本發明涉及二氧化硅的制備技術領域，具體涉及一種納米二氧化硅的制備方法。
背景技術：
目前，二氧化硅粉末作為一種多功能添加劑，是一種工業化應用的納米材料，其具有質量輕、比重小和熔點高的特點，以及優異的穩定性、補強性、增稠性和觸變性等性質，廣泛應用于硅橡膠、綠色輪胎、密封膠及膠粘劑、塑料、不飽和聚酯、涂料和造紙等行業領域。納米二氧化硅的粒徑范圍在幾十納米，納米二氧化硅的熔點和沸點很高，具有很高的硬度和很好的穩定性，其具有良好的化學惰性、熱力穩定性，應用范圍極為廣泛。
二氧化硅的制備方法，工業上無論是采用液相法或氣相法制備得到的納米二氧化硅，其制備過程極為復雜，制造的二氧化硅的產品的成本高，二氧化硅的生產過程的環保問題也很突出。在自然界存在純度極高的二氧化硅礦石，采用機械破碎可以得到微米級的二氧化硅。然而，繼續采用機械破碎法以得到納米級的二氧化硅，制造成本較高。
由此可見，現有的納米二氧化硅的制備方法存在著制備成本高、制造過程復雜、環保性差的缺陷，亟待進一步改進。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種納米二氧化硅的制備方法，以解決上述現有技術存在的問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種納米二氧化硅的制備方法，所述方法包括以下步驟：
步驟A：取二氧化硅礦石酸洗、水洗后，進行干燥；
步驟B：將干燥后的所述二氧化硅礦石粉碎至微米級的二氧化硅粉末；
步驟C：將濃度為10％-60％的氫氧化鈉、所述微米二氧化硅粉末以及六偏磷酸鈉加入反應器中混合加熱，在壓力小于0.2Mp條件下，攪拌反應0.4-0.8小時后，得到二氧化硅混合物反應液；
步驟D：將所述反應器中的所述二氧化硅混合物反應液的溫度降低到室溫，反應器的壓力恢復到常壓；
步驟E：將步驟D中的所述二氧化硅混合物反應液進行過濾、洗滌、干燥得到納米二氧化硅粉末，同時將過濾得到的溶液回收利用。
本發明的一個實施例中，所述步驟C中，所述氫氧化鈉溶液與所述微米二氧化硅粉末的體積比為3:1-1:1。
本發明的一個實施例中，所述步驟C中，所述六偏磷酸鈉的加入量為所述微米二氧化硅粉末重量的0.1％-0.5％。
本發明的一個實施例中，所述步驟B中，所述微米二氧化硅粉末的粒徑為1-10μm。
本發明的一個實施例中，所述步驟C中，所述二氧化硅混合物反應液的加熱溫度介于125℃-135℃之間。
本發明的一個實施例中，所述步驟E中，所述納米二氧化硅粉末的粒徑為10-100納米。
本發明具有如下優點：
本發明涉及的納米二氧化硅的制備方法，其制備工藝流程簡單，制造成本低，對環境的污染小，得到二氧化硅的粉末趨向球形。
具體實施方式
以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
本發明納米二氧化硅的制備方法是將機械破碎與化學方法結合，以實現制造納米二氧化硅的目的。具體的，本發明采用氫氧化鈉與微米級二氧化硅反應得到納米二氧化硅的反應原理如下：
2NaOH+SiO2＝Na2SiO3+H2O
以上反應式說明，氫氧化鈉溶液與二氧化硅粉末反應時，會溶解二氧化硅，使其生成硅酸鈉。而溶解的過程就是顆粒二氧化硅體積變小的過程，即由微米二氧化硅向納米二氧化硅變化的過程，二氧化硅溶解時，由于機械破碎的二氧化硅顆粒的表面具有很多棱角，當棱角被溶解后，原顆粒體積較大微米二氧化硅亦變為顆粒體積較小的納米二氧化硅，也就是體積變小向納米二氧化硅轉變的過程，因此，利用以上原理只要控制好反應條件，就能獲得納米級二氧化硅。
具體的，本發明提供的納米二氧化硅的制備方法包括以下步驟：
步驟A：取二氧化硅礦石酸洗、水洗后，進行干燥；
步驟B：將干燥后的二氧化硅礦石粉碎至微米級的二氧化硅粉末，該二氧化硅粉末的粒徑為1-10μm。
步驟C：將濃度為10％-60％的氫氧化鈉、微米二氧化硅粉末以及六偏磷酸鈉加入反應器中混合加熱，在壓力小于0.2Mp條件下，攪拌反應0.4-0.8小時，得到二氧化硅混合物反應液。其中，氫氧化鈉溶液與微米二氧化硅的體積比為3:1-1:1。六偏磷酸鈉的加入量為微米二氧化硅重量的0.1％-0.5％。在該步驟的反應過程中，二氧化硅混合物反應液的加熱溫度介于125℃-135℃之間。
步驟D：將反應器中的二氧化硅混合物反應液的溫度降低到室溫，反應器的壓力恢復到常壓；
