白炭黑(水合二氧化硅)作為常用的橡膠和涂料補(bǔ)強(qiáng)劑，應(yīng)用量較大。目前制備白炭黑的原料主要為水玻璃(硅酸鈉的水溶液)。近年來(lái)，更多的含硅工業(yè)廢物如磷渣等被應(yīng)用于制備白炭黑。如以蒙脫石為原料的堿浸法、以四氯化硅為原料的氣相法、以水玻璃為原料的沉淀法等。對(duì)各種方法對(duì)比發(fā)現(xiàn)，提高沉淀法白炭黑的性能，使之接近氣相法制備白炭黑，是今后白炭黑生產(chǎn)的重要發(fā)展方向。白炭黑的制造方法分三類：氣相法、沉淀法和離解法。
1氣相法
化學(xué)反應(yīng)如下：SiCl4+2H2+O2—SiO2+4HCl
空氣和氫氣分別經(jīng)過(guò)加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過(guò)濾后送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾后，在蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā)，并以干燥、過(guò)濾后的空氣為載體，送至合成水解爐。四氯化硅在高溫下氣化(火焰溫度1000~1800°C)后，與一定量的氫和氧(或空氣)在1800°C左右的高溫下進(jìn)行氣相水解；此時(shí)生成的氣相二氧化硅顆粒極細(xì)。與氣體形成氣溶膠，不易捕集，故使其先在聚集器中。聚集成較大顆粒，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集，再送入脫酸爐，用含氨空氣吹洗氣相二氧化硅至PH值為4~6即為成品。流程圖如圖1：
氣相法所用原材料貴，設(shè)備要求高，技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，大大限制了它的應(yīng)用和生產(chǎn)范圍。氣相法白炭黑的質(zhì)量（粒徑、表面積、純度等）與原料（包括氫氣和氧氣）的純度、原材料的配比、進(jìn)料溫度、氫氣和氧氣的流量、合成爐和分離器的結(jié)構(gòu)與精度等因素有關(guān)。
徐潔明等研究了利用粉煤灰與氟化鈣等反應(yīng)，用氣相法直接制備納米級(jí)SiO2的工藝條件，通過(guò)控制酸解和水解的速度，并在水解過(guò)程中加入乙醇作為分散劑，制備白炭黑。結(jié)果表明：使用乙醇作為分散劑可以有效防止對(duì)納米顆粒的團(tuán)聚，制備出的白炭黑粒徑可控制在10~20cm，純度高達(dá)99.95%。樣品指標(biāo)參數(shù)如表1：
2沉淀法
2.1鹽酸法
將氯化鈉水溶液和經(jīng)稀釋的硅酸鈉水溶液按比例投入攪拌罐內(nèi)，充分?jǐn)嚢杈鶆?，使含有結(jié)晶水的二氧化硅(SiO2·nH2O)結(jié)晶析出。然后，在攪拌下用稀鹽酸調(diào)整反應(yīng)液的PH值為中性。在室溫下靜置6~12h，隨后過(guò)濾沉淀下來(lái)的含水二氧化硅，并用去離子水洗滌3~5次，使產(chǎn)品中的Na+含量小于0.5%，再干燥至含水率小于6%，并粉碎至細(xì)度小于20 μm，即得到成品。
鹽酸法關(guān)鍵在于防止硅酸聚集成硅凝膠，在制備過(guò)程中，要嚴(yán)格控制PH且盡量選取接近凝膠點(diǎn)為最佳控制值，其次再沉淀過(guò)程要控制溫度50~80℃，PH在6.0-8.0，必要時(shí)加入NaCl，以使原極粒子沉淀下來(lái)。
2.2硫酸法
化學(xué)反應(yīng)如下：
Na2SiO3+H2SO4一Na2S04+H2SiO3
H2SiO3一SiO2·nH2O
將一定濃度的水玻璃溶液滴入5.5 mol/L硫酸中，調(diào)節(jié)PH至2.0，酸溶膠的配制時(shí)間控制在18～30 min。配制好的酸溶膠攪拌30min，再陳化1h備用。接著把5度Be水玻璃裝入三口燒瓶中預(yù)熱(40°C)，加入一定量18.8%的氯化鈉溶液，以及適量復(fù)合分散劑PVP和CTAB，攪拌20 min。之后滴入上述配置好的酸化水玻璃，調(diào)節(jié)到所需要的PH值。當(dāng)PH達(dá)到11時(shí)，開(kāi)始升溫，到所需要的反應(yīng)溫度后攪拌反應(yīng)30min，陳化30min。所得沉淀用乙醇洗滌，并進(jìn)行離心，棄去上層清液，微波干燥20min，對(duì)所得到白色顆粒進(jìn)行研磨制得產(chǎn)品。
甘露等采用一種改進(jìn)的化學(xué)共沉淀法，以稻殼灰與堿反應(yīng)的濾液為原料，選取了氯化銨代替?zhèn)鹘y(tǒng)用酸(硫酸或鹽酸)作沉淀劑，制備出了高純、球狀的納米SiO2顆粒；陳榮等系統(tǒng)地研究了以水玻璃溶液(即硅酸鈉溶液)和硫酸為原料合成沉淀法白炭黑的工藝；張慶軍等系統(tǒng)研究了用硫酸沉淀法制備納米白炭黑的方法和工藝路線。
