1. Caracteristici și fundal de aplicare a silicatului de potasiu lichid
Ca un important compus de siliciu anorganic, silicatul lichid de potasiu joacă un rol cheie în multe domenii datorită proprietăților sale chimice unice. Luând ca exemplu silicatul de potasiu lichid HLKL-1 produs de Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd, modulul său este 2,20-2,40. Are caracteristicile unei transparențe ridicate și alcalinitate puternică. Este utilizat pe scară largă în acoperiri anorganice, îngrășăminte cu potasiu, catalizatori, umpluturi cu săpun, materiale refractare și alte domenii. În procesul de producție, cheia asigurării calității produsului este evitarea polimerizării sau gelării excesive, care nu numai că este legată de stabilitatea performanței produsului, ci afectează direct eficiența producției și competitivitatea pe piață a întreprinderii.
2. Principii de bază ale polimerizării și gelificării silicatului de potasiu lichid
(I) Mecanismul reacției de polimerizare
Componenta principală a silicatului de potasiu lichid este silicatul de potasiu (K₂O・nSiO₂・mH₂O), iar în soluția sa apoasă există anioni de silicat complecși. În anumite condiții, acești anioni vor suferi polimerizare prin formarea de legături siliciu-oxigen (Si-O-Si) pentru a forma polisilicați cu grade diferite de polimerizare. Modulul (M) este un indicator important pentru măsurarea raportului dintre cantitatea de dioxid de siliciu și oxid de potasiu din silicatul de potasiu. Pentru silicatul de potasiu lichid cu un modul de 2,20-2,40, gradul de polimerizare a tetraedrului său siliciu-oxigen este la un nivel mediu, iar controlabilitatea reacției de polimerizare este crucială.
(II) Cauze de gelificare
Gelificarea este rezultatul unei polimerizări excesive. Când lanțurile moleculare ale polisilicaților continuă să crească și să se leagă încrucișat pentru a forma o structură de rețea tridimensională, sistemul se va schimba de la lichid la gel. Acest proces este de obicei afectat de o combinație de factori, inclusiv temperatura, concentrația, valoarea pH-ului, conținutul de impurități și condițiile de agitare. Odată ce are loc gelificarea, fluiditatea și performanța silicatului de potasiu lichid vor fi reduse sever și pot chiar să nu îndeplinească cerințele aplicației clientului.
3. Factori cheie care afectează polimerizarea și gelificarea în timpul producției
(I) Puritatea și raportul materiei prime
Materii prime dioxid de siliciu: puritatea materiilor prime dioxid de siliciu (cum ar fi nisipul de cuarț) utilizate pentru a produce silicat de potasiu lichid afectează direct calitatea produsului. Dacă materiile prime conțin ioni de impurități precum fier, aluminiu și calciu, aceste impurități pot acționa ca catalizatori sau centre de reticulare pentru reacțiile de polimerizare, accelerează reacția de polimerizare și pot crește riscul de gelificare. De exemplu, conținutul excesiv de fier (cum ar fi mai mult de 0,01%) va reduce semnificativ stabilitatea silicatului de potasiu lichid. Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd controlează strict conținutul de fier ≤0,01% în timpul procesului de producție pe baza acestui considerent.
Raportul dintre oxidul de potasiu și dioxidul de siliciu: Controlul precis al modulului este nucleul producerii de silicat de potasiu lichid calificat. Calculul modulului se bazează pe raportul dintre cantitatea de oxid de potasiu (K₂O) și dioxid de siliciu (SiO₂). Dacă raportul este inexact, echilibrul de sarcină al tetraedrelor siliciu-oxigen din sistem poate fi distrus, inducând astfel o polimerizare anormală. În timpul procesului de producție, este necesară măsurarea precisă și controlul reacției chimice pentru a se asigura că modulul este în intervalul țintă de 2,20-2,40.
