1. Karakteristike tekućeg kalijevog silikata i analiza netopljivih izvora
Kao jedan od važnih proizvoda tvrtke Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd., tekući kalijev silikat (modul 3,10-3,40) naširoko se koristi u anorganskim premazima na bazi vode, agensima za stvrdnjavanje podova, ljepilima za zavarivanje i drugim poljima zbog svojih izvrsnih performansi (kao što je visoka prozirnost izgleda i jaka lužnatost). Međutim, ako u proizvodu ima netopivih tvari, to neće utjecati samo na njegovu kvalitetu izgleda, već može imati i negativan utjecaj na izvedbu daljnjih aplikacija, kao što je začepljenje mlaznice boje i smanjenje ujednačenosti ljepila. Stoga je smanjenje udjela netopivih tvari ključna karika u poboljšanju kvalitete proizvoda.
Iz perspektive kemijskog sastava i procesa proizvodnje, netopivi sastojci u tekućem kalijevom silikatu s modulom (M): 3,10-3,40 uglavnom dolaze iz sljedećih aspekata:
Nečistoće sirovina: Glavne sirovine za proizvodnju kalijevog silikata su kvarcni pijesak (koji sadrži SiO₂), kalijev hidroksid (KOH), itd. Ako kvarcni pijesak sadrži nečistoće minerala kao što su Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO (kao što je feldspat, tinjac, itd.), ili kalijev hidroksid sadrži nečistoće kao što su karbonati i sulfati, te nečistoće možda neće moći u potpunosti sudjelovati u reakciji tijekom visokotemperaturnog taljenja ili reakcije tekuće faze, stvarajući netopljive ostatke.
Nepotpuni reakcijski produkti: Kalijev silikat se obično priprema taljenjem kvarcnog pijeska i kalijevog hidroksida na visokoj temperaturi (suha metoda) ili reakcijom tekuće faze u uvjetima pod tlakom (mokra metoda). Ako procesni parametri kao što su temperatura reakcije, tlak i vrijeme nisu pravilno kontrolirani, kvarcni pijesak se možda neće potpuno otopiti, stvarajući neizreagirane čestice SiO₂.
Onečišćenje proizvodnog procesa: proizvodi korozije (kao što su željezni oksidi) na unutarnjoj stjenci proizvodne opreme (kao što su reaktori i cjevovodi), mehaničke nečistoće (kao što su prašina i metalni ostaci) pomiješane tijekom transporta i zagađivači u proizvodnom okruženju mogu unijeti netopljive tvari.
Promjene u skladištenju i transportu: tijekom skladištenja, ako tekući kalijev silikat dođe u kontakt s CO₂ u zraku, može doći do karbonizacije i stvaranja taloga K₂CO3 i SiO₂; osim toga, ako materijal spremnika za skladištenje kemijski reagira s proizvodom, također se mogu proizvesti netopljive tvari.
2. Tehnički načini smanjenja sadržaja netopivih tvari
(I) Optimizacija i predobrada sirovina
Odaberite sirovine visoke čistoće
Kvarcni pijesak: Odaberite kvarcni pijesak visoke čistoće sa sadržajem SiO₂ od ≥99% kako biste smanjili sadržaj nečistoća kao što su Fe₂O₃ (≤0,01%) i Al₂O₃ (≤0,05%). Na primjer, uklonite feromagnetske nečistoće u kvarcnom pijesku magnetskom separacijom ili upotrijebite luženje (kao što je obrada fluorovodičnom kiselinom) za uklanjanje metalnih oksida vezanih za površinu.
Kalijev hidroksid: Koristite industrijski stupanj jedan (čistoća ≥ 85%) i strogo kontrolirajte njegov karbonat (≤ 1,0% u smislu K₂CO3) i sulfat (≤ 0,1% u smislu K₂SO₄). Kalijev hidroksid može se dodatno pročistiti postupkom rekristalizacije kako bi se smanjilo unošenje nečistoća.
Proces predobrade sirovina
Usitnjavanje i klasifikacija kvarcnog pijeska: usitnite kvarcni pijesak na odgovarajuću veličinu čestica (kao što je D90 ≤ 50 μm) kako biste povećali kontaktno područje reakcije. U isto vrijeme uklonite grube čestice i minerale nečistoće probiranjem ili klasifikacijom protoka zraka kako biste osigurali ujednačenost veličine čestica sirovog materijala.
Optimizacija otapanja kalijevog hidroksida: pri otapanju kalijevog hidroksida koristite deioniziranu vodu i kontrolirajte temperaturu otapanja (kao što je 60-80 ℃) i brzinu miješanja (kao što je 200-300 o/min) kako biste osigurali potpuno otapanje i izbjegli zaostale neotopljene čestice.
(II) Optimizacija parametara proizvodnog procesa
Optimizacija mokrog procesa (uzimajući metodu tekuće faze kao primjer)
Temperatura i tlak reakcije: Kalijev silikat s modulom od 3,10-3,40 obično se priprema reakcijom tekuće faze pod tlakom. Studije su pokazale da kada se temperatura reakcije poveća sa 120 ℃ na 150 ℃ i tlak se poveća sa 0,3 MPa na 0,6 MPa, brzina otapanja kvarcnog pijeska može se povećati za 30%-50%, značajno smanjujući neizreagirane čestice SiO₂. Preporuča se kontrolirati temperaturu reakcije na 140-150 ℃, održavati tlak na 0,5-0,6 MPa i produžiti vrijeme reakcije na 4-6 sati kako bi se osiguralo da je kvarcni pijesak potpuno otopljen.
Omjer materijala: Strogo kontrolirajte molarni omjer (modul) KOH i SiO₂. Za proizvode s ciljanim modulom od 3,10-3,40, teoretski molarni omjer (K₂O:SiO₂) je 1:3,10-1:3,40. U stvarnoj proizvodnji, udio KOH može se odgovarajuće povećati (kao što je 5%-10% viška) kako bi se pospješilo otapanje SiO₂, ali treba izbjegavati prekomjerni KOH kako bi proizvod bio previše alkalni i povećao troškove.
Intenzitet i način miješanja: Koristi se kombinacija sidrene mješalice i turbinske mješalice. U ranoj fazi reakcije (0-2 sata), velika brzina (kao što je 400 o/min) koristi se za poboljšanje prijenosa mase. U kasnijoj fazi (2-6 sati), brzina se smanjuje na 200 o/min kako bi se izbjeglo pretjerano miješanje, što dovodi do povećane potrošnje energije i trošenja opreme i nečistoća.
Optimizacija suhog procesa (metoda taljenja)
Temperatura i vrijeme taljenja: suha reakcija zahtijeva taljenje kvarcnog pijeska i kalijevog hidroksida na visokoj temperaturi (obično ≥300 ℃). Povećanje temperature taljenja na 350-400 ℃ i produženje vremena izolacije na 2-3 sata može učiniti reakciju potpunijom. Na primjer, na 380 ℃ tijekom 2,5 sata, stopa konverzije kvarcnog pijeska može doseći više od 98%, značajno smanjujući netopivi sadržaj.
Odabir opreme za taljenje: Koristite peć za taljenje obloženu korundom ili kvarcom kako biste smanjili kemijsku reakciju između materijala opreme i reaktanata (kao što je otapanje željeza). U isto vrijeme redovito čistite nastavke na stijenci peći kako biste izbjegli nakupljanje nečistoća.
(III) Tehnologija pročišćavanja i separacije
Proces filtracije
Kombinacija višestupanjske filtracije:
Preliminarna filtracija: Nakon što se reakcijska tekućina ohladi, filtar s pločom i okvirom (materijal filtarske tkanine je polipropilen, veličina pora 20-50 μm) koristi se za uklanjanje većih čestica nečistoća (kao što je neizreagirani kvarcni pijesak, proizvodi korozije opreme).
Fina filtracija: Fina filtracija se izvodi tehnologijom membranske filtracije (kao što je keramička membrana ili organska membrana). Keramička membrana (veličina pora 0,1-0,5μm) može zadržati više od 99% netopivih tvari, otporna je na visoke temperature i ima dobru kemijsku stabilnost. Pogodan je za visoko alkalnu otopinu kalijevog silikata. Na primjer, korištenje keramičke membrane s veličinom pora od 0,2 μm i filtriranjem pri tlaku od 0,2-0,3 MPa može učinkovito ukloniti netopljive čestice mikronske veličine.
Primjena pomoćnih sredstava za filtriranje: Dodajte odgovarajuću količinu pomoćnih sredstava za filtriranje (kao što su dijatomejska zemlja i perlit) prije filtracije. Njegova porozna struktura može apsorbirati sitne čestice i poboljšati učinkovitost i čistoću filtracije. Količina dodanog pomoćnog sredstva za filtriranje obično je 0,5%-1,0% mase napojne tekućine, a specifične parametre potrebno je optimizirati eksperimentima.
Centrifugalno odvajanje: Za otopine kalijevog silikata niske viskoznosti (kao što su razrijeđene otopine u rasponu od 34,0-37,0 stupnjeva Baume), disk separator se može koristiti za centrifugalno odvajanje. Centrifugalna brzina je kontrolirana na 3000-5000r/min, a centrifugalno vrijeme je 10-20 minuta, što može učinkovito odvojiti netopljive čestice veće gustoće (kao što su željezne strugotine i blato).
Ionska izmjena i adsorpcija:
Ako netopljiva tvar sadrži metalne ione (kao što su Fe³, Al³), može se ukloniti smolom za ionsku izmjenu. Na primjer, upotreba jake kisele kationske izmjenjivačke smole (kao što je smola stiren sulfonske kiseline) može adsorbirati katione kao što su Fe³ i Al³ u otopini, smanjiti sadržaj metalnih nečistoća i smanjiti taloženje hidroksida uzrokovano hidrolizom metalnih iona.
Adsorpcija aktivnog ugljena: dodajte 0,1%-0,3% aktivnog ugljena (specifična površina ≥1000m²/g) u otopinu, promiješajte i adsorbirajte 30-60 minuta na 50-60 ℃, što može ukloniti pigmente, organske tvari i neke metalne ione i poboljšati prozirnost otopine.
(IV) Kontrola opreme i proizvodnog okoliša
Nadogradnja materijala opreme: Oprema koja je u kontaktu s materijalima, kao što su reaktori, cjevovodi, spremnici za skladištenje itd., izrađena je od nehrđajućeg čelika (kao što je 316L), staklene obloge ili politetrafluoretilena kako bi se izbjeglo stvaranje nečistoća kao što su Fe² i Fe³ zbog korozije običnog ugljičnog čelika. Na primjer, stopa korozije nehrđajućeg čelika je samo 1/100 od one ugljičnog čelika, što može značajno smanjiti netopljive tvari unesene trošenjem opreme.
Kontrola čistoće proizvodnog okoliša: Postrojenja otporna na prašinu (kao što su sustavi za pročišćavanje zraka) postavljena su u procesima doziranja, reakcije, filtracije itd., a premaz od epoksidne smole koristi se na podu radionice kako bi se smanjilo zagađenje prašinom. Operateri trebaju nositi radnu odjeću i rukavice bez prašine kako bi izbjegli unošenje nečistoća od strane ljudi.
Čišćenje i održavanje opreme: Uspostavite stroge postupke čišćenja opreme. Nakon svake proizvodnje, isperite reaktor i cjevovode deioniziranom vodom kako biste bili sigurni da nema ostataka materijala. Redovito provodite kemijsko čišćenje (kao što je korištenje razrijeđene otopine lužine ili otopine limunske kiseline) na opremi za filtriranje (kao što su membranske komponente) kako biste vratili učinkovitost filtriranja i izbjegli da nečistoće blokiraju otvore filtera.
(V) Kontrola procesa skladištenja i transporta
Odabir spremnika za skladištenje: Koristite zapečaćene plastične bačve (kao što su HDPE bačve) ili spremnike od nehrđajućeg čelika za skladištenje tekućeg kalijevog silikata i izbjegavajte korištenje korozivnih spremnika kao što su željezne bačve. Okruženje za skladištenje treba biti hladno i suho, daleko od kiselih plinova (kao što su CO₂, SO₂) kako bi se spriječila karbonizacija proizvoda.
Zaštita u procesu transporta: Transportno vozilo mora biti čisto i suho kako bi se izbjeglo miješanje s drugim kemikalijama. Poduzmite mjere zasjenjenja tijekom transporta ljeti kako biste spriječili da visoka temperatura uzrokuje isparavanje ili kvarenje proizvoda; obratite pozornost na očuvanje topline zimi kako biste spriječili smrzavanje otopine i uzrokovanje oštećenja konstrukcije i padalina.
