方石英是一种低密度的SiO₂同质多象变体,其热力学稳定区为1470℃~1728℃(常压下)。β方石英为其高温相,但在较低温度下仍可以亚稳态形式保存,直到大约250℃时发生移位型相变形成α方石英。尽管方石英可通过SiO₂熔体在其热力学稳定区结晶形成,但自然界中大多数方石英则是在亚稳态条件下形成的。
例如,硅藻土在成岩过程中可转变成方石英质燧石或微晶蛋白石(蛋白石-CT、蛋白石-C),其主要矿物相为α方石英,转变温度处于石英的热力学稳定区;在麻粒岩相变质条件下,方石英从富Na-Al-Si熔体中析出,并以包裹体形式存在于石榴石中与钠长石共存。形成的温压条件为800℃, 1GPa,同样也处于石英的热力学稳定区。此外,在许多非金属矿物材料如陶瓷烧结、莫来石制备等过程中的亚稳态方石英形成,其形成温度均位于鳞石英的热力学稳定区。
形成机制硅藻土在900℃~1300℃时转变成方石英;蛋白石在1200℃转变成方石英;高岭石在1260℃也有方石英生成;人工合成的MCM-41中孔SiO₂分子筛在1000℃即转变成方石英。其他如陶瓷烧结、莫来石制备等过程中也有亚稳态方石英形成。
对于方石英这种亚稳态形成的机制,一致认为是一种非平衡热力学过程,主要受反应动力学机制控制。根据上述方石英的亚稳态形成方式,几乎一致地认为:方石英都是从非晶态SiO₂转变而成,即使在高岭石热处理、莫来石制备、陶瓷烧结过程中也是如此。
用途白炭黑自20世纪40年代工业化生产以来,在橡胶制品中作补强剂的用量已占总用量的70%。随着其应用领域的不断开发,非橡胶领域也获得了广泛的应用,国外市场中非橡胶领域的用量已经上升至总量的四分之一。
应用在橡胶中的应用 白炭黑的主要用途是在橡胶中起交联作用和作补强剂。
在油墨、油漆和涂料中的应用 在油墨、油漆和涂料中,白炭黑可作为增稠剂、触变剂、分散剂和防沉剂。它能使制剂色泽鲜艳,增加透明感,并且打印清晰、漆膜坚固;气相法白炭黑还在复印机和激光打印机的墨盒调色中用作分散剂和流量控制剂,浓度较大时可作消光剂。
在塑料中的应用 在塑料工业中添加白炭黑能提高材料强度和韧性,明显改善防水性和耐老化性。
其他方面的应用 除了上述领域外,白炭黑还可用于医药、农药、化妆品以及牙膏、造纸等领域。活性白炭黑具有很大的内、外表面积,是理想的医药和农药载体;在农药中能大量吸收杀虫剂;在牙膏中可洁齿除斑;在造纸工业中能提高纸张的白度,使纸张轻薄化,适合高速印刷。
总之,作为一种功能性添加剂,白炭黑的应用范围将更加广泛,并且其添加性能也将得到更大的提升。
生产方法方石英即白炭黑,化学分子式为SiO₂nH₂O。因其用途与炭黑相似且为白色而得名白炭黑。根据生产方法的不同,可分为沉淀白炭黑(沉淀水合二氧化硅)和气相法白炭黑(气相二氧化硅)。这两种产品的性质及用途存在很大差异。
气相法生产主要使用四氯化硅和空气燃烧所得的二氧化硅,颗粒细,中值粒径可达5微米以下。
沉淀法生产则是通过向硅酸钠溶液中加入硫酸后使二氧化硅沉淀出来。其中值粒径大概在7-12微米之间。气相法白炭黑价格昂贵,不易吸湿,多用于涂料做消光剂。