1. Caracteristicile silicatului de potasiu lichid și analiza surselor insolubile
Fiind unul dintre produsele importante ale Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd., silicatul de potasiu lichid (modul 3.10-3.40) este utilizat pe scară largă în acoperiri anorganice pe bază de apă, agenți de întărire a podelei, adezivi pentru baghete de sudură și alte domenii datorită performanței sale excelente (cum ar fi transparența înaltă a aspectului și alcalinitatea puternică). Cu toate acestea, dacă există substanțe insolubile în produs, nu numai că îi va afecta calitatea aspectului, dar poate avea și un impact negativ asupra performanței aplicațiilor din aval, cum ar fi înfundarea duzei de vopsea și reducerea uniformității adezivului. Prin urmare, reducerea conținutului insolubil este o verigă cheie în îmbunătățirea calității produsului.
Din perspectiva compoziției chimice și a procesului de producție, insolubilele în silicat de potasiu lichid cu modul (M): 3,10-3,40 provin în principal din următoarele aspecte:
Impurități de materie primă: Principalele materii prime pentru producerea silicatului de potasiu sunt nisipul de cuarț (conținând SiO₂), hidroxidul de potasiu (KOH), etc. Dacă nisipul de cuarț conține minerale impurități precum Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO (cum ar fi feldspat, mica etc.), sau impurități care conțin aceste impurități, cum ar fi hidroxii și sulfati de potasiu. este posibil să nu poată participa pe deplin la reacție în timpul topirii la temperatură înaltă sau a reacției în fază lichidă, formând reziduuri insolubile.
Produse de reacție incomplete: Silicatul de potasiu este de obicei preparat prin topirea nisipului de cuarț și hidroxid de potasiu la temperatură ridicată (metoda uscată) sau reacție în fază lichidă în condiții de presiune (metoda umedă). Dacă parametrii procesului, cum ar fi temperatura de reacție, presiunea și timpul nu sunt controlați corespunzător, nisipul de cuarț poate să nu fie complet dizolvat, formând particule de SiO₂ nereacționate.
Poluarea procesului de producție: Produsele de coroziune (cum ar fi oxizii de fier) de pe peretele interior al echipamentului de producție (cum ar fi reactoarele și conductele), impuritățile mecanice (cum ar fi praful și resturile metalice) amestecate în timpul transportului și poluanții din mediul de producție pot introduce substanțe insolubile.
Modificări în depozitare și transport: În timpul depozitării, dacă silicatul de potasiu lichid intră în contact cu CO₂ în aer, se poate produce carbonatare pentru a genera precipitate de K₂CO₃ și SiO₂; în plus, dacă materialul recipientului de depozitare reacționează chimic cu produsul, se poate produce și materie insolubilă.
2. Căi tehnice pentru reducerea conținutului de materie insolubilă
(I) Optimizarea materiei prime și pretratarea
Selectați materii prime de înaltă puritate
Nisip de cuarț: Selectați nisip de cuarț de înaltă puritate cu un conținut de SiO₂ ≥99% pentru a reduce conținutul de impurități precum Fe₂O₃ (≤0,01%) și Al₂O₃ (≤0,05%). De exemplu, îndepărtați impuritățile feromagnetice din nisipul de cuarț prin separare magnetică sau utilizați decaparea (cum ar fi tratamentul cu acid fluorhidric) pentru a îndepărta oxizii metalici atașați la suprafață.
Hidroxid de potasiu: Utilizați gradul industrial unu (puritate ≥ 85%) și controlați strict carbonatul său (≤ 1,0% în ceea ce privește K₂CO₃) și sulfatul (≤ 0,1% în ceea ce privește K₂SO₄). Hidroxidul de potasiu poate fi purificat în continuare prin procesul de recristalizare pentru a reduce introducerea de impurități.
Procesul de pretratare a materiei prime
Zdrobirea și clasificarea nisipului de cuarț: zdrobiți nisipul de cuarț la o dimensiune adecvată a particulelor (cum ar fi D90 ≤ 50μm) pentru a crește zona de contact de reacție. În același timp, îndepărtați particulele grosiere și mineralele impurități prin screening sau clasificarea fluxului de aer pentru a asigura uniformitatea dimensiunii particulelor de materie primă.
Optimizarea dizolvării hidroxidului de potasiu: Când dizolvați hidroxidul de potasiu, utilizați apă deionizată și controlați temperatura de dizolvare (cum ar fi 60-80℃) și viteza de agitare (cum ar fi 200-300r/min) pentru a asigura dizolvarea completă și pentru a evita particulele reziduale nedizolvate.
(II) Optimizarea parametrilor procesului de producție
Optimizarea procesului umed (luând ca exemplu metoda în fază lichidă)
Temperatura și presiunea de reacție: Silicatul de potasiu cu un modul de 3,10-3,40 este de obicei preparat prin reacție în fază lichidă sub presiune. Studiile au arătat că atunci când temperatura de reacție crește de la 120℃ la 150℃ și presiunea crește de la 0,3MPa la 0,6MPa, viteza de dizolvare a nisipului de cuarț poate fi crescută cu 30%-50%, reducând semnificativ particulele de SiO₂ nereacționate. Se recomandă controlul temperaturii de reacție la 140-150 ℃, menținerea presiunii la 0,5-0,6 MPa și extinderea timpului de reacție la 4-6 ore pentru a vă asigura că nisipul de cuarț este complet dizolvat.
Raportul materialului: Controlați strict raportul molar (modulul) dintre KOH și SiO₂. Pentru produsele cu un modul țintă de 3,10-3,40, raportul molar teoretic (K₂O:SiO₂) este 1:3,10-1:3,40. În producția reală, proporția de KOH poate fi crescută în mod corespunzător (cum ar fi 5%-10% exces) pentru a promova dizolvarea SiO₂, dar KOH excesiv trebuie evitat pentru a face ca produsul să fie prea alcalin și pentru a crește costurile.
Intensitatea și metoda de agitare: Se folosește o combinație între un agitator cu ancoră și un agitator cu turbină. În stadiul incipient al reacției (0-2 ore), este utilizată o viteză mare (cum ar fi 400r/min) pentru a îmbunătăți transferul de masă. În etapa ulterioară (2-6 ore), viteza este redusă la 200r/min pentru a evita agitarea excesivă, ceea ce duce la creșterea consumului de energie și la uzura echipamentului și a impurităților.
Optimizarea procesului uscat (metoda de topire)
Temperatura și timpul de topire: reacția uscată necesită topirea nisipului de cuarț și hidroxid de potasiu la temperatură ridicată (de obicei ≥300℃). Creșterea temperaturii de topire la 350-400℃ și extinderea timpului de izolare la 2-3 ore poate face reacția mai completă. De exemplu, la 380℃ timp de 2,5 ore, rata de conversie a nisipului de cuarț poate ajunge la mai mult de 98%, reducând semnificativ conținutul insolubil.
Alegerea echipamentului de topire: Utilizați un cuptor de topire căptușit cu corindon sau cuarț pentru a reduce reacția chimică dintre materialul echipamentului și reactanții (cum ar fi dizolvarea fierului). În același timp, curățați în mod regulat accesoriile de pe peretele cuptorului pentru a evita acumularea de impurități.
(III) Tehnologia de purificare și separare
Proces de filtrare
Combinație de filtrare în mai multe etape:
Filtrare preliminară: După ce lichidul de reacție este răcit, se utilizează un filtru cu placă și cadru (materialul din pânză filtrantă este polipropilenă, dimensiunea porilor 20-50μm) pentru a îndepărta impuritățile de particule mai mari (cum ar fi nisip de cuarț nereacționat, produse de coroziune a echipamentelor).
Filtrare fină: Filtrarea fină se realizează prin tehnologia de filtrare cu membrană (cum ar fi membrana ceramică sau membrana organică). Membrana ceramică (dimensiunea porilor 0,1-0,5μm) poate reține mai mult de 99% din materie insolubilă și este rezistentă la temperaturi ridicate și are o bună stabilitate chimică. Este potrivit pentru soluția de silicat de potasiu foarte alcalină. De exemplu, utilizarea unei membrane ceramice cu o dimensiune a porilor de 0,2 μm și filtrarea la o presiune de 0,2-0,3 MPa poate elimina eficient particulele insolubile de dimensiunea micronului.
Aplicarea ajutoarelor de filtrare: Adăugați o cantitate adecvată de ajutoare de filtrare (cum ar fi pământ de diatomee și perlit) înainte de filtrare. Structura sa poroasă poate absorbi particulele mici și poate îmbunătăți eficiența și claritatea filtrării. Cantitatea de auxiliar de filtrare adăugată este de obicei de 0,5%-1,0% din masa lichidului de alimentare, iar parametrii specifici trebuie optimizați prin experimente.
Separarea centrifugală: Pentru soluțiile de silicat de potasiu cu vâscozitate scăzută (cum ar fi soluțiile diluate în intervalul de 34,0-37,0 grade Baume), se poate utiliza un separator cu discuri pentru separarea centrifugă. Viteza centrifugă este controlată la 3000-5000r/min, iar timpul de centrifugare este de 10-20 de minute, ceea ce poate separa eficient particulele insolubile cu densitate mai mare (cum ar fi pilitura de fier și noroiul).
Schimbul de ioni și adsorbția:
Dacă materia insolubilă conține ioni metalici (cum ar fi Fe³, Al³), aceasta poate fi îndepărtată prin rășină schimbătoare de ioni. De exemplu, utilizarea rășinii schimbătoare de cationi cu acid puternic (cum ar fi rășina de acid stiren sulfonic) poate adsorbi cationi precum Fe³ și Al³ în soluție, poate reduce conținutul de impurități metalice și poate reduce precipitarea hidroxizilor cauzată de hidroliza ionilor metalici.
Adsorbția cărbunelui activat: Adăugați 0,1%-0,3% cărbune activ (suprafață specifică ≥1000m²/g) în soluție, amestecați și adsorbiți timp de 30-60 de minute la 50-60℃, ceea ce poate elimina pigmenții, materia organică și unii ioni de metal și poate îmbunătăți transparența soluției.
(IV) Controlul echipamentelor și al mediului de producție
Actualizarea materialului echipamentului: Echipamentele care intră în contact cu materialele, cum ar fi reactoare, conducte, containere de depozitare etc., sunt fabricate din oțel inoxidabil (cum ar fi 316L), căptușeală din sticlă sau politetrafluoretilenă pentru a evita generarea de impurități precum Fe² și Fe³ din cauza coroziunii oțelului carbon obișnuit. De exemplu, rata de coroziune a oțelului inoxidabil este de numai 1/100 din cea a oțelului carbon, ceea ce poate reduce semnificativ materia insolubilă introdusă de uzura echipamentului.
Controlul curățeniei mediului de producție: instalațiile rezistente la praf (cum ar fi sistemele de purificare a aerului) sunt instalate în procesele de dozare, reacție, filtrare etc., iar acoperirea cu rășină epoxidică este utilizată pe podeaua atelierului pentru a reduce poluarea cu praf. Operatorii trebuie să poarte haine de lucru și mănuși fără praf pentru a evita introducerea de impurități de către oameni.
Curățarea și întreținerea echipamentelor: Stabiliți proceduri stricte de curățare a echipamentelor. După fiecare producție, clătiți reactorul și conductele cu apă deionizată pentru a vă asigura că nu există reziduuri de material. Efectuați în mod regulat curățarea chimică (cum ar fi utilizarea soluției alcaline diluate sau a soluției de acid citric) pe echipamentul de filtrare (cum ar fi componentele membranei) pentru a restabili performanța de filtrare și pentru a evita ca impuritățile să blocheze orificiile filtrului.
(V) Controlul procesului de depozitare și transport
Alegerea recipientelor de depozitare: Folosiți butoaie de plastic sigilate (cum ar fi butoaiele HDPE) sau rezervoare din oțel inoxidabil pentru a stoca silicatul de potasiu lichid și evitați utilizarea recipientelor corozive, cum ar fi butoaiele de fier. Mediul de depozitare trebuie să fie rece și uscat, departe de gaze acide (cum ar fi CO₂, SO₂) pentru a preveni carbonatarea produsului.
Protecția procesului de transport: vehiculul de transport trebuie să fie curat și uscat pentru a evita amestecarea cu alte substanțe chimice. Luați măsuri de umbrire în timpul transportului vara pentru a preveni ca temperatura ridicată să provoace volatilizarea sau deteriorarea produsului; acordați atenție păstrării căldurii în timpul iernii pentru a preveni înghețarea soluției și cauzarea deteriorării structurale și a precipitațiilor.
Gestionarea perioadei de depozitare: Perioada de depozitare a produsului nu este de obicei mai mare de 6 luni, iar conținutul insolubil trebuie re-testat după această perioadă. Dacă se găsește precipitații, aceasta poate fi filtrată sau reîncălzită pentru a se dizolva (cum ar fi încălzirea la 60-80℃ și agitarea) înainte de utilizare.
3. Inspecția calității și monitorizarea procesului
(I) Metode și standarde de inspecție
Determinarea conținutului de insolubil: Consultați standardul GB/T 26524-2011 „Silicat de potasiu industrial” și utilizați metoda greutății pentru determinare. Pașii specifici sunt: se ia o anumită cantitate de probă, se filtrează cu hârtie de filtru cantitativ, se spală reziduul cu apă fierbinte până când nu există ion de potasiu (test cu soluție de tetrafenilborat de sodiu), se usucă până la greutate constantă și se calculează fracția de masă a materiei insolubile. Scopul este de a controla conținutul insolubil la ≤0,1% (fracție de masă).
Alți indicatori legați de detectare: Monitorizați simultan gradul Baume al produsului, densitatea, conținutul de silice, conținutul de oxid de potasiu, modulul și alți indicatori pentru a vă asigura că performanța principală a produsului nu este afectată, reducând în același timp materia insolubilă. De exemplu, dacă procesul de filtrare determină scăderea conținutului de SiO₂, acesta poate fi compensat prin ajustarea raportului dintre materialele de reacție.
(II) Sistem de monitorizare a proceselor
Inspecția materiilor prime care intră în fabrică: Când fiecare lot de nisip de cuarț și hidroxid de potasiu intră în fabrică, este testat conținutul de impurități (cum ar fi Fe₂O₃, Al₂O₃, carbonat etc.). Materiile prime necalificate sunt strict interzise să fie introduse în producție.
Monitorizare online: senzori de pH, senzori de temperatură și senzori de presiune sunt instalați în reactor pentru a monitoriza procesul de reacție în timp real. Când valoarea pH-ului sau temperatura se abate de la intervalul setat, se emite o alarmă automată și parametrii procesului sunt ajustați.
Detectarea produsului intermediar: După terminarea reacției, se prelevează probe înainte de filtrare pentru a detecta conținutul insolubil. Dacă depășește standardul, trebuie refiltrat sau returnat în cuptor pentru reacție. După filtrare și înainte de ambalare, probele sunt prelevate din nou pentru testare pentru a se asigura că produsul finit îndeplinește cerințele de calitate.
4. Baze practice și avantaje
Ca o întreprindere specializată în producția de produse din siliciu anorganic, Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd are o acumulare tehnică unică în reglementarea microstructurii silicei coloidale și a silicatului, care oferă suport teoretic pentru optimizarea procesului de producție a silicatului de potasiu lichid. Liniile de producție existente ale companiei au o capacitate de producție de înaltă eficiență și pot răspunde rapid nevoilor de optimizare a procesului, cum ar fi ajustarea sistemului de agitare al reactorului sau introducerea echipamentelor de filtrare cu membrană pentru a obține un control precis al conținutului insolubil.
În plus, compania se concentrează pe soluții de produse personalizate. În cercetarea și dezvoltarea tehnică a reducerii conținutului insolubil, poate combina nevoile de aplicare ale diferiților clienți (cum ar fi cerințele ridicate de transparență în industria de acoperire și sensibilitatea industriei de turnătorie la impurități) pentru a oferi sugestii de ajustare a procesului. În același timp, bazându-se pe o gamă largă de scenarii de aplicații pe piață (care acoperă electronică, îmbrăcăminte, fabricarea hârtiei și alte domenii), compania poate îmbunătăți continuu procesul de producție prin feedback în aval, formând un ciclu virtuos de „C&D – producție – aplicare – optimizare”.
