1. Karakteristika og anvendelsesbaggrund af flydende kaliumsilicat
Som en vigtig uorganisk siliciumforbindelse spiller flydende kaliumsilikat en nøglerolle på mange områder på grund af dets unikke kemiske egenskaber. Tager man HLKL-1 flydende kaliumsilicat produceret af Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd som et eksempel, er dets modul 2,20-2,40. Det har karakteristika af høj gennemsigtighed og stærk alkalinitet. Det er meget udbredt i uorganiske belægninger, kaliumgødning, katalysatorer, sæbefyldninger, ildfaste materialer og andre områder. I produktionsprocessen er nøglen til at sikre produktkvalitet at undgå overdreven polymerisering eller gelering, som ikke kun er relateret til produktets ydeevnestabilitet, men også direkte påvirker virksomhedens produktionseffektivitet og markedskonkurrenceevne.
2. Grundlæggende principper for polymerisation og gelering af flydende kaliumsilicat
(I) Polymerisationsreaktionsmekanisme
Hovedbestanddelen af flydende kaliumsilicat er kaliumsilicat (K₂O・nSiO₂・mH2O), og der er komplekse silikatanioner i dens vandige opløsning. Under visse forhold vil disse anioner undergå polymerisation gennem dannelsen af silicium-oxygenbindinger (Si-O-Si) for at danne polysilicater med forskellige grader af polymerisation. Modulet (M) er en vigtig indikator til måling af forholdet mellem mængden af siliciumdioxid og kaliumoxid i kaliumsilicat. For flydende kaliumsilicat med et modul på 2,20-2,40 er polymerisationsgraden af dets silicium-ilttetraeder på et medium niveau, og polymerisationsreaktionens kontrollerbarhed er afgørende.
(II) Årsager til gelering
Gelering er resultatet af overdreven polymerisation. Når de molekylære kæder af polysilicater fortsætter med at vokse og tværbinde for at danne en tredimensionel netværksstruktur, vil systemet ændre sig fra væske til gel. Denne proces påvirkes normalt af en kombination af faktorer, herunder temperatur, koncentration, pH-værdi, urenhedsindhold og omrøringsbetingelser. Når først geldannelse opstår, vil flydende kaliumsilicats flydende ydelse og ydeevne blive alvorligt reduceret og kan endda ikke opfylde kundernes krav til anvendelse.
3. Nøglefaktorer, der påvirker polymerisering og gelering under produktion
(I) Råmaterialets renhed og forhold
Siliciumdioxid-råmaterialer: Renheden af siliciumdioxid-råmaterialer (såsom kvartssand), der bruges til at producere flydende kaliumsilikat, påvirker direkte produktets kvalitet. Hvis råmaterialerne indeholder urenheder såsom jern, aluminium og calcium, kan disse urenheder fungere som katalysatorer eller tværbindingscentre for polymerisationsreaktioner, accelerere polymerisationsreaktionen og øge risikoen for gelering. For eksempel vil for højt jernindhold (såsom mere end 0,01%) signifikant reducere stabiliteten af flydende kaliumsilicat. Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd kontrollerer strengt jernindholdet ≤0,01% under produktionsprocessen baseret på denne betragtning.
Forholdet mellem kaliumoxid og siliciumdioxid: Nøjagtig kontrol af modul er kernen i fremstillingen af kvalificeret flydende kaliumsilicat. Beregningen af modul er baseret på forholdet mellem mængden af kaliumoxid (K2O) og siliciumdioxid (SiO2). Hvis forholdet er unøjagtigt, kan ladningsbalancen af silicium-ilt-tetraeder i systemet blive ødelagt, hvilket inducerer unormal polymerisation. Under produktionsprocessen kræves præcis måling og kemisk reaktionskontrol for at sikre, at modulet er inden for målområdet 2,20-2,40.
(II) Reaktionstemperatur og tid
Temperaturens indflydelse: Temperaturen er en vigtig faktor, der påvirker polymerisationsreaktionshastigheden. Forøgelse af temperaturen vil accelerere den molekylære bevægelseshastighed og øge chancen for kollision mellem reaktantmolekyler og derved accelerere polymerisationsreaktionen. I fremstillingsprocessen af flydende kaliumsilicat, hvis højtemperatur- og højtryksreaktionsprocessen er vedtaget, hvis temperaturen ikke er korrekt kontrolleret, kan polymerisationsreaktionen være ude af kontrol, og højmolekylære polysilicater kan hurtigt dannes, og endda gelering kan forekomme. For eksempel, når reaktionstemperaturen overstiger 120°C, kan polymerisationsreaktionshastigheden stige kraftigt, og der bør lægges særlig vægt på realtidsovervågning og temperaturregulering.
Kontrol af reaktionstid: Reaktionstiden er tæt forbundet med graden af polymerisation. Ved en vis temperatur stiger polymerisationsgraden gradvist med forlængelse af reaktionstiden. Hvis reaktionstiden er for lang, vil den molekylære kæde af polysilicat fortsætte med at vokse og til sidst danne en gel. Derfor er det nødvendigt at bestemme den optimale reaktionstid gennem eksperimenter for at sikre, at silicaen reagerer fuldt ud og samtidig undgå overdreven polymerisation. For flydende kaliumsilicat med et modul på 2,20-2,40 skal reaktionstiden normalt kontrolleres inden for intervallet 8-12 timer. Den specifikke tid skal justeres i henhold til reaktionsudstyret og råmaterialets egenskaber.
(III) Opløsningskoncentration og pH-værdi
Effekt af koncentration: Jo højere koncentrationen af flydende kaliumsilicatopløsning er, jo større koncentration af silicatanioner pr. volumenenhed, jo større er sandsynligheden for intermolekylær kollision, og jo hurtigere er polymerisationsreaktionshastigheden. Når koncentrationen overstiger en vis tærskel (såsom Baume større end 46,0), øges systemets viskositet betydeligt, masseoverførsels- og varmeoverførselseffektiviteten falder, og det er let at forårsage lokal overophedning og ujævn polymerisationsreaktion, som igen udløser geldannelse. Baume-graden af HLKL-1 flydende kaliumsilicat produceret af Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd er kontrolleret til 44,0-46,0, hvilket er i et relativt sikkert koncentrationsområde, men det er stadig nødvendigt at være meget opmærksom på ændringer i koncentrationen under produktionsprocessen.
pH-værdiregulering: Kaliumsilikatopløsning er stærkt basisk, og pH-værdien vil påvirke eksistensformen af silikatanioner. Under høje pH-forhold eksisterer silikatanioner hovedsageligt i form af monomerer eller oligomerer, og polymerisationsreaktionshastigheden er langsom; når pH-værdien falder, falder silikats dissociationsgrad, og kolloide silikatpartikler dannes let. Disse partikler vil tjene som kernen i polymerisationsreaktionen og fremme dannelsen og tværbindingen af polysilicat. Derfor er det under produktionsprocessen nødvendigt at holde systemets pH-værdi stabil ved at tilsætte alkaliske stoffer såsom kaliumhydroxid. Generelt styres pH-værdien mellem 12-13 for at inhibere overdreven polymerisation.
(IV) Omrørings- og masseoverførselseffekt
Omrøring er et vigtigt middel til at sikre ensartetheden af reaktionssystemet. I produktionsprocessen af flydende kaliumsilikat kan råvarekoncentrationen, temperaturen og pH-værdien i lokalområdet være ujævn, hvis omrøringen ikke er tilstrækkelig, og derved forårsage lokal overdreven polymerisering. For eksempel, i det døde hjørne af reaktoren eller i nærheden af omrøringspavlen, kan materialetilbageholdelse og overreaktion forekomme, hvilket danner en gelkerne og gradvist spredes til hele systemet. Derfor er det nødvendigt at vælge en passende omrørertype og omrøringshastighed for at sikre, at materialerne blandes fuldt ud under reaktionsprocessen og forbedre masseoverførsels- og varmeoverførselseffektiviteten. Normalt bruges en ankeromrører eller skovlomrører, og omrøringshastigheden styres ved 30-60 rpm for at balancere blandingseffekten og energiforbruget.
(V) Urenheder og katalysatorer
Ud over urenhederne i råvarerne vil valget af produktionsudstyrsmaterialer også introducere urenheder. For eksempel, hvis reaktoren er lavet af almindeligt kulstofstål, under stærke alkaliske forhold, kan jernioner opløses og komme ind i opløsningen, hvilket accelererer polymerisationsreaktionen. Derfor bruges rustfri stål- eller emaljereaktorer normalt til at reducere tilførslen af urenheder. Derudover kan visse metalioner (såsom natriumioner og calciumioner) fungere som katalysatorer for at fremme polymerisationsreaktioner og skal fjernes så meget som muligt under forbehandling og produktion af råmateriale.
4. Tekniske nøgleforanstaltninger for at undgå overdreven polymerisering eller gelering
(I) Råvareforbehandling og kvalitetskontrol
Vælg råmaterialer med høj renhed: vælg kvartssand med lavt indhold af urenheder såsom jern og aluminium som silicaråmaterialer, og udfør streng kemisk analyse af råmaterialerne for at sikre, at deres renhed opfylder produktionskravene. Brug samtidig højkvalitets kaliumhydroxid eller kaliumcarbonat som kaliumkilde for at undgå introduktion af urenheder.
Styr råmaterialeforholdet præcist: Brug avanceret måleudstyr (såsom elektroniske vægte, flowmålere) til nøjagtigt at kontrollere fødemængden af kaliumoxid og siliciumdioxid for at sikre, at modulet er inden for målområdet. Under produktionsprocessen kan online analytiske instrumenter bruges til at overvåge modul og koncentration af opløsningen i realtid og justere råvareforholdet i tid.
(II) Optimer reaktionsprocesparametre
Segmenteret temperaturkontrolproces: Brug en segmenteret temperaturkontrolstrategi til passende at øge temperaturen (såsom 100-110 ℃) i begyndelsen af reaktionen for at accelerere opløsningen og den indledende polymerisationsreaktion af siliciumdioxid; i de midterste og sene trin af reaktionen skal du gradvist reducere temperaturen (såsom 80-90 ℃) for at sænke polymerisationsreaktionshastigheden og undgå overpolymerisering. På denne måde kan polymerisationsgraden bedre kontrolleres, samtidig med at reaktionseffektiviteten sikres.
Styr reaktionstiden strengt: I henhold til råmaterialernes egenskaber og reaktionsudstyrets ydeevne bestemmes det optimale reaktionstidsvindue gennem eksperimenter. Under produktionsprocessen skal du opsætte et tidsrelæ eller automatisk kontrolsystem for at sikre, at reaktionstiden er nøjagtigt kontrollerbar og undgå overdreven reaktionstid på grund af menneskelige betjeningsfejl.
Kontrolopløsningskoncentration og pH-værdi: Under reaktionsprocessen skal du regelmæssigt overvåge opløsningens Baume-grad og pH-værdi, og justere dem ved at tilsætte deioniseret vand eller kaliumhydroxidopløsning. Når Baume-graden er tæt på den øvre grænse (46,0), tilsættes deioniseret vand for at fortynde det i tide; når pH-værdien er lavere end 12, tilsæt en passende mængde kaliumhydroxidopløsning for at opretholde det alkaliske miljø i systemet.
(III) Styrk omrøring og udstyrsdesign
Optimer omrøringssystemet: I henhold til reaktorens volumen og materialeegenskaber skal du vælge den passende type og installationsposition for omrøreren. For eksempel til store reaktorer kan flerlags omrører eller kombinerede omrørere (såsom turbine-omrørere på det øvre lag og anker-omrørere på det nederste lag) bruges til at forbedre blandingseffekten af materialer i forskellige områder. Samtidig er hastigheden og retningen af omrøringspagajen rimeligt designet til at undgå hvirvler og materialetilbageholdelse.
Forbedre strukturen af reaktoren: Brug et reaktordesign med en glat indervæg og ingen døde hjørner for at reducere vedhæftningen og tilbageholdelsen af materialer på reaktorvæggen. For eksempel kan bunden af reaktoren være udformet til at være konisk eller elliptisk for at lette udledning og rensning af materialer; et styrerør er sat i reaktoren for at styre materialets strømningsretning og forbedre blandingsensartetheden.
Introduktion af ultralyd eller mekanisk vibration: Under omrøringsprocessen kan ultralyds- eller mekaniske vibrationsanordninger indføres for yderligere at forbedre blandings- og masseoverførselseffekterne af materialerne gennem energitilførsel. Ultralydsbølger kan producere kavitationseffekter, ødelægge agglomerater og gelkerner i materialerne og hæmme overdreven polymerisationsreaktioner; mekaniske vibrationer kan reducere vedhæftningen af materialer til omrørerskaftet og reaktorvæggen og forbedre ensartetheden af reaktionssystemet.
(IV) Tilsætning af stabilisatorer og inhibitorer
Stabilisatorernes rolle: Tilsætning af en passende mængde stabilisatorer, såsom organiske alkoholer (methanol, ethanol), polyoler (ethylenglycol, propylenglycol) eller polyethylenglycol, til den flydende kaliumsilicatopløsning. Disse stabilisatorer kan danne hydrogenbindinger med silicatanioner, hindre dannelsen af silicium-oxygenbindinger og dermed hæmme polymerisationsreaktionen. Mængden af tilsat stabilisator er normalt 0,5%-2% af opløsningens masse, og det optimale tilsætningsforhold skal bestemmes gennem eksperimenter.
Udvælgelse af inhibitorer: Til flydende kaliumsilikat med lavt modul (såsom M=2,20-2,40) kan der tilsættes en lille mængde surt salt (såsom kaliumdihydrogenphosphat, kaliumbicarbonat) som hæmmer. Syresalte kan neutralisere nogle hydroxidioner og passende reducere opløsningens pH-værdi, men mængden af tilsætning skal kontrolleres nøje for at undgå udfældning af silicakolloid på grund af for lav pH-værdi. Generelt set overstiger mængden af tilsat syresalt ikke 0,1 % af massen af kaliumoxid i opløsningen.
(V) Realtidsovervågning og processtyring
Online analyseteknologi: Brug online infrarøde spektrometre, viskosimeter og andre analytiske instrumenter til at overvåge sammensætningen, viskositeten, graden af polymerisation og andre parametre for reaktionssystemet i realtid. For eksempel kan infrarød spektroskopi detektere de karakteristiske absorptionstoppe af silicium-oxygenbindinger i realtid for at bestemme graden af polymerisation; viskosimeteret kan afspejle ændringerne i opløsningens fluiditet i realtid. Når viskositeten stiger unormalt, kan der træffes rettidige foranstaltninger for at justere procesparametrene.
Automatisk styring: Etabler et automatisk styringssystem baseret på PLC (programmerbar logisk styring) eller DCS (distribueret styringssystem), og medtag nøgleprocesparametre som temperatur, tryk, koncentration, pH-værdi, omrøringshastighed osv. i omfanget af automatisk styring. Gennem den forudindstillede kontrolalgoritme og tærskelværdi justeres driftsstatus for opvarmnings-/køleanordningen, fødepumpen, omrøreren og andet udstyr automatisk for at opnå stabil kontrol over produktionsprocessen og reducere indvirkningen af menneskelige betjeningsfejl på produktkvaliteten.
(VI) Efterbehandling og lagerstyring
Filtrering og klaring: Efter at reaktionen er afsluttet, filtreres den flydende kaliumsilicatopløsning for at fjerne uopløste urenhedspartikler og mulige gelpartikler. Plade- og rammefilter, centrifugalfilter eller membranfiltreringsudstyr kan bruges til at sikre produktets gennemsigtighed og renhed. Den filtrerede opløsning kan afklares yderligere, såsom statisk sedimentering eller tilsætning af flokkuleringsmidler for at fjerne bittesmå suspenderet stof.
Kontrol af opbevaringsforhold: Flydende kaliumsilikat bør opbevares i forseglede plastiktønder eller rustfri ståltanke for at undgå kontakt med luft. Opbevaringsmiljøet skal være køligt og tørt, med temperaturen kontrolleret inden for intervallet 5-30 ℃, undgå direkte sollys og højtemperaturmiljø. Under opbevaring kontrolleres produktkvaliteten regelmæssigt. Hvis der er tegn på gelering, skal det behandles eller skrottes i tide for at forhindre ukvalificerede produkter i at komme på markedet.
5. Praktisk erfaring
Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd, som en professionel producent af uorganiske siliciumprodukter, har akkumuleret rig erfaring i produktionsprocessen af flydende kaliumsilikat. Virksomheden er altid opmærksom på kontrol af produktkvalitet og har etableret et komplet kvalitetsstyringssystem ved at introducere avanceret produktionsudstyr og testinstrumenter. Med hensyn til at undgå overdreven polymerisation eller gelering af flydende kaliumsilicat har virksomheden truffet følgende foranstaltninger:
Streng råvarekontrol: Vælg kvartssand og kaliumhydroxid med høj renhed som råmaterialer, og opret langsigtede samarbejdsrelationer med leverandører af høj kvalitet for at sikre stabiliteten af råvarekvaliteten. Samtidig bliver hvert parti råvarer nøje inspiceret, inden det kommer ind på fabrikken, for at forhindre, at ukvalificerede råvarer sættes i produktion.
Optimeret produktionsproces: Den selvudviklede segmenterede temperaturkontrolreaktionsproces og effektive omrøringssystem er vedtaget for at opnå præcis kontrol af polymerisationsreaktionen. