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1、1年产年产 1515 万吨高分散性白炭黑生产项目万吨高分散性白炭黑生产项目可可 行行 性性 研研 究究 报报 告告沙洋恒丰化工有限公司沙洋恒丰化工有限公司 二二一一年三月一一年三月2一、总论一、总论1 、项目名称：年产 15 万吨高分散性（改性沉淀）白炭黑生产项目2 、建设单位：沙洋恒丰化工有限公司联系人：3、拟建地点：沙洋硅产业工业园区3 、建设规模：15 万吨/年，预计疏水改性系列（BS 系列）产销量 2 万吨吨/年，超细透明系列（GB 系列）产销量 3 万吨/年，高分散性系列（BT 系列）产销量 10 万吨/年。5 、概算投资：项目总投资 23000 万元，固定资产投资 19000 万元
2、6 、效益分析：年销售收入 26000 万元，利税 11000 万元，投资回收期预计 5 年二、项目由来二、项目由来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，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，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质，其组成可用 SiO2nH2O 表示，其中 nH2O 是以表面羟基的形式存在。能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外） 。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。沉淀法白炭黑化学名为沉淀水合二氧化硅，又称活性二氧化硅，因其特殊的表面结构及独特的物理化学特性，在浅色和彩色橡胶制品中具有炭黑所无
3、法比拟的优点，广泛应用于制鞋业和轮胎制造业。但普通沉淀法生产的白炭黑因表面含有大量的羟基、粒度分布宽，所以吸水性强，在橡胶中的分散性较差，混炼时间长，易生热、耐磨性较差，而高分散沉淀法白炭黑亲水性减弱，亲油性增强，与橡胶高分子的结合力，浸润性都有所提高，具有分散性高，3胶料耐磨性、抗屈挠龟裂性好的特点，在高性能轮胎中应用前景广阔。白炭黑作为工业添加剂，因其既具有酸的结构，又具有醇的结构，既有亲油基团，又有亲水基团，既可以与无机物结合，又可与有机物结合，所以在工业上有广阔的应用前景，目前白炭黑新产品不断开发出来，新的性能，新的用途不断开拓，国外白炭黑产品品种达百种以上，而我国白炭黑产品品种只有二
4、、三十种，大多为低附加值产品，因此福建恒丰化工有限公司在建设本项目同时，上一条中试装置用于研发白炭黑新品种，提高工艺成速度，为大规模生产提供技术保证，降低技术风险具有积极意义。本项目拟生产的改性沉淀白炭黑是一种重要的纳米无机化工材料，粒径微小（740nm） ，比表面积大（50400m2/kg） ，产品纯度高（SiO298%） 。该产品具有优越的表面化学性能以及良好的生理惰性，在硅橡胶、胶黏剂、油漆、涂料、油墨、电子、纸张、化妆品、医药、食品 、农业和 CMP 等领域有着广泛的应用，主要起到补强、增稠、触变、消光等作用，是国家科技领域和国防工业中不可缺少的原材料。白炭黑改性包括表面包覆改性、表面
5、活性剂改性、硅烷偶联剂改性和聚合物包覆改性。硅烷偶联剂改性机理是由易水解基团水解生成硅烷醇，进而与白炭黑表面的硅羟基产生缩合，使白炭黑表面由亲水性变为疏水性，从而增大其与橡胶的相容性。常用硅烷偶联剂:德固赛用于轮胎的硅烷：Si69 液体，X 50-S CN 固体:Si 69 和 HAF(50:50)，Si75 液体，X 75-S固体:Si 75 和 HAF(50:50)。白炭黑的极性表面改变机理如下图所示。4图 1 改性白炭黑与橡胶交联示意图三、市场发展前景三、市场发展前景产品市场供应现状改性沉淀白炭黑分为亲水型和疏水型两种产品。该产品生产技术要求极高，目前国际上仅有德美日乌中等几个国家能够生
