết cao, kích thước hạt nhỏ và phân bố kích thước hạt tương đối có thể kiểm soát được thông qua phản ứng trực tiếp của bột silicon kim loại với oxy.
08 Phương pháp phun nóng chảy nhiệt độ cao
Phương pháp phun nóng chảy nhiệt độ cao là làm tan chảy thạch anh có độ tinh khiết cao thành chất lỏng ở nhiệt độ 2100-2500 ℃, và thu được bột vi silic hình cầu sau khi phun và làm mát. Bề mặt sản phẩm nhẵn, tốc độ hình cầu hóa và tốc độ vô định hình có thể đạt tới 100%. Một số nhà sản xuất ở Hoa Kỳ và Nhật Bản sử dụng phương pháp này để sản xuất bột vi silic hình cầu, nhưng nó được bảo mật nghiêm ngặt với bên ngoài. Phương pháp phun nóng chảy nhiệt độ cao dễ đảm bảo tốc độ hình cầu hóa và tốc độ vô định hình, nhưng khó khăn của công nghệ tgdrgdddddddhis là hệ thống phun sương của vật liệu nhiệt độ cao, chất lỏng nóng chảy thạch anh nhớt, điều chỉnh kích thước hạt phun sương và giải quyết các vấn đề như ngăn ngừa ô nhiễm và tinh chế thêm.
09 Phương pháp đốt cháy nhiệt độ thấp tự lan truyền
Quy trình của phương pháp đốt nhiệt độ thấp tự lan truyền bao gồm việc chuẩn bị natri silicat, chuẩn bị sol silicat, chuẩn bị chất lỏng đốt hỗn hợp, phản ứng đốt, ủ và khử cacbon, xử lý rửa và các bước khác. Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng bột vi tinh thể silic tự nhiên hoặc bột vi tinh thể silic nóng chảy làm nguyên liệu, dễ thu được; quy trình đơn giản, không cần thiết bị đặc biệt, thao tác thuận tiện, dễ kiểm soát và chi phí sản xuất thấp; vật liệu được sử dụng trong quy trình sản xuất chỉ chứa các ion natri và ion nitrat rất dễ hòa tan trong nước và không đưa vào các ion tạp chất khác, có lợi cho việc chuẩn bị bột vi tinh thể silic có độ tinh khiết cao. Hiện tại, phương pháp này chỉ ở giai đoạn phòng thí nghiệm và không thể sản xuất hàng loạt tốt.
10 Phương pháp pha khí
Phương pháp pha khí là phương pháp chưng cất silic halide trong tháp chưng cất, sau khi khí hóa ở nhiệt độ cao, thủy phân bằng một tỷ lệ nhất định của hydro và oxy bằng áp suất ở nhiệt độ cao. Sản phẩm được thu thập bằng bộ thu cyclone để thu được các hạt nano pha khí. Các hạt silica được chế tạo bằng phương pháp này có độ tinh khiết cao và quá trình phản ứng có thể kiểm soát được, nhưng chi phí cao và các sản phẩm phụ hữu cơ được tạo ra trong quá trình này rất khó xử lý.
11 Phương pháp kết tủa
Sử dụng thủy tinh nước, axit hóa, v.v. làm nguyên liệu, thêm một lượng chất hoạt động bề mặt thích hợp, cần chú ý kiểm soát nhiệt độ trong toàn bộ quá trình chế biến. Nếu giá trị pH vượt quá 8, cần thêm chất ổn định và bột silic hình cầu được hình thành sau khi rửa, sấy khô và nung. Bột silic hình cầu được chế tạo theo phương pháp này có kích thước hạt rất đồng đều, chi phí thấp, quy trình đơn giản và dễ kiểm soát. Có thể sử dụng trong sản xuất công nghiệp, nhưng nhược điểm là có thể xảy ra hiện tượng kết tụ.
12 Phương pháp tổng hợp thủy nhiệt
Phương pháp tổng hợp thủy nhiệt được sử dụng rộng rãi trong việc chế tạo các hạt nano trong pha lỏng. Nói chung, các hợp chất vô cơ và hữu cơ được kết hợp với nước trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao từ 150℃ ~ 350℃, và các ion, phân tử, cụm ion, v.v. được phép đi vào vùng tăng trưởng với các tinh thể mầm thông qua sự đối lưu mạnh, và cuối cùng thu được dung dịch và tinh thể quá bão hòa. Lọc, rửa và sấy khô các chất vô cơ có thể tạo thành các hạt vi mô siêu mịn và có độ tinh khiết cao. Việc sử dụng phương pháp tổng hợp thủy nhiệt để chế tạo bột vi mô silic hình cầu giúp loại bỏ quá trình chuyển đổi thành oxit theo yêu cầu của các phương pháp tổng hợp pha lỏng thông thường, giúp giảm khả năng kết tụ cứng.
13 Phương pháp Sol-gel
Phương pháp sol-gel là trộn đều nguyên liệu thô với pha lỏng, thủy phân chúng trong điều kiện nhất định, tạo thành sol thông qua ngưng tụ hóa học và tạo thành silica gel có cấu trúc mạng ba chiều sau một khoảng thời gian. Sau khi lọc, rửa, sấy khô và thiêu kết, thu được các hạt nano-silicon dioxide hoặc nano-thạch anh.
14 Phương pháp nhũ tương vi mô
Microemulsion là phương pháp trong đó hai pha không tương thích tạo thành một nhũ tương đồng nhất dưới tác động của chất hoạt động bề mặt. Phương pháp này sử dụng khoảng không nhỏ giữa hai pha để tạo thành hạt nhân dưới sự hướng dẫn của nguồn silicon và thu được các hạt silica hoặc thạch anh hình cầu sau khi xử lý nhiệt. Do không gian hạn chế cho quá trình hình thành và phát triển, các hạt silica tạo ra theo phương pháp này có kích thước nhỏ và không dễ kết tụ.