步驟E：二氧化硅混合物反應液進行過濾、洗滌、干燥得到納米二氧化硅粉末，納米二氧化硅粉末的粒徑為10-100納米。最后，從二氧化硅混合物反應液中過濾分離出的溶液回收，可以通過加入一定量的固體氫氧化鈉后再次循環利用。
實施例1
取一定量的二氧化硅礦石，除去雜質，再經過水洗、干燥，然后利用球磨機研磨得到二氧化硅粉末，將得到的二氧化硅粉末進行分級，取粒徑范圍為1-10μm的二氧化硅粉末進一步進行處理。
將質量濃度為10％的氫氧化鈉溶液，倒入反應釜中，然后加入1-10μm二氧化硅粉末和六偏磷酸鈉，其中，氫氧化鈉溶液與二氧化硅之間的體積比為3:1，六偏磷酸鈉的加入量是二氧化硅重量的0.1％。在反應釜中，得到二氧化硅的混合物反應液，將反應釜加熱升溫使得二氧化硅的混合物反應液至溫度135℃，反應釜內的壓力等于0.2Mp，將二氧化硅混合物溶液攪拌0.4小時，停止升溫，將冷水通入到反應釜升溫降溫的夾套內，降溫至室溫，壓力恢復到常壓。
打開反應釜的出料閥，將二氧化硅混合物反應液通過輸送泵輸入過濾器進行過濾、洗滌，將過濾得到的二氧化硅進行干燥，最終得到納米二氧化硅，得到的納米二氧化硅粉末。從二氧化硅混合物反應液中分離出的母液可以加入一定量的固體氫氧化鈉后循環利用。經電鏡分析，得到的二氧化硅粉末近似球形，粒徑分布范圍為10-100納米。
實施例2
取一定量的二氧化硅礦石，除去雜質，再經過水洗、干燥，然后利用球磨機研磨得到二氧化硅粉末，將得到二氧化硅粉末進行分級，取粒徑范圍為1-10μm的二氧化硅粉末進一步進行處理。
將質量濃度為60％的氫氧化鈉溶液，倒入反應釜中，然后加入1-10μm二氧化硅粉末和六偏磷酸鈉，其中，氫氧化鈉溶液與二氧化硅之間的體積比為1:1，六偏磷酸鈉的加入量是二氧化硅重量的0.5％。在反應釜中，得到二氧化硅的混合物反應液，將反應釜加熱升溫使得二氧化硅的混合物反應液至溫度100℃，反應釜內的壓力等于0.1Mp，將二氧化硅混合物溶液攪拌0.8小時，停止升溫，將冷水通入到反應釜的升溫降溫的夾套內，降溫至室溫，壓力恢復到常壓。
打開反應釜的出料閥，將二氧化硅混合物反應液通過輸送泵輸入過濾器進行過濾、洗滌，將過濾得到的二氧化硅進行干燥，最終得到納米二氧化硅，得到的納米二氧化硅粉末。從二氧化硅混合物反應液中過濾分離出的母液可以加入一定量的固體氫氧化鈉后循環利用，經電鏡分析，所得到的納米二氧化硅，近似球形，其粒徑分布范圍為10-100納米。與現有的納米二氧化硅的制備方法相比，成本節省了8％。
實施例3
取一定量的二氧化硅礦石，除去雜質，再經過水洗、干燥，然后利用球磨機研磨得到二氧化硅粉末，將得到二氧化硅粉末進行分級，取粒徑范圍為1-10μm的二氧化硅粉末進一步進行處理。
將質量濃度為40％的氫氧化鈉溶液，倒入反應釜中，然后加入1-10μm二氧化硅粉末和六偏磷酸鈉，其中，氫氧化鈉溶液與二氧化硅之間的體積比為2:1，六偏磷酸鈉的加入量是二氧化硅重量的0.3％。在反應釜中，得到二氧化硅的混合物反應液，將反應釜加熱升溫使得二氧化硅的混合物反應液至溫度80℃，反應釜內的壓力等于0.05Mp，將二氧化硅混合物溶液攪拌0.6小時，停止升溫，將冷水通入到反應釜升溫降溫的夾套內，降溫至室溫，壓力恢復到常壓。
打開反應釜的出料閥，將二氧化硅混合物反應液通過輸送泵輸入過濾器進行過濾、洗滌，將過濾得到的二氧化硅進行干燥，最終得到納米二氧化硅。從二氧化硅混合物反應液中分離出的母液可以加入一定量的固體氫氧化鈉后循環利用。經過電鏡分析，所制備的二氧化硅的粉末近似球形，粒徑分布范圍為10-100納米。
本發明通過機械破碎法工業球磨機磨細得到微米級二氧化硅，分級后，選取粒徑最小的二氧化硅，然后利用氫氧化鈉溶液以及六偏磷酸鈉溶解微米二氧化硅，使其二氧化硅的體積變小，得到納米二氧化硅，溶解在氫氧化鈉中的二氧化硅再通過加酸沉淀制得納米二氧化硅，然后將得到的二氧化硅輸送到干燥器干燥后得到納米二氧化硅粉末產品。該納米二氧化硅的制備流程制備的納米二氧化硅與現有技術的制備方法相比較，成本節省了8％。
本發明的納米二氧化硅的制備方法具有以下優點：
1、本發明的二氧化硅的制造方法制造成本低、制造過程簡單，環境污染少；
2、本發明納米二氧化硅制備方法中，由機械破碎得到的二氧化硅往往形狀為尖銳型，通過混合溶液溶解后，二氧化硅外型趨向球形化。
雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發明要求保護的范圍。