硫酸法是目前生產(chǎn)白炭黑的主要方法，國(guó)外主要以濃硫酸法，而國(guó)內(nèi)恰好相反，稀硫酸法帶入反應(yīng)系統(tǒng)的水量大，后序脫水，洗滌，干燥負(fù)擔(dān)大，相應(yīng)產(chǎn)品損失量大，原料和能源的消耗大。流程圖如圖2：
圖2硫酸法制備白炭黑流程圖
2.3碳化法
工藝以CO2混合氣體和水玻璃為原料，并在反應(yīng)中引入助劑來(lái)控制白炭黑粒子的微觀結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)對(duì)工藝條件進(jìn)行了探索，得出最佳實(shí)驗(yàn)條件為：水玻璃濃度35 g/L，反應(yīng)溫度70 °C，助劑量0.7%，反應(yīng)時(shí)間為60min。碳化法流程圖如圖3：
圖3碳化法制備白炭黑流程圖
謝宇充通過(guò)工業(yè)水玻璃加堿后制備的水玻璃模擬酸渣，硫酸鈉合成的低模數(shù)水玻璃， 在接近石灰窯尾氣CO2體積分?jǐn)?shù)下，采用碳化法制備白炭黑。結(jié)果表明：粒徑與吸油值呈負(fù)相關(guān)，90℃粒徑達(dá)到最小值7.34μm， 吸油值達(dá)到最大值3.538 mL/g。水玻璃體積分?jǐn)?shù)影響產(chǎn)品粒徑，V（水）/V（水玻璃）在0~2，顆粒粒徑與硅酸鈉體積分?jǐn)?shù)正相關(guān)。70℃時(shí)， 加入電解質(zhì)，孔體積增大，結(jié)構(gòu)變得疏松，吸油值增大至3.343 mL/g。
CO2法原料消耗極高，產(chǎn)品回收率低，所以已經(jīng)被淘汰。
沉淀法中還有硝酸沉淀法和溶膠—凝膠法等，硝酸沉淀法由于硝酸價(jià)錢貴，質(zhì)量一般，雖然無(wú)離子水及焙燒，已經(jīng)很少用了。溶膠法制備白炭黑流程如圖4：
圖4溶膠法生產(chǎn)白炭黑工藝流程圖 蘇曉霞等用高溫煅燒、酸浸、堿溶等提純手段脫出殘余物中的油分及Fe等顯色金屬氧化物，得較純凈的硅酸鈉水溶液，采用溶膠一凝膠法制備白炭黑。結(jié)果表明，殘余物在900℃煅燒2h后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％的HCl溶液在80～90℃酸浸3h，鹽酸用量為6mL/g固體原料，二氧化硅獲得率為50％；在堿溶除雜后的硅酸鈉溶液中加入表面活性劑，在50℃下?？刂企w系pH=7～9，反應(yīng)時(shí)間0.5h，制得的溶膠白炭黑，經(jīng)共沸干燥及在400℃煅燒2h，獲平均粒徑為3.5μm的球形白炭黑。
3離解法
該法主要是以非金屬礦為原料制備白炭黑，又可以分為酸離解法和堿離解法。易發(fā)成等主要利用了酸離解法從埃洛石粘土制備了白炭黑；王平等利用堿離解法從粉煤灰中制備了白炭黑。酸堿離解法主要原理就是利用化學(xué)法分理出非金屬礦中的SiO2，從而制備出白炭黑。
在酸離解法中，利用金屬氧化物容易和H2SO4反應(yīng)，生成可溶性的金屬離子，采用過(guò)濾而使Al2O3，F(xiàn)e2O3和SiO2分離，另外，在此反應(yīng)中也可以使SiO2從晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形結(jié)構(gòu)從而得到白炭黑。其反應(yīng)方程式為：
Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O
Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O
堿離解法主要利用是利用油頁(yè)巖灰中的SiO2，Al2O3和NaOH發(fā)生反應(yīng)，分別生成水溶性的Na2SiO3和NaAlO2，進(jìn)行過(guò)濾操作而使NaSiO3，NaAlO2與油頁(yè)巖灰中的其他成分分離，再控制溶液的PH值在一定的范圍內(nèi)，而使Na2SiO3轉(zhuǎn)變?yōu)?span style="font-family: times new roman, times, serif">H2SiO3沉淀，就得到可白炭黑產(chǎn)品，反應(yīng)方程式為：
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
NaSiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl
李燕等以茂名油頁(yè)巖渣為原料，利用堿離解法制備白炭黑?？疾炝藟A離解溫度、堿離解時(shí)間、堿濃度、原料煅燒溫度和原料煅燒時(shí)間等各種因素對(duì)SiO2：產(chǎn)品浸出率的影響規(guī)律。最佳工藝條件為：堿濃度3.3 mol/L、堿離解時(shí)間3h、堿離解溫度70℃、煅燒溫度900℃、煅燒時(shí)間 ，該條件下白炭黑的產(chǎn)率可達(dá)16％，白炭黑白度為92。
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