白炭黑
简介
白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，又称水合二氧化硅，英文名称为Silica；分子式为SiO2·nH2O；CAS号为-57-9。主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶。作为一种无毒且性能良好的助剂，白炭黑广泛地应用于橡胶、轮胎、制鞋、饲料、塑料、造纸、化妆品、牙膏农药、食品添加剂、卫生、消防及油墨等领域。沉淀法白炭黑外观状态有微珠、粉状、块状和超细等，气相法白炭黑外观状态为超微细粉状。
沉淀法白炭黑的外观
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气相白炭黑的外观
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★本文着重介绍沉淀法白炭黑★白炭黑分类
①按制造方法分类
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②白炭黑按用途分类
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③白炭黑按市场分类
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白炭黑生产工艺
⑴沉淀法白炭黑：
又叫硅酸钠酸化法，采用水玻璃溶液（主要成分为硅酸钠）与酸（一般使用硫酸）反应，再经过沉淀、过滤、洗涤、干燥和煅烧而得到白炭黑，该法是国内目前白炭黑的主流生产工艺。
反应方程式为：
Na2SiO3+H2SO4—白炭黑(SiO2)+Na2SO4+H2O
沉淀法白炭黑典型的工艺流程如下
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⑵气相法白炭黑：
主要为化学气相沉积（CVD）法，又称热解法、干法或燃烧法。使用的主要原料是四氯化硅、氧气（或空气）和氢气。反应流程是先将空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉，同时也将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸发，并以干燥、过滤后的空气为载体，送至合成水解炉；然后四氯化硅在高温下气化（火焰温度~℃）后，与一定量的氢和氧（或空气）在℃左右的高温下进行气相水解；此时生成的气相二氧化硅颗粒极细，与气体形成气溶胶，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒，然后经旋风分离器收集，再送入脱酸炉，用含氮空气吹洗气相二氧化硅至PH值为4～6即为成。
反应方程式为:
SiCl4+2H2+O2—SiO2+4HCl
气相法白炭黑典型的工艺流程如下
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白炭黑行业市场现状分析
一、年白炭黑产能概况
随着中国白炭黑产业的迅猛发展，全球白炭黑产能呈现快速增长的态势，截至年底全球白炭黑产能约在万吨左右，全球白炭黑产品以沉淀法白炭黑为主，年全球沉淀法白炭黑产能在万吨左右，占行业总产能的90%左右，而气相法白炭黑生产则主要集中在德国、美国、日本、中国、乌克兰等少数几个国家，行业技术高度垄断。年全球气相法白炭黑产能在45万吨左右，当中欧美国家产量占全球总产量的70%，亚洲地区产量占比为30%。
至年底全球白炭黑产能约在万吨左右，其中中国产能接近万吨，占全球总产能的65%以上。就白炭黑消费而言，目前中国是全球最大的白炭黑消费市场，年消费量在百万吨以上，远超欧美、日本等发达国家。
年，中国共有白炭黑生产企业76家，产能合计约万吨/年。其中沉淀法白炭黑厂家52家，产能合计约万吨/年；气相法白炭黑厂家24家，产能合计约15万吨/年。国内白炭黑行业集中度较高，规模在5万吨/年以上的企业数量为17家，数量占比为22%，这17家所对应的总产能约万吨/年，产能占比为70%。