6、产，国外产品占据了我国 80%以上的市场份额。目前，市场需求主要是疏水型改性白炭黑，疏水型产品是在亲水性产品的基础上表面改性而得。表面改性就是使二氧化硅粒子表面的活性羟基与有机化合物发生缩合反应而在二氧化硅表面覆盖一层有机分子，使二氧化硅与有机物分子之间的浸润性、分散性、界面结合强度等性能提高，从而提高材料的综合性能和产品的附加值。二氧化硅表面形成硅橡胶分子吸附层，构成二氧化硅粒子与橡胶分子联成一体的三维网格结构，从而达到补强作用。改性白炭黑产品用途广、用量大，目前国内橡胶、涂料、农药等行业，每年需用高分散性白炭黑约 20 万吨，硅橡胶行业需用超细透明白炭黑约 1 万吨，高档塑料、消防等行业需
7、要疏水性白炭黑约 2 千吨。 国内沉淀白炭黑的生产企业较多，但产品品种较少，档次较低，难以和化工新材料行业配套。目前，中高档改性白炭黑产品基本依赖进口。产品价格现状及其预测改性白炭黑的性能与气相白炭黑性能相近，是替代昂贵的最佳选择，而且针对不同材料、不同填充剂的需求，可以采用不同的偶联剂对沉淀白炭黑进行改性，达到提高相容性，增加白炭黑的填充量，降低生产成本，提高材料性能。同时，对于价格只有 4000元/t5000 元/t 的沉淀白炭黑，通过偶联剂的改性，提高了产品品质和附加值，扩展产品销售渠道。改性白炭黑价格也比较高，价格区间为 80001400 左右。市场预测改性白炭黑的应用主要在橡胶领域应
8、用，约占总产量 70的改性白炭黑用作橡胶5补强剂，白炭黑能大幅提高胶料的物理性能，减少胶料滞后，降低轮胎的滚动阻力，减少耗油量，降低汽车尾气的排放。非橡胶领域应用已上升到总用量的 1/4。高级胶鞋 绿色轮胎 浅色橡胶制品 牙膏 涂料 其它图 62 改性白炭黑市场应用比例近年来，发达国家开发了一些新的应用领域。改性白炭黑在塑料、饲料、医药、农药、造纸工业以及日用品等领域得到了广泛的应用。显然，随着改性白炭黑应用领域的不断扩大，改性白炭黑的市场空间将是越来越广阔。我国改性白炭黑的应用领域如图所示。改性沉淀白炭黑主要应用在室温硫化硅橡胶（RTV）和热硫化硅橡胶（HTV）领域，在后者中添加量高达 40
9、%，它在硅橡胶领域的使用量大概占了其总产量的 55%。近几年，我国有机硅发展迅速，国内已建和准备建设的甲基硅烷装置规模合计超过 250 万吨/年，这将带动下游产业的发展，对改性沉淀白炭黑的市场需求也会日益增加。特别是有机硅的发展，对改性白炭黑应用领域不断拓展。有机硅行业是较为特殊，单体生产高度集中，而下游产品生产却非常分散。美、日、德、英、法等少数几个发达国家几乎垄断世界有机硅市场。例如美国道康宁、通用电气，德国瓦克、日本信越和法国罗地亚公司等世界五大有机硅生产商的生产能力，占世界总生产能力的 90左右。道康宁、通用、瓦克、信越和罗地亚公司的市场份额分别为36、18、15、13和 8，总计占世
10、界有机硅市场份额的 90。目前，我国有机6硅产品需求以 30%以上的速度增长。国内企业加大产品应用开发和推广力度，生产技术水平和产品质量不断提高，品种牌号不断增加。我国已经拥有热硫化硅橡胶、室温硫化硅橡胶、硅油及其二次加工产品、硅树脂、硅烷偶联剂等各类生产企业 1000 余家，年消耗硅氧烷约 40 万吨，产品市场规模约 150 多亿元。2008 年，我国有机硅单体甲基氯硅烷的产量约 40 万吨，硅橡胶产量 40 万吨左右，硅油产量 6 万多吨，硅树脂产量大约 1万多吨。即使是在金融危机背景下，有机硅产品需求今后也将以 15%20%的速度增长，部分产品如硅树脂、硅油等的增长比例将更高。预计 20
11、10 年以后，中国将成为全球最大的有机硅产品消费市场。近几年我国的改性沉淀白炭黑市场保持高速增长，改性沉淀白炭黑的净进口量增长率连续 6 年超过 20%（见表*）：2006 年进口量超过 11000 吨/年，进口金额达到了6355 万美元。据不完全统计，目前我国改性沉淀白炭黑的需求量已超过 16000 吨/年，平均增长率高达 34%。我国从 2005 年开始，国内才开始有改性沉淀白炭黑出口，2006 年出口量增加飞速，增长率高达 14 倍。表 1 . 近年来我国改性沉淀白炭黑的进口情况（单位：吨）年19992000200120022003200420052006进口数量153321102787