(II) Temperatura și timpul de reacție
Influența temperaturii: Temperatura este un factor important care afectează viteza reacției de polimerizare. Creșterea temperaturii va accelera viteza de mișcare moleculară și va crește șansa de coliziune între moleculele reactante, accelerând astfel reacția de polimerizare. În procesul de preparare a silicatului de potasiu lichid, dacă se adoptă procesul de reacție la temperatură înaltă și la presiune înaltă, dacă temperatura nu este controlată corespunzător, reacția de polimerizare poate fi scăpată de sub control, iar polisilicații cu greutate moleculară mare pot fi generați rapid și poate apărea chiar gelificarea. De exemplu, atunci când temperatura de reacție depășește 120°C, viteza de reacție de polimerizare poate crește brusc și trebuie acordată o atenție deosebită monitorizării și reglării în timp real a temperaturii.
Controlul timpului de reacție: Timpul de reacție este strâns legat de gradul de polimerizare. La o anumită temperatură, gradul de polimerizare crește treptat odată cu prelungirea timpului de reacție. Dacă timpul de reacție este prea lung, lanțul molecular de polisilicat va continua să crească și în cele din urmă va forma un gel. Prin urmare, este necesar să se determine timpul optim de reacție prin experimente pentru a se asigura că silicea reacționează complet evitând în același timp polimerizarea excesivă. Pentru silicatul de potasiu lichid cu un modul de 2,20-2,40, timpul de reacție trebuie de obicei controlat în intervalul de 8-12 ore. Timpul specific trebuie ajustat în funcție de echipamentul de reacție și de caracteristicile materiilor prime.
(III) Concentrația soluției și valoarea pH-ului
Efectul concentrației: Cu cât concentrația de soluție lichidă de silicat de potasiu este mai mare, cu atât este mai mare concentrația de anioni de silicat pe unitate de volum, cu atât este mai mare probabilitatea de coliziune intermoleculară și cu atât este mai rapidă viteza de reacție de polimerizare. Când concentrația depășește un anumit prag (cum ar fi Baume mai mare de 46,0), vâscozitatea sistemului crește semnificativ, transferul de masă și eficiența transferului de căldură scade și este ușor să provoace supraîncălzirea locală și o reacție neuniformă de polimerizare, care la rândul său declanșează gelificarea. Gradul Baume de silicat de potasiu lichid HLKL-1 produs de Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd este controlat la 44,0-46,0, care se află într-un interval de concentrație relativ sigur, dar este totuși necesar să se acorde o atenție deosebită modificărilor concentrației în timpul procesului de producție.
Reglarea valorii pH: Soluția de silicat de potasiu este puternic alcalină, iar valoarea pH-ului va afecta forma de existență a anionilor de silicat. În condiții de pH ridicat, anionii de silicat există în principal sub formă de monomeri sau oligomeri, iar viteza de reacție de polimerizare este lentă; când valoarea pH-ului scade, gradul de disociere al silicatului scade, iar particulele coloidale de silicat se formează cu ușurință. Aceste particule vor servi ca miez al reacției de polimerizare și vor promova formarea și reticulare de polisilicat. Prin urmare, în timpul procesului de producție, este necesar să se mențină stabilă valoarea pH-ului sistemului prin adăugarea de substanțe alcaline precum hidroxidul de potasiu. În general, valoarea pH-ului este controlată între 12-13 pentru a inhiba polimerizarea excesivă.
(IV) Efect de agitare și transfer de masă
Agitarea este un mijloc important pentru a asigura uniformitatea sistemului de reacție. În procesul de producție a silicatului de potasiu lichid, dacă agitarea nu este suficientă, concentrația materiei prime, temperatura și valoarea pH-ului în zona locală pot fi neuniforme, provocând astfel o polimerizare excesivă locală. De exemplu, în colțul mort al reactorului sau în apropierea paletei de agitare, pot apărea reținerea materialului și suprareacția, formând un miez de gel și răspândindu-se treptat în întregul sistem. Prin urmare, este necesar să selectați un tip de agitator adecvat și o viteză de agitare pentru a vă asigura că materialele sunt complet amestecate în timpul procesului de reacție și pentru a îmbunătăți eficiența transferului de masă și a transferului de căldură. De obicei se folosește un agitator cu ancoră sau un agitator cu palete, iar viteza de agitare este controlată la 30-60 rpm pentru a echilibra efectul de amestecare și consumul de energie.
(V) Impurități și catalizatori
Pe lângă ionii de impurități din materiile prime, alegerea materialelor echipamentelor de producție va introduce și impurități. De exemplu, dacă reactorul este fabricat din oțel carbon obișnuit, în condiții alcaline puternice, ionii de fier se pot dizolva și intra în soluție, accelerând reacția de polimerizare. Prin urmare, reactoarele din oțel inoxidabil sau smalț sunt utilizate de obicei pentru a reduce introducerea de impurități. În plus, anumiți ioni metalici (cum ar fi ionii de sodiu și ionii de calciu) pot acționa ca catalizatori pentru a promova reacțiile de polimerizare și trebuie îndepărtați cât mai mult posibil în timpul pretratării și producției de materie primă.
4. Măsuri tehnice cheie pentru a evita polimerizarea sau gelificarea excesivă
(I) Pretratarea materiei prime și controlul calității
Selectați materii prime de înaltă puritate: selectați nisip de cuarț cu conținut scăzut de impurități, cum ar fi fierul și aluminiul ca materii prime de silice și efectuați analize chimice stricte asupra materiilor prime pentru a vă asigura că puritatea acestora îndeplinește cerințele de producție. În același timp, utilizați hidroxid de potasiu de înaltă calitate sau carbonat de potasiu ca sursă de potasiu pentru a evita introducerea de ioni de impurități.
Controlați cu precizie raportul de materie primă: utilizați echipamente avansate de măsurare (cum ar fi cântare electronice, debitmetre) pentru a controla cu precizie cantitatea de oxid de potasiu și dioxid de siliciu pentru a vă asigura că modulul se află în intervalul țintă. În timpul procesului de producție, instrumentele analitice online pot fi utilizate pentru a monitoriza modulul și concentrația soluției în timp real și pentru a ajusta raportul de materie primă în timp.
(II) Optimizarea parametrilor procesului de reacție
Proces de control al temperaturii segmentat: utilizați o strategie de control al temperaturii segmentat pentru a crește în mod corespunzător temperatura (cum ar fi 100-110 ℃) la începutul reacției pentru a accelera dizolvarea și reacția inițială de polimerizare a dioxidului de siliciu; în etapele mijlocii și târzii ale reacției, reduceți treptat temperatura (cum ar fi 80-90℃) pentru a încetini viteza de reacție de polimerizare și pentru a evita suprapolimerizarea. În acest fel, gradul de polimerizare poate fi controlat mai bine, asigurând în același timp eficiența reacției.
Controlați cu strictețe timpul de reacție: În funcție de caracteristicile materiilor prime și de performanța echipamentului de reacție, fereastra optimă a timpului de reacție este determinată prin experimente. În timpul procesului de producție, configurați un releu de timp sau un sistem de control automat pentru a vă asigura că timpul de reacție este controlabil cu precizie și pentru a evita timpul de reacție excesiv din cauza erorilor umane de operare.
Controlați concentrația soluției și valoarea pH-ului: în timpul procesului de reacție, monitorizați în mod regulat gradul Baume și valoarea pH-ului soluției și ajustați-le adăugând apă deionizată sau soluție de hidroxid de potasiu. Când gradul Baume este aproape de limita superioară (46,0), se adaugă apă deionizată pentru a o dilua în timp; când valoarea pH-ului este mai mică de 12, adăugați o cantitate adecvată de soluție de hidroxid de potasiu pentru a menține mediul alcalin al sistemului.
(III) Consolidați agitarea și proiectarea echipamentului
Optimizați sistemul de agitare: în funcție de volumul și caracteristicile materialului reactorului, selectați tipul adecvat și poziția de instalare a agitatorului. De exemplu, pentru reactoare mari, palete de agitare multistrat sau agitatoare combinate (cum ar fi agitatoarele cu turbină pe stratul superior și agitatoarele de ancorare pe stratul inferior) pot fi folosite pentru a îmbunătăți efectul de amestecare al materialelor în diferite zone. În același timp, viteza și direcția paletei de agitare sunt concepute în mod rezonabil pentru a evita vortexurile și reținerea materialului.
Îmbunătățiți structura reactorului: utilizați un design de reactor cu un perete interior neted și fără colțuri moarte pentru a reduce aderența și retenția materialelor pe peretele reactorului. De exemplu, fundul reactorului poate fi proiectat să fie conic sau eliptic pentru a facilita descărcarea și curățarea materialelor; un tub de ghidare este fixat în reactor pentru a ghida direcția de curgere a materialului și pentru a îmbunătăți uniformitatea amestecării.
Introducerea vibrațiilor cu ultrasunete sau mecanice: în timpul procesului de agitare, dispozitivele de vibrații cu ultrasunete sau mecanice pot fi introduse pentru a îmbunătăți și mai mult efectele de amestecare și transfer de masă ale materialelor prin aportul de energie. Undele ultrasunete pot produce efecte de cavitație, distrug aglomeratele și nucleele de gel din materiale și pot inhiba reacțiile excesive de polimerizare; vibrațiile mecanice pot reduce aderența materialelor la paleta de agitare și la peretele reactorului și pot îmbunătăți uniformitatea sistemului de reacție.
(IV) Adăugarea de stabilizatori și inhibitori
Rolul stabilizatorilor: Adăugarea unei cantități adecvate de stabilizatori, cum ar fi alcooli organici (metanol, etanol), polioli (etilen glicol, propilen glicol) sau polietilen glicol, la soluția lichidă de silicat de potasiu. Acești stabilizatori pot forma legături de hidrogen cu anioni de silicat, împiedică formarea legăturilor siliciu-oxigen și astfel inhibă reacția de polimerizare. Cantitatea de stabilizator adăugată este de obicei de 0,5%-2% din masa soluției, iar raportul optim de adăugare trebuie determinat prin experimente.
Selectarea inhibitorilor: Pentru silicatul de potasiu lichid cu un modul scăzut (cum ar fi M=2,20-2,40), o cantitate mică de sare acidă (cum ar fi fosfat dihidrogen de potasiu, bicarbonat de potasiu) poate fi adăugată ca inhibitor. Sărurile acide pot neutraliza unii ioni de hidroxid și pot reduce în mod corespunzător valoarea pH-ului soluției, dar cantitatea de adăugare trebuie controlată strict pentru a evita precipitarea coloidului de silice din cauza valorii pH prea scăzute. În general, cantitatea de sare acidă adăugată nu depășește 0,1% din masa oxidului de potasiu din soluție.
(V) Monitorizare în timp real și control al procesului
Tehnologia de analiză online: utilizați spectrometre, viscozimetre și alte instrumente analitice online pentru a monitoriza compoziția, vâscozitatea, gradul de polimerizare și alți parametri ai sistemului de reacție în timp real. De exemplu, spectroscopia în infraroșu poate detecta vârfurile caracteristice de absorbție ale legăturilor siliciu-oxigen în timp real pentru a determina gradul de polimerizare; viscozimetrul poate reflecta in timp real modificarile fluiditatii solutiei. Când vâscozitatea crește anormal, pot fi luate măsuri în timp util pentru ajustarea parametrilor procesului.
