我国气相法白炭黑产品应走向高端
□ 中海油天津化工研究设计院 郭轶琼 朱春雨
气相法白炭黑是利用卤硅烷经氢氧焰高温水解制得的一种精细、特殊的无定形二氧化硅产品。其具有优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在橡胶、塑料、蓄电池、涂料、医药、农业和化学抛光等领域得到了广泛的应用。自1941年德国德固赛公司成功开发出气相法白炭黑的生产技术以来，目前全世界的气相法白炭黑年生产能力已超过20万吨，而且生产技术高度集中，主要由德国德固赛、瓦克、美国卡博特、日本德山曹达株式会社、韩国东洋等少数几家公司控制，技术也不对外转让。
1．开工率有所增长
2013年受多晶硅行业整体状况回暖影响，国内市场上流通四氯化硅较2012年有一定程度增加，气相白炭黑生产企业开工率略有增长，但由于原料供应短缺，装置整体依旧开工不足。全年气相法白炭黑总生产能力为10.43万吨，产量约6.08万吨。
目前世界四大气相法白炭黑生产商（美国卡博特、德山曹达株式会社、德国瓦克和德固赛）已有三家在华设立独资、合资企业，产能共4.5万吨，实际产量约为3.4万吨。国内生产企业有吉必盛硅材料有限公司、山东东岳有机硅材料有限公司、景德镇宏柏化学科技有限公司等，总产能为5.93万吨，实际产量约2.68万吨。我国内资企业生产能力占国内总产能的56.86%，外资企业占43.14%；内资企业的产量占国内产量的44.08%，而外资企业产量占55.92%。表1为2013年国内主要气相法白炭黑生产厂家统计。
表1 2013年国内主要气相法白炭黑生产厂家统计 万吨
生产厂家 生产能力
卡博特蓝星（江西）化工有限公司 2.00
瓦克化学气相二氧化硅（张家港）有限公司 1.50
德山化工（浙江）有限公司 1.00
吉必盛硅材料有限公司 0.60
山东东岳有机硅材料有限公司 0.60
景德镇宏柏化学科技有限公司 0.44
赤峰盛森硅业科技发展有限公司 0.40
济宁青云化工有限公司 0.40
宜昌南玻硅材料有限公司 0.34
浙江开化合成材料有限公司 0.20
特变电新疆硅业有限公司 0.20
浙江合盛硅业有限公司 0.30
浙江衢州富士特白炭黑有限公司 0.20
黑猫炭黑股份公司 0.20
洛阳中硅高科技有限公司* 0.20
山东瑞阳硅业科技有限公司 0.20
焦作煤业（集团）合晶科技有限责任公司 0.30
峨眉山长庆化工新材料有限公司 0.20
雅安永康纳米材料有限公司 0.20
上海氯碱化工股份有限公司 0.10
宁波朝日硅材料有限公司 0.10
徐州中兴化工 0.10
徐州天成氯碱有限公司 0.50
无锡市金鼎隆华化工有限公司 0.15
合计 10.43
2 .产品质量提高
国内气相二氧化硅产品型号按比表面积、疏水型、亲水型分为A系列和B系列产品。产品用途有有机硅橡胶用、有机硅密封胶用、胶粘剂；油漆、涂料、油墨用；胶体蓄电池专用；树脂复合材料用；电子封装材料用、打印机碳粉等系列产品。目前国内气相法白炭黑产品比表面积能够很好的控制在国标要求范围内，但与德国、美国、日本、韩国等进口产品相比，杂质含量、透明性、产品稳定性尚有差距。按照GB/T 20020-2005气相二氧化硅标准考核，气相二氧化硅产品2013年产品合格率大于90%，产品质量明显提高。
2013年国内气相法白炭黑市场表观消费量约5.68万吨，其中橡胶与密封材料用气相法二氧化硅约3.6万吨，占消费总量的63.4%；电子电力用气相法二氧化硅约0.9万吨，占15.9%; 油漆油墨、感光材料用气相法二氧化硅约0.6万吨，占10.5%; 其它用途气相法二氧化硅约0.48万吨，约占10.2%。
表2 2013年国内气相法白炭黑消费结构 %
消费领域 用途 表观消费量/万吨 比例