12、343657596961903411427平均增长率 36%32%23%67%21%30%26%表 2 . 国内 1999-2005 年的表观消费量情况（单位：吨）年19992000200120022003200420052006表观消费量（t）2109267533674286690988611118416043注: 表观消费量=进口量-出口量+国内产量7国外改性白炭黑的主要厂商有德国德固赛公司、法国罗地亚公司、美国 PPG 公司、邱博公司等，预计仅美国改性白炭黑市场需求量将以年均 3.7%以上的速度增长，到 2010年将达到 1500kt，市值可能增至 17 亿美元。国内沉淀白炭黑的生产企业
13、较多，产能达到1200kt/a，但产品档次较低，难以满足化工新材料行业的特殊需求。因此，急需对沉淀白炭黑进行改性，提高沉淀法白炭黑的品质和价格，拓展国内外销售市场。三、资源条件评价三、资源条件评价本项目的主要原料易得，主要为沉淀法白炭黑和改性剂。专家预测，2011 年我国沉淀白炭黑产能将突破 120 万吨，并且将以 10%的速度递增，这些都为改性白炭黑提供充足的原料。而改性剂硅烷偶联剂在沙洋周边地区易于购得。因此建设发展改性白炭黑，使之向精细化、专用化、特殊用途的方向发展，可提高沉淀白炭黑的附加值，延长沙洋硅产业链，获得较高的综合效益。沙洋硅工业园区，先期 1000 亩的建设已达到“五通一平”
14、的条件，为该项目建设的先期条件完全具备。沙洋基础条件较好，有利于产业发展：沙洋境内石英储量超过 3000 万吨，主要有石英岩、脉石英和粉石英等矿种，其中郑湖白鹤山脉石英 SiO2含量达 98.5%以上；沙洋境内（田口、南阳）的钾长石矿覆盖超过 20 平方公里，储量超过五千万吨；沙洋水资源充沛，绵延境内的沙溪河水质好、水量充足且取水方便；在邻近的大田、永安等地煤和硫铁矿资源丰富，可以确保无机硅化物生产用煤和硫酸的需要。沙洋位居福建中部，鹰厦铁路、205 国道、福银高速公路以及三泉高速公路贯穿全境，随着向莆铁路、杭深铁路、厦沙高速公路、三河沙洋机场、三河沙洋快速通道、沙溪航运码头等项目的建成，作为
15、海西交通枢纽的立体交通网络将逐步形成。四、建设规模与产品方案四、建设规模与产品方案 通过市场分析，改性白炭黑项目的建设规模以 15 万吨吨/年为宜，预计疏水改性系8列（BS 系列）产销量 2 万吨吨/年，超细透明系列（GB 系列）产销量 3 万吨吨/年，高分散性系列（BT 系列）产销量 10 万吨吨/年。 项目建设内容为厂房、工艺设备、配套设施、环保工程等。 五、技术方案和工艺流程五、技术方案和工艺流程 白炭黑生产工艺概述白炭黑生产工艺概述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，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，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白
16、炭黑是多孔性物质，其组成可用 SiO2nH2O 表示，其中 nH2O 是以表面羟基的形式存在。能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外） 。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。沉淀二氧化硅，又称活性二氧化硅，化学式：SiO2nH2O 外观为白色微细颗粒或粉末，是一种由可溶性硅酸盐与无机酸沉淀反应，经过滤、洗涤、干燥后所获得的具有高比表面积、高结构及高活性的补强填充材料，因其特殊的表面结构及独特的物理化学特性，在浅色和彩色橡胶制品中具有炭黑所无法比拟的优点，广泛应用于制鞋业和轮胎制造业。白炭黑按生产方法大体分为物理力法和化学法。要得到活性好、补强性高的无定形白炭黑必须采用化学法，化学又分为以下几种：工业上的制备方法一般都是气相法和沉淀法的组合或改良。9气相法白炭黑常态下为白色无定形絮状半透明固体胶状纳米粒子（粒径小于 100nm） ，无毒，有巨大的比表面积（100400m2/g）(使用 F-Sorb 2400 比表面积仪 BET 法测试)。气相法白炭黑全部是纳米二氧化