Sistem de control automat: Stabiliți un sistem de control automat bazat pe PLC (controler logic programabil) sau DCS (sistem de control distribuit) și includeți parametrii cheie ai procesului, cum ar fi temperatura, presiunea, concentrația, valoarea pH-ului, viteza de agitare etc. în domeniul de aplicare al controlului automat. Prin algoritmul și pragul de control prestabilit, starea de funcționare a dispozitivului de încălzire/răcire, a pompei de alimentare, a agitatorului și a altor echipamente este ajustată automat pentru a obține un control stabil al procesului de producție și pentru a reduce impactul erorilor de funcționare umană asupra calității produsului.
(VI) Managementul postprocesării și depozitării
Filtrare și clarificare: După ce reacția este finalizată, soluția lichidă de silicat de potasiu este filtrată pentru a îndepărta particulele de impurități nedizolvate și posibilele particule de gel. Filtrul cu placă și cadru, filtrul centrifugal sau echipamente de filtrare cu membrană pot fi folosite pentru a asigura transparența și puritatea produsului. Soluția filtrată poate fi clarificată în continuare, cum ar fi sedimentarea statică sau adăugarea de floculanti pentru a îndepărta materiile mici în suspensie.
Controlul condițiilor de depozitare: silicatul de potasiu lichid trebuie depozitat în butoaie de plastic sigilate sau rezervoare din oțel inoxidabil pentru a evita contactul cu aerul. Mediul de depozitare trebuie să fie rece și uscat, cu temperatura controlată în intervalul 5-30℃, evitând lumina directă a soarelui și mediul cu temperatură ridicată. În timpul depozitării, calitatea produsului este inspectată regulat. Dacă există semne de gelificare, acesta trebuie procesat sau casat la timp pentru a preveni intrarea pe piață a produselor necalificate.
5. Experiență practică
Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd, ca producător profesionist de produse din siliciu anorganic, a acumulat o experiență bogată în procesul de producție a silicatului de potasiu lichid. Compania acordă întotdeauna atenție controlului calității produselor și a stabilit un sistem complet de management al calității prin introducerea de echipamente de producție avansate și instrumente de testare. În ceea ce privește evitarea polimerizării sau gelificării excesive a silicatului de potasiu lichid, compania a luat următoarele măsuri:
Control strict al materiilor prime: selectați nisip de cuarț de înaltă puritate și hidroxid de potasiu ca materii prime și stabiliți relații de cooperare pe termen lung cu furnizori de înaltă calitate pentru a asigura stabilitatea calității materiilor prime. În același timp, fiecare lot de materii prime este inspectat cu strictețe înainte de intrarea în fabrică pentru a preveni introducerea în producție a materiilor prime necalificate.
Proces de producție optimizat: Procesul de reacție de control al temperaturii segmentat auto-dezvoltat și sistemul eficient de agitare sunt adoptate pentru a obține un control precis al reacției de polimerizare. Prin ani de optimizare a procesului, compania poate produce în mod stabil produse din silicat de potasiu lichid cu un modul de 2,20-2,40 și performanțe excelente.
Metode de testare perfecte: Echipat cu instrumente avansate de analiză chimică și echipamente de testare a performanței fizice, fiecare legătură din procesul de producție este monitorizată și analizată în timp real. De exemplu, măsurând gradul Baume, densitatea, conținutul de silice, conținutul de oxid de potasiu și alți indicatori ai soluției, parametrii procesului pot fi ajustați în timp pentru a se asigura că calitatea produsului îndeplinește cerințele standard.
Soluții personalizate: În funcție de diferitele nevoi ale clienților, compania poate furniza produse și soluții personalizate de silicat de potasiu lichid. În procesul de comunicare cu clienții, personalul tehnic al companiei va înțelege pe deplin scenariile de aplicare ale clientului și cerințele de performanță, va recomanda clienților modele de produse adecvate și va oferi suport tehnic profesionist pentru a ajuta clienții să rezolve problemele întâlnite în timpul utilizării.