年中国白炭黑产能统计
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二、年白炭黑进出口概况
年，国内白炭黑进口量约为7万吨，出口量约为43万吨。随着生产能力和技术水平的不断提高，国内白炭黑从生产规模、生产技术到产品品种和质量等方面与赢创、索尔维、PPG等国外著名白炭黑制造商差距逐步减小，产品除可满足国内橡胶、涂料等主要工业领域的市场需要外，依靠原材料、劳动力、能源等成本优势，产品大规模进军国际市场，产品主要出口东南亚、欧洲、日韩、巴西等国家和地区。
年，中国进口白炭黑的均价为元/吨，而出口均价才元/吨。我们可以明显的看到，虽然国内白炭黑产品出口量很大，出口量逐年增加，但同进口产品相比，单位产品价格明显偏低。进口量的下降，显示出中国白炭黑技术的长足进步，但特殊用途的白炭黑品种和国外企业相比尚有差距，进口品种主要为特殊用途的高分散白炭黑和气相法白炭黑。
年虽然受到中美贸易摩擦影响，沉淀法白炭黑同美国进出口贸易额有所下降，但同美国以外的其他国家和地区贸易额增幅较大，尤其是欧洲和南美的国家和地区，基本抵消了和美国的贸易摩擦影响，总体上进出口量和年相比略有增加。年中国其他二氧化硅出口量为40.94万吨，年约为43.3万吨，同比增长5.8%。年进口量为7.53万吨，年约为7万吨，同比下降7%。
注：从年开始，进出口贸易数据海关统计中把二氧化硅划分为硅胶和其他二氧化硅，其他二氧化硅主要为沉淀法白炭黑、气相二氧化硅。
三、年国内沉淀法白炭黑消费概况
年，国内沉淀白炭黑消费量约为万吨，主要用于鞋类、轮胎和其他浅色橡胶制品。中国制鞋业发展迅猛，已成为世界上最大的鞋类生产和出口国。鞋子作为日常生活必需品，白炭黑在鞋类制品中的消费量一直占有较大份额，消费量为41.2万吨，占比29.01%，作为“绿色轮胎”配套专用材料，高分散白炭黑在轮胎产品中的用量不断攀升，轮胎在白炭黑消费中占比36.62%，沉淀法白炭黑消费量为52万吨。以轮胎、制鞋、硅橡胶及其他橡胶制品对沉淀法白炭黑的消费占比高达77%，而在非橡胶行业中，农药、兽药、饲料行业消费占比为23%，比例依然高于国外比例，而在涂料和牙膏行业消费比例则低于国外比例，国内造纸行业尚无具体应用案例。
年中国沉淀法白炭黑消费分布（单位：%）▽未来沉淀法白炭黑发展趋势
一、白炭黑行业发展趋势分析
经过近40年的发展，中国沉淀法白炭黑从无到有、从单套生产装置不足t/a，到如今单套生产装置高达5万t/a；产品品种从单一制鞋用，到如今涵盖制鞋、轮胎、硅橡胶、涂料、牙膏、食品、饲料等众多领域，取得了令世界瞩目的成就。但国内白炭黑生产企业在产品应用研发、产业链延伸、数字化应用等方面和国外白炭黑生产巨头相比尚有不小差距，国内企业应联合科研机构加大这方面研发投入，实现从生产型制造向服务型制造转变，开发更多更好的产品，拓展产品用途以满足人们不断增长的美好生活需要。
未来几年，中国还有很多白炭黑新建及扩建项目，特别是气相法白炭黑、高分散白炭黑等高性能白炭黑的扩产及新建，但同时我们也看到现有白炭黑产能已经出现过剩现状，因此我们预计到年，中国白炭黑的产能约为万吨/年，年均增长率约为3%。
下游需求方面，考虑到不容乐观的国内外经济形势对轮胎、制鞋、饲料等行业的冲击和影响，我们预计到年，中国白炭黑的消费量约为万吨，年均增长率约为3%。
中国人口超过14亿，作为“智能材料”之一的白炭黑人均消费量还很低，随着人们生活水平的提高和消费习惯的改变，白炭黑的国内需求仍将保持较快的增长速度。市场调研机构（FMI）研究报告预测，—年，全球白炭黑市场年复合增长率为5.8%。中国将推动这一地区需求增长，作为全球最大的白炭黑消费国，中国或将成为世界上增长速度最快的市场之一。
二、未来沉淀法白炭黑生产能力预测
年，我国沉淀法白炭黑生产能力为万吨。我们预计，年我国沉淀法白炭黑生产能力将达到万吨，未来五年（-）年均复合增长率约为1.1%，年将达到万吨。
