1. Характеристики жидкого силиката калия и анализ нерастворимых источников.
Являясь одним из важных продуктов компании Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd., жидкий силикат калия (модуль 3,10-3,40) широко используется в неорганических покрытиях на водной основе, средствах для ухода за полами, клеях для сварочных стержней и других областях благодаря своим превосходным характеристикам (например, высокой прозрачности внешнего вида и сильной щелочности). Однако если в продукте присутствуют нерастворимые вещества, это не только повлияет на его внешний вид, но также может отрицательно повлиять на производительность последующих работ, например, засорить сопло для краски и снизить однородность клея. Поэтому снижение содержания нерастворимых веществ является ключевым звеном в улучшении качества продукции.
С точки зрения химического состава и производственного процесса нерастворимые вещества в жидком силикате калия с модулем (М): 3,10-3,40 в основном обусловлены следующими аспектами:
Примеси сырья: Основным сырьем для производства силиката калия являются кварцевый песок (содержащий SiO₂), гидроксид калия (KOH) и т. д. Если кварцевый песок содержит примесные минералы, такие как Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO (такие как полевой шпат, слюда и т. д.), или гидроксид калия содержит примеси, такие как карбонаты и сульфаты, эти примеси могут не иметь возможности полноценно участвовать в реакции при высокотемпературной плавке. или жидкофазная реакция, образующая нерастворимые остатки.
Неполные продукты реакции: Силикат калия обычно получают путем плавления кварцевого песка и гидроксида калия при высокой температуре (сухой метод) или жидкофазной реакции под давлением (мокрый метод). Если параметры процесса, такие как температура реакции, давление и время, не контролируются должным образом, кварцевый песок может не полностью раствориться, образуя непрореагировавшие частицы SiO₂.
Загрязнение производственного процесса: продукты коррозии (например, оксиды железа) на внутренних стенках производственного оборудования (например, реакторов и трубопроводов), механические примеси (например, пыль и металлический мусор), попадающие в процессе транспортировки, а также загрязняющие вещества в производственной среде могут привносить нерастворимые вещества.
Изменения при хранении и транспортировке: Если во время хранения жидкий силикат калия вступает в контакт с CO₂ в воздухе, может произойти карбонизация с образованием осадков K₂CO₃ и SiO₂; кроме того, если материал контейнера для хранения вступает в химическую реакцию с продуктом, также могут образовываться нерастворимые вещества.
2. Технические пути снижения содержания нерастворимых веществ
(I) Оптимизация и предварительная обработка сырья
Выбирайте сырье высокой чистоты.
Кварцевый песок: выберите кварцевый песок высокой чистоты с содержанием SiO₂ ≥99 %, чтобы снизить содержание таких примесей, как Fe₂O₃ (≤0,01%) и Al₂O₃ (≤0,05%). Например, удалите ферромагнитные примеси из кварцевого песка с помощью магнитной сепарации или используйте травление (например, обработку плавиковой кислотой) для удаления оксидов металлов, прикрепленных к поверхности.
Гидроксид калия: используйте промышленный сорт (чистота ≥ 85%) и строго контролируйте его карбонат (≤ 1,0% по K₂CO₃) и сульфат (≤ 0,1% по K₂SO₄). Гидроксид калия можно дополнительно очистить процессом перекристаллизации для уменьшения введения примесей.
Процесс предварительной обработки сырья
Дробление и классификация кварцевого песка: измельчите кварцевый песок до подходящего размера частиц (например, D90 ≤ 50 мкм), чтобы увеличить площадь реакционного контакта. В то же время удаляйте крупные частицы и минералы-примеси путем просеивания или классификации воздушным потоком, чтобы обеспечить однородность размера частиц сырья.
Оптимизация растворения гидроксида калия: при растворении гидроксида калия используйте деионизированную воду и контролируйте температуру растворения (например, 60–80 ℃) и скорость перемешивания (например, 200–300 об/мин), чтобы обеспечить полное растворение и избежать остаточных нерастворенных частиц.
(II) Оптимизация параметров производственного процесса
Оптимизация мокрого процесса (на примере жидкофазного метода)
Температура и давление реакции: Силикат калия с модулем 3,10-3,40 обычно получают жидкофазной реакцией под давлением. Исследования показали, что при увеличении температуры реакции со 120 ℃ до 150 ℃ и увеличения давления с 0,3 МПа до 0,6 МПа скорость растворения кварцевого песка может быть увеличена на 30–50 %, что значительно снижает непрореагировавшие частицы SiO₂. Рекомендуется контролировать температуру реакции на уровне 140-150 ℃, поддерживать давление на уровне 0,5-0,6 МПа и увеличивать время реакции до 4-6 часов, чтобы гарантировать полное растворение кварцевого песка.
Соотношение материалов: строго контролируйте молярное соотношение (модуль) КОН и SiO₂. Для продуктов с целевым модулем 3,10–3,40 теоретическое молярное соотношение (K₂O:SiO₂) составляет 1:3,10–1:3,40. В реальном производстве доля КОН может быть соответствующим образом увеличена (например, на 5–10 %), чтобы способствовать растворению SiO₂, но следует избегать чрезмерного количества КОН, поскольку это может привести к тому, что продукт станет слишком щелочным и увеличит затраты.
Интенсивность и метод перемешивания: используется комбинация якорной и турбинной мешалок. На ранней стадии реакции (0-2 часа) для усиления массообмена используется высокая скорость (например, 400 об/мин). На более позднем этапе (2-6 часов) скорость снижают до 200 об/мин, чтобы избежать чрезмерного перемешивания, что приводит к повышенному расходу энергии, износу оборудования и загрязнению.
Оптимизация сухого процесса (метод плавления)
Температура и время плавления: Сухая реакция требует плавления кварцевого песка и гидроксида калия при высокой температуре (обычно ≥300 ℃). Повышение температуры плавления до 350–400 ℃ и увеличение времени изоляции до 2–3 часов может сделать реакцию более полной. Например, при температуре 380 ℃ в течение 2,5 часов степень конверсии кварцевого песка может достигать более 98%, что значительно снижает содержание нерастворимых веществ.
Выбор плавильного оборудования: используйте плавильную печь, футерованную корундом или кварцем, чтобы уменьшить химическую реакцию между материалом оборудования и реагентами (например, растворение железа). При этом регулярно очищайте насадки на стенке печи во избежание скопления загрязнений.
(III) Технология очистки и разделения
Процесс фильтрации
Комбинация многоступенчатой фильтрации:
Предварительная фильтрация: после охлаждения реакционной жидкости для удаления более крупных частиц примесей (таких как непрореагировавший кварцевый песок, продукты коррозии оборудования) используется пластинчато-рамочный фильтр (материал фильтрующей ткани — полипропилен, размер пор 20-50 мкм).
Тонкая фильтрация: Тонкая фильтрация осуществляется с помощью технологии мембранной фильтрации (например, керамической мембраны или органической мембраны). Керамическая мембрана (размер пор 0,1-0,5 мкм) может удерживать более 99% нерастворимых веществ, устойчива к высоким температурам и обладает хорошей химической стабильностью. Подходит для сильнощелочного раствора силиката калия. Например, использование керамической мембраны с размером пор 0,2 мкм и фильтрацией под давлением 0,2-0,3 МПа позволяет эффективно удалять нерастворимые частицы микронного размера.
Применение фильтрующих добавок: перед фильтрацией добавьте необходимое количество фильтрующих добавок (таких как диатомит и перлит). Его пористая структура может поглощать мельчайшие частицы и повышать эффективность и прозрачность фильтрации. Количество добавляемой фильтрующей добавки обычно составляет 0,5–1,0% от массы исходной жидкости, а конкретные параметры необходимо оптимизировать посредством экспериментов.
Центробежное разделение. Для растворов силиката калия с низкой вязкостью (например, разбавленных растворов в диапазоне 34,0–37,0 градусов по Боме) для центробежного разделения можно использовать дисковый сепаратор. Скорость центробежного вращения контролируется на уровне 3000–5000 об/мин, а время центробежного вращения составляет 10–20 минут, что позволяет эффективно отделять нерастворимые частицы с более высокой плотностью (например, железные опилки и грязь).
Ионный обмен и адсорбция:
Если нерастворимое вещество содержит ионы металлов (например, Fe³, Al³), его можно удалить с помощью ионообменной смолы. Например, использование сильнокислотной катионообменной смолы (такой как стиролсульфоновая смола) может адсорбировать в растворе катионы, такие как Fe³ и Al³, уменьшать содержание металлических примесей и уменьшать осаждение гидроксидов, вызванное гидролизом ионов металлов.
Адсорбция активированным углем: добавьте в раствор 0,1–0,3% активированного угля (удельная площадь поверхности ≥1000 м²/г), перемешайте и адсорбируйте в течение 30–60 минут при температуре 50–60 ℃, что может удалить пигменты, органические вещества и некоторые ионы металлов и улучшить прозрачность раствора.
(IV) Контроль оборудования и производственной среды
Модернизация материалов оборудования: оборудование, которое контактирует с материалами, такими как реакторы, трубопроводы, контейнеры для хранения и т. д., изготовлено из нержавеющей стали (например, 316L), стеклянной облицовки или политетрафторэтилена, чтобы избежать образования примесей, таких как Fe² и Fe³, из-за коррозии обычной углеродистой стали. Например, скорость коррозии нержавеющей стали составляет всего 1/100 от скорости коррозии углеродистой стали, что может значительно снизить количество нерастворимых веществ, попадающих в результате износа оборудования.
Контроль чистоты производственной среды: в процессах дозирования, реакции, фильтрации и т. д. устанавливаются пылезащитные устройства (например, системы очистки воздуха), а для снижения загрязнения пылью на полу цеха наносится покрытие из эпоксидной смолы. Операторам необходимо носить непыльную рабочую одежду и перчатки, чтобы избежать попадания загрязнений в организм человека.
Очистка и обслуживание оборудования: Установите строгие процедуры очистки оборудования. После каждого производства промывайте реактор и трубопроводы деионизированной водой, чтобы убедиться в отсутствии остатков материала. Регулярно выполняйте химическую очистку (например, с использованием разбавленного раствора щелочи или раствора лимонной кислоты) фильтрационного оборудования (например, мембранных компонентов), чтобы восстановить эффективность фильтрации и избежать закупорки отверстий фильтра загрязнениями.
(V) Контроль процесса хранения и транспортировки
Выбор контейнера для хранения: для хранения жидкого силиката калия используйте герметичные пластиковые бочки (например, из полиэтилена высокой плотности) или резервуары из нержавеющей стали и избегайте использования коррозийных контейнеров, таких как железные бочки. Среда хранения должна быть прохладной и сухой, вдали от кислых газов (таких как CO₂, SO₂), чтобы предотвратить карбонизацию продукта.
Защита процесса транспортировки: Транспортное средство должно быть чистым и сухим во избежание смешивания с другими химикатами. Летом примите меры по затенению во время транспортировки, чтобы высокая температура не вызывала испарения или порчи продукта; обратите внимание на сохранение тепла зимой, чтобы предотвратить замерзание раствора и повреждение конструкции и выпадение осадков.
Управление сроком хранения: срок хранения продукта обычно не превышает 6 месяцев, и по истечении этого периода нерастворимое содержимое необходимо повторно протестировать. Если обнаружен осадок, его можно отфильтровать или повторно нагреть для растворения (например, нагреть до 60-80 ℃ и перемешать) перед использованием.
3. Проверка качества и мониторинг процесса.
(I) Методы и стандарты проверки
Определение нерастворимого содержания: обратитесь к стандарту GB/T 26524-2011 «Промышленный силикат калия» и используйте для определения весовой метод. Конкретные шаги: взять определенное количество образца, отфильтровать его с помощью фильтровальной бумаги для количественного анализа, промыть остаток горячей водой до исчезновения ионов калия (испытание с раствором тетрафенилбората натрия), высушить до постоянного веса и рассчитать массовую долю нерастворимого вещества. Цель состоит в том, чтобы контролировать содержание нерастворимых веществ до уровня ≤0,1% (массовая доля).
Обнаружение других индикаторов: одновременно отслеживайте степень Боме продукта, плотность, содержание кремнезема, содержание оксида калия, модуль упругости и другие показатели, чтобы гарантировать, что основные характеристики продукта не пострадают при уменьшении количества нерастворимых веществ. Например, если процесс фильтрации приводит к снижению содержания SiO₂, это можно компенсировать, регулируя соотношение реакционных материалов.
(II) Система мониторинга процесса
Проверка сырья, поступающего на завод: когда каждая партия кварцевого песка и гидроксида калия поступает на завод, проверяется содержание в ней примесей (таких как Fe₂O₃, Al₂O₃, карбонат и т. д.). Некачественное сырье к использованию в производстве строго запрещено.
Онлайн-мониторинг: в реакторе установлены датчики pH, датчики температуры и давления для наблюдения за процессом реакции в режиме реального времени. При отклонении значения pH или температуры от заданного диапазона подается автоматический сигнал тревоги и параметры процесса корректируются.
Обнаружение промежуточного продукта: после завершения реакции перед фильтрацией отбираются пробы для обнаружения нерастворимого содержимого. Если оно превышает норму, его нужно повторно отфильтровать или вернуть в печь для реакции. После фильтрации и перед упаковкой пробы снова отбираются на испытания, чтобы убедиться в соответствии готового продукта требованиям качества.
4. Практическая основа и преимущества
Являясь предприятием, специализирующимся на производстве продуктов из неорганического кремния, компания Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd обладает уникальными техническими накоплениями в области регулирования микроструктуры коллоидного кремнезема и силиката, что обеспечивает теоретическую поддержку для оптимизации процесса производства жидкого силиката калия. Существующие производственные линии компании имеют высокоэффективную производственную мощность и могут быстро реагировать на потребности оптимизации процесса, такие как регулировка системы перемешивания реактора или внедрение оборудования мембранной фильтрации для достижения точного контроля нерастворимого содержания.
Кроме того, компания специализируется на индивидуальных продуктовых решениях. В ходе технических исследований и разработок по снижению содержания нерастворимых веществ он может сочетать потребности различных клиентов (например, высокие требования к прозрачности в лакокрасочной промышленности и чувствительность литейной промышленности к примесям), чтобы предоставлять целевые предложения по корректировке процесса. В то же время, опираясь на широкий спектр сценариев рыночного применения (охватывающих электронику, одежду, производство бумаги и другие области), компания может постоянно совершенствовать производственный процесс посредством обратной связи, формируя эффективный цикл «НИОКР – производство – применение – оптимизация».
