中國沉淀法白炭黑產業發展現狀及展望

邵 強，郭軼瓊，朱春雨

（中海油天津化工研究設計院有限公司，天津300131）

沉淀法白炭黑又稱水合二氧化硅， 為外觀呈白色、多孔性無定形粉末，具有化學惰性，電絕緣性高、內表面積大、耐高溫、不燃、無毒、無味、無嗅。常采用水玻璃溶液與酸（通常使用硫酸）反應，經沉淀、過濾、洗滌、干燥而成，其組成可用化學分子式SiO2·nH2O 表示，其中nH2O 是以表面羥基形式存在，不溶于水及絕大多數酸，能溶于苛性鈉和氫氟酸。沉淀法白炭黑作為橡膠補強材料， 可顯著提高橡膠產品拉伸強度、耐磨、抗老化、抗撕裂等力學性能，廣泛應用于橡膠工業、動物飼料載體、食品、醫藥、口腔護理、造紙、涂料、農化、硅橡膠等多個領域。

1 基本情況

白炭黑行業發展離不開人們消費需求的增長，當前乃至今后很長一段時間的消費需求增長仍將是推動中國白炭黑行業產能增長的主要動力。近年來，在“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念指導下，白炭黑行業總體保持持續健康發展，產品生產能力和產量均有一定幅度增長。 表1 給出了2015—2019 年中國沉淀法白炭黑產能及產量增長情況。

表1 2015—2019 年中國沉淀法白炭黑產能及產量增長情況

2015—2019 年中國沉淀法白炭黑產能年均增長率為4.2%，產量年均增長率為8.66%。 截至2019年，中國沉淀法白炭黑生產廠家共54 家，總生產能力達234.5 萬t/a，實際產量為176 萬t/a，其中規模在5 萬t/a 以上的企業數量為17 家，產能為169.1 萬t/a，產量為138.1 萬t/a。 表2 為2019 年全國沉淀法白炭黑生產能力為5 萬t/a 以上的廠家，表3 為按企業規模劃分的2019 年全國沉淀法白炭黑生產能力和產量。

表2 2019 年全國沉淀法白炭黑產能為5 萬t/a 以上廠家

表3 2019 年全國沉淀法白炭黑產能和產量（按企業規模）

由于純堿、 石英砂等沉淀法白炭黑原材料集中在中國華東地區，且該地區亦為中國輪胎、鞋業、硅橡膠企業的生產聚集地， 故沉淀法白炭黑生產廠家主要分布在福建、山東、江蘇等華東地區，產能占全國的80%以上。 中國沉淀法白炭黑企業地區分布及產能統計詳見表4。

表4 中國沉淀法白炭黑企業地區分布及產能統計

隨著人們節能環保意識的增強，近年國內“綠色輪胎”用高分散性沉淀法白炭黑（HDS）需求增長勢頭迅猛。經過技術攻關，國內高分散沉淀法白炭黑取得了長足進步，逐漸代替進口，實現了國產化。 確成硅化學股份有限公司、福建三明正元化工有限公司、龍星化工股份有限公司、 江西黑貓炭黑股份有限公司、山東聯科新材料股份有限公司、通化雙龍化工股份有限公司等11 家國內知名企業已具備較大的生產能力，產品質量符合GB/T 32678—2016《橡膠配合劑高分散沉淀水合二氧化硅國家標準》。 2019 年國內高分散白炭黑產能詳見表5。

表5 2019 年高分散白炭黑產能

2 進出口情況

隨著生產能力和技術水平的不斷提高， 中國沉淀法白炭黑從生產規模、 生產技術到產品品種和質量等方面與贏創、索爾維、PPG 等國外著名沉淀法白炭黑制造商差距逐步減小，產品除可滿足國內橡膠、涂料等主要工業領域的市場需要外，依靠原材料、勞動力、能源等成本優勢，產品大規模進軍國際市場，產品主要出口歐洲、韓國、巴西、東南亞等國家和地區。 2019 年雖然受到中美貿易摩擦影響，沉淀法白炭黑同美國進出口貿易額有所下降， 但同美國以外的其他國家和地區貿易額增幅較大， 尤其是歐洲和南美的國家和地區， 基本抵消了和美國的貿易摩擦影響， 總體上進出口量和2018 年相比略有增加。2019 年其他二氧化硅進出口情況詳見表6。

2018 年中國其他二氧化硅出口量為40.94 萬t，2019 年約為43.3 萬t，同比增長5.8%。 2018 年進口量為7.53 萬t，2019 年約為7.0 萬t，同比下降7%。雖然國內沉淀法白炭黑產品出口量很大，出口量逐年增加，但同進口產品相比，單位產品價格明顯偏低。進口量的下降，顯示出中國白炭黑技術的長足進步， 但特殊用途的白炭黑品種和國外企業相比尚有差距， 進口品種主要為特殊用途高分散白炭黑和氣相法白炭黑。

表6 2019 年其他二氧化硅進出口情況表

3 消費狀況

沉淀法白炭黑作為橡膠補強材料， 主要用于鞋類、 輪胎和其他淺色橡膠制品。 中國制鞋業發展迅猛，已成為世界上最大的鞋類生產和出口國。鞋子作為日常生活必需品， 白炭黑在鞋類制品中的消費量一直占有較大份額。制鞋業是勞動密集型產業，其發展和轉移受到土地資源、勞動力成本、原材料供應、環境保護及銷售市場等多方面影響和制約。近年來，因不斷上漲的勞動力成本、 原材料及匯率波動等因素， 中國有不少鞋企開始向東南亞地區轉移生產基地。 根據國家統計局公布數據，2017 年中國皮革鞋靴產量為44.77 億雙，2019 年中國皮革鞋靴產量約為39.66 億雙，同比減少11.41%，進而導致國內制鞋用白炭黑消費比例呈現下降趨勢。

作為“綠色輪胎”配套專用材料，高分散白炭黑在輪胎產品中的用量不斷攀升， 對白炭黑全球需求增長構成了強勁支撐。 一方面是隨著輪胎行業綠色制造的需求，白炭黑添加比例加大；另一方面，中國輪胎制造業擁有完整的配套工業支撐，自2006 年以來穩居世界最大輪胎生產國和橡膠消費國， 輪胎產量約占世界總產量的四分之一， 需求穩定， 市場廣闊。 華經產業研究院數據顯示：2018 年1—12 月份全國橡膠輪胎外胎產量為81 640.7 萬條，2019 年1—12 月份橡膠輪胎外胎產量為84 226.2 萬條，同比增長1.9%。

沉淀法白炭黑在農藥、 飼料等行業中用作載體或流動劑、在牙膏中用作摩擦劑和增稠劑，在涂料行業用作分散劑、抗沉降劑或消光劑，醫藥、食品等行業用作吸附劑等也得到了廣泛應用。 在非橡膠行業中，農藥、獸藥、飼料行業消費比例高于國外比例，而在涂料和牙膏行業消費比例則低于國外比例， 國內造紙行業尚無具體應用案例。 具體消費情況見表7。

表7 中國沉淀法白炭黑行業消費比例

4 技術進展

1）國標制定。《橡膠配合劑高分散沉淀水合二氧化硅國家標準》（GB/T 32678—2016），于2017 年1 月1 日正式實施。

2）科技成果。 由甕福集團與清華大學共同完成的濕法磷酸高值化與清潔生產的微化工技術及應用獲得2019 年國家科技進步二等獎。該技術發明了國際上最為簡捷的生產食品級磷酸的生產工藝和副產氟硅渣氨法生產納米二氧化硅的綠色微反應工藝。

3）論文發表。2019 年國內各種刊物發表沉淀法白炭黑制備、應用及改性論文共50 余篇。 主要集中在3 個方面。

①制備工藝技術研究。 如：“沉淀法白炭黑的制備及其填充SSBR/BR 的研究”［1］；“由低模數水玻璃制備納米白炭黑的分散劑篩選”［2］；“粉煤灰中提取白炭黑工藝的研究”［3］。

②沉淀法白炭黑改性研究。 如：“白炭黑表面改性方法與工藝探討”［4］；“MTS 有機改性白炭黑及其性能表征”［5］；“硅烷偶聯劑改性粉煤灰基白炭黑及其分散性能”［6］。

③沉淀法白炭黑應用研究。 如：“高分散性白炭黑的特性表征及其對膠料性能的影響”［7］；“不同白炭黑的分散性及其補強天然橡膠的性能研究”［8］；“白炭黑分散劑在甲基乙烯基硅橡膠/丁苯橡膠并用膠中的應用”［9］；“炭黑/白炭黑復合填料網絡在天然橡膠屈撓疲勞過程中的作用分析”［10］。

4）專利申請。 2019 年國內申請沉淀法白炭黑制備和應用發明專利和實用新型專利共60 余項，主要有：沉淀法白炭黑新產品、新工藝；沉淀法白炭黑改性技術； 沉淀法白炭黑應用技術等。 表8 列出2019 年國內沉淀法白炭黑申請的部分制備/應用專利。

表8 2019 年國內沉淀法白炭黑申請的部分制備/應用專利

5 發展趨勢

中國人口超過14 億，作為“智能材料”之一的白炭黑人均消費量還很低， 隨著人們生活水平的提高和消費習慣的改變， 白炭黑的國內需求仍將保持較快的增長速度。 市場調研機構（FMI）研究報告預測，2016—2026 年，全球二氧化硅市場年復合增長率為5.8%。 中國將推動這一地區需求增長，作為全球最大的特種二氧化硅消費國， 中國或將成為世界上增長速度最快的市場之一。 預測未來國內沉淀法白炭黑增長點集中于汽車輪胎、硅橡膠、牙膏、涂料、飼料、 二氧化硅氣凝膠等領域， 尤其是低滾動阻力的“綠色輪胎”的制造。 作為“綠色輪胎”補強材料的高分散白炭黑將成為中國白炭黑市場的主流產品［11］，高分散白炭黑生產技術的開發和應用將帶動整個行業升級和發展。

6 結束語

經過近40 a 的發展， 中國沉淀法白炭黑從無到有、從單套生產裝置不足500 t/a，到如今單套生產裝置高達5 萬t/a；產品品種從單一制鞋用，到如今涵蓋制鞋、輪胎、硅橡膠、涂料、牙膏、食品、飼料等眾多領域，取得了令世界矚目的成就。但國內白炭黑生產企業在產品應用研發、產業鏈延伸、數字化應用等方面和國外白炭黑生產巨頭相比尚有不小差距， 國內企業應聯合科研機構加大這方面研發投入， 實現從生產型制造向服務型制造轉變， 開發更多更好的產品， 拓展產品用途以滿足人們不斷增長的美好生活需要。