三、未来五年沉淀法白炭黑发展应用趋势
预测未来国内沉淀法白炭黑增长点集中于汽车轮胎、硅橡胶、牙膏、涂料、饲料、二氧化硅气凝胶等领域，尤其是低滚动阻力的“绿色轮胎”的制造。作为“绿色轮胎”补强材料的高分散白炭黑将成为中国白炭黑市场的主流产品，高分散白炭黑生产技术的开发和应用将带动整个行业升级和发展。未来沉淀法白炭黑的发展方向主要集中在以下几个方面：
（1）绿色轮胎用高分散沉淀法白炭黑
绿色轮胎也称环保或低污染轮胎，是指在轮胎配方中用高分散沉淀法白炭黑取代炭黑，从而降低轮胎的滚动阻力，减少油耗，实现减少汽车废气排放的环保效应。欧洲对乘用车轮胎的湿牵引性和滚动阻力的要求高，绿色轮胎在欧洲市场发展较快，而且欧盟已经规定新车原配轮胎必须采用绿色轮胎，因此欧洲是高分散沉淀法白炭黑使用比例最高的地区。随着国内人民的节能环保意识的增强，近年国内“绿色轮胎”用高分散性沉淀法白炭黑（HDS）需求增长势头迅猛。经过技术攻关，国内高分散沉淀法白炭黑取得了长足进步，逐渐代替进口，实现了国产化。最近几年，使用高分散白炭黑的绿色轮胎产量保持着10%~20%的年增长率，而且越来越多的原配轮胎指标中开始指定添加白炭黑。
年国内高分散白炭黑（HDS）产能
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（2）硅橡胶用高分散沉淀法白炭黑
硅橡胶具有优异的耐高/低温性、耐候性、憎水性、电气绝缘性和生理惰性等特点，在国防军工、电子电器、医疗卫生、工农业领域及人们的日常生活中应用广泛，近年来保持良好的发展势头。
（3）高档涂料用特种沉淀法白炭黑
高分散沉淀法白炭黑在涂料中可作为消光剂，原理是其能使涂膜表面变粗糙，不均匀的表面和微弱的粗糙会造成光的散射，从而降低光泽,起到消光作用。随着新技术的发展，用蜡对白炭黑进行表面处理，可以改善其分散性，克服其易产生凝聚沉淀的弊病，保留其消光效率高的特性，同时也赋予其涂料手感好、耐划伤等优点。
（4）磨料型牙膏用特种沉淀法白炭黑
沉淀法白炭黑是目前牙膏用摩擦剂的主要品种之一。沉淀法白炭黑比表面积大、吸附能力强、吸附物质多、颗粒均匀，有利于提高产品透明度，且性质稳定，无毒无害，因此是一种较好的牙膏原料。沉淀法白炭黑在牙膏中应用时间不长，但已显示出多种功能，首先可充当缓蚀剂、增稠剂，还可作触变剂和摩擦剂，越来越多的牙膏厂家已选用国产高分散沉淀法白炭黑。
（5）蓄电池隔板用特种沉淀法白炭黑
据报道，欧洲阿莫西尔公司生产用于高性能铅酸蓄电池的高品质微孔聚氯乙烯/白炭黑隔板，这种隔板特别适用于胶体电池以及各类动力型、长寿命、高比能量电池的应用场合。随着新能源汽车的逐渐普及，蓄电池得以飞速发展，我国是蓄电池生产和使用大国，蓄电池隔板用特种沉淀法白炭黑未来应有较大需求。
（6）绝热材料用特种沉淀法白炭黑
绝热材料是指热导率低于0.Wm-1K-1的材料。绝热材料用特种沉淀法白炭黑要有较大的比表面积、较高的孔隙率和较低的密度。通用电气公司早在年就申请了这种沉淀法白炭黑应用的相关专利，并将其用于家用冰箱和冷藏箱的绝热材料中。近年来国内已有多家科研机构进行相关研究，主要研究该种白炭黑的合成技术和应用技术。
（7）造纸用沉淀法白炭黑
日本、瑞典等国均选用高分散沉淀法白炭黑作为造纸的优良助剂。高分散沉淀法白炭黑是一种多孔性物质，内部充满小孔，表面具有的烷醇基能和纸浆纤维表面羟基形成氢键，干燥时白炭黑与纸浆纤维牢固地结合在一起，具有提高纸制品强度的作用；并且高分散沉淀法白炭黑的多孔性，有助于其大量吸附油墨，起到防止透印的作用。
参考资料：
马倩倩《白炭黑的制备与发展趋势》
邵强等《中国沉淀法白炭黑产业发展现状及展望》
杨瑾《气相法白炭黑在国外的发展史和现状介绍》
中国产业信息网《白炭黑行业应用领域需求增长产能增长到万吨》
华经情报网《年中国沉淀法白炭黑行业供需现状及竞争格局分析》
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