白炭黑(水合二氧化硅)作為常用的橡膠和涂料補強劑，應用量較大。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。對各種方法對比發(fā)現，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(lèi)：氣相法、沉淀法和離解法。
1氣相法
化學(xué)反應如下：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。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，設備要求高，技術(shù)復雜，生產(chǎn)成本高，大大限制了它的應用和生產(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構與精度等因素有關(guān)。
徐潔明等研究了利用粉煤灰與氟化鈣等反應，用氣相法直接制備納米級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。結果表明：使用乙醇作為分散劑可以有效防止對納米顆粒的團聚，制備出的白炭黑粒徑可控制在10~20cm，純度高達99.95%。樣品指標參數如表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，充分攪拌均勻，使含有結晶水的二氧化硅(SiO2·nH2O)結晶析出。然后，在攪拌下用稀鹽酸調整反應液的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，調節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(zhù)把5度Be水玻璃裝入三口燒瓶中預熱(40°C)，加入一定量18.8%的氯化鈉溶液，以及適量復合分散劑PVP和CTAB，攪拌20 min。之后滴入上述配置好的酸化水玻璃，調節到所需要的PH值。當PH達到11時(shí)，開(kāi)始升溫，到所需要的反應溫度后攪拌反應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，以稻殼灰與堿反應的濾液為原料，選取了氯化銨代替傳統用酸(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；張慶軍等系統研究了用硫酸沉淀法制備納米白炭黑的方法和工藝路線(xiàn)。
硫酸法是目前生產(chǎn)白炭黑的主要方法，國外主要以濃硫酸法，而國內恰好相反，稀硫酸法帶入反應系統的水量大，后序脫水，洗滌，干燥負擔大，相應產(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，并在反應中引入助劑來(lái)控制白炭黑粒子的微觀(guān)結構。試驗對工藝條件進(jìn)行了探索，得出最佳實(shí)驗條件為：水玻璃濃度35 g/L，反應溫度70 °C，助劑量0.7%，反應時(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水玻璃， 在接近石灰窯尾氣CO2體積分數下，采用碳化法制備白炭黑。結果表明：粒徑與吸油值呈負相關(guān)，90℃粒徑達到最小值7.34μm， 吸油值達到最大值3.538 mL/g。水玻璃體積分數影響產(chǎn)品粒徑，V（水）/V（水玻璃）在0~2，顆粒粒徑與硅酸鈉體積分數正相關(guān)。70℃時(shí)， 加入電解質(zhì)，孔體積增大，結構變得疏松，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(qián)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。結果表明，殘余物在900℃煅燒2h后用質(zhì)量分數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，生成可溶性的金屬離子，采用過(guò)濾而使Al2O3，Fe2O3和SiO2分離，另外，在此反應中也可以使SiO2從晶體結構轉變?yōu)闊o(wú)定形結構從而得到白炭黑。其反應方程式為：
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，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，而使Na2SiO3轉變?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SiO2：產(chǎn)品浸出率的影響規律。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16％，白炭黑白度為92。
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