Upravljanje razdobljem skladištenja: Razdoblje skladištenja proizvoda obično nije dulje od 6 mjeseci, a netopivi sadržaj potrebno je ponovno testirati nakon razdoblja. Ako se pronađe talog, može se filtrirati ili ponovno zagrijati da se otopi (kao što je zagrijavanje na 60-80 ℃ i miješanje) prije upotrebe.
3. Inspekcija kvalitete i praćenje procesa
(I) Metode i standardi inspekcije
Određivanje netopivog sadržaja: pogledajte standard GB/T 26524-2011 "Industrijski kalijev silikat" i koristite metodu težine za određivanje. Specifični koraci su: uzeti određenu količinu uzorka, filtrirati ga kvantitativnim filtar papirom, isprati ostatak vrućom vodom dok ne nestane kalijevih iona (ispitivati otopinom natrijevog tetrafenilborata), osušiti do konstantne težine i izračunati maseni udio netopljive tvari. Cilj je kontrolirati sadržaj netopljivih tvari na ≤0,1% (maseni udio).
Detekcija povezana s drugim pokazateljima: Istovremeno pratite stupanj Baume proizvoda, gustoću, sadržaj silicijevog dioksida, sadržaj kalijevog oksida, modul i druge pokazatelje kako biste osigurali da glavna izvedba proizvoda nije pogođena uz smanjenje netopivih tvari. Na primjer, ako proces filtracije uzrokuje smanjenje sadržaja SiO₂, to se može nadoknaditi podešavanjem omjera reakcijskih materijala.
(II) Sustav praćenja procesa
Inspekcija sirovina koje ulaze u tvornicu: Kada svaka serija kvarcnog pijeska i kalijevog hidroksida uđe u tvornicu, ispituje se sadržaj nečistoća (kao što su Fe₂O₃, Al₂O₃, karbonat itd.). Nekvalificirane sirovine strogo je zabranjeno stavljati u proizvodnju.
Online nadzor: pH senzori, temperaturni senzori i senzori tlaka ugrađeni su u reaktor za praćenje procesa reakcije u stvarnom vremenu. Kada pH vrijednost ili temperatura odstupe od postavljenog raspona, automatski se aktivira alarm i podešavaju se parametri procesa.
Detekcija međuproizvoda: Nakon završetka reakcije, prije filtracije uzimaju se uzorci kako bi se otkrio netopljivi sadržaj. Ako prelazi standard, treba ga ponovno filtrirati ili vratiti u peć na reakciju. Nakon filtracije i prije pakiranja ponovno se uzimaju uzorci za ispitivanje kako bi se osiguralo da gotov proizvod zadovoljava zahtjeve kvalitete.
4. Praktična osnova i prednosti
Kao poduzeće specijalizirano za proizvodnju proizvoda od anorganskog silicija, Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd ima jedinstvenu tehničku akumulaciju u regulaciji koloidnog silicijevog dioksida i mikrostrukture silikata, što pruža teoretsku podršku za optimizaciju procesa proizvodnje tekućeg kalijevog silikata. Postojeće proizvodne linije tvrtke imaju proizvodni kapacitet visoke učinkovitosti i mogu brzo odgovoriti na potrebe optimizacije procesa, kao što je podešavanje sustava miješanja reaktora ili uvođenje opreme za membransku filtraciju kako bi se postigla precizna kontrola netopivog sadržaja.
Osim toga, tvrtka se fokusira na prilagođena rješenja proizvoda. U tehničkom istraživanju i razvoju smanjenja netopivog sadržaja, može kombinirati potrebe primjene različitih kupaca (kao što su visoki zahtjevi za transparentnošću u industriji premaza i osjetljivost ljevaoničke industrije na nečistoće) kako bi pružio ciljane prijedloge za prilagodbu procesa. U isto vrijeme, oslanjajući se na širok raspon scenarija tržišne primjene (pokrivajući elektroniku, odjeću, proizvodnju papira i druga područja), tvrtka može kontinuirano poboljšavati proizvodni proces putem nizvodnih povratnih informacija, tvoreći dobar ciklus "Istraživanje i razvoj - proizvodnja - primjena - optimizacija".