橡胶与密封材料 补强剂 3.60 63.4
电子电力 补强剂、助流剂 0.90 15.9
油漆油墨、感光材料 分散剂抗沉降剂、消光剂 0.60 10.5
其它 0.48 10.2
合计 5.68 100.0
3．进口以高端产品为主
2013年国内气相法白炭黑出口量约为1.2万吨，出口气相白炭黑量最多的企业是瓦克化学气相二氧化硅（张家港）有限公司、卡博特蓝星和德山化工三家外资企业。进口量约0.8万吨，在进口产品中德国、美国、日本居前三位，进口的主要为改性和高比表面产品。
4．产能继续扩张
2013年全国气相法白炭黑在建项目的生产能力共有3.7万吨，主要为国内企业，见表3。
表3 2013全国气相法白炭黑在建项目 万吨
企业名称 生产能力 计划投产年限 备注
唐山三孚硅业有限公司 0.60 2014 新建
镇江江南化工有限公司 0.50 2014 新建
重庆广旺投资有限公司 0.50 - 新建
乐山市吉必盛硅材料有限公司 0.40 2014 扩建
山西三佳化工新材料有限公司 0.25 2014 新建
浙江富士特硅材料有限公司 0.50 2014 扩建
赤峰盛森硅业科技发展有限公司 0.50 2014 扩建
沈阳化工股份有限公司 0.15 2014 搬迁
内蒙古恒业成有机硅有限公司 0.10 2014 新建
焦作煤业（集团）合晶科技有限责任公司 0.20 2014 扩建
合计 3.70
5．发展趋势
经过近几年的快速发展，我国气相法白炭黑在生产能力、产品质量和品种等方面均取得了长足的进步。但与国外公司相比仍存在着装置规模小、产品品种少等问题，尤其是高比表面和表面改性产品方面同国外相比差距明显。未来气相法白炭黑发展主要体现在以下几个方面：
（1）开发高比表面积、杂质含量少的特种产品和表面改性技术 近日，卡博特公司宣布推出Cab-O-Sil Clarus 3160气相白炭黑，一种应用于液体硅胶(LSR) 的亲水性新产品。这种新型气相白炭黑通过提供高度的补强作用而又不牺牲透明度，并尽量减少因老化引起的变色来改善透明硅胶的性能。卡博特公司表示，开发这种新产品旨在满足亚太地区对高性能添加剂特别是高表面积气相白炭黑的需求。相比该应用领域通常使用的较低表面积（如300m2/g）品种，这种高结构、高表面积（400m2/g）品种可使透明度提高10%，并使老化黄变现象减少30%，特点体现在具有高清洁度、高稠度；低杂质含量导致其光学性能提高，始终如一的粒子特性可赋予配方稳定性和持续不变的产品性能。
目前国内厂家产品比表面积大多在200m2/g，表面改性产品仅有吉必盛、宜昌南玻等少数企业生产，产品品种、数量和卡博特、德固赛、瓦克相比仍有较大差距。
（2）与有机硅单体生产企业联合，实现资源互补 世界上气相法白炭黑发展的一个基本模式是生产企业与有机硅单体和后加工企业密切结合，气相法白炭黑生产厂家利用有机硅单体厂生产过程中的副产物为主要原料制备气相法白炭黑，而在气相法白炭黑生产过程中所产生的副产物HCl则返回有机硅单体厂用于有机硅的合成，此外气相法白炭黑产品出来之后又大量用于有机硅产品的后加工，这样形成一个资源利用、相互促进发展的良性循环。所以在全球最大的有机硅企业道康宁和GE公司单体工厂附近有最大的气相法白炭黑生产企业卡博特和德固赛公司，而瓦克公司则本身是两大类产品的生产企业。
利用多晶硅生产过程中的副产物四氯化硅为原料制备气相法白炭黑，气相法白炭黑生产的尾气HCl综合回收，用于多晶硅生产，真正做到物料闭式循环利用，既有效解决了多晶硅生产副产物处理难题，也降低了白炭黑的生产成本。
国外主要的多晶硅公司如德国瓦克、日本德山等采用这种方法，既生产多晶硅又生产白炭黑，将气相法白炭黑和多晶硅生产紧密结合，形成一个资源互补、互相利用，共同发展的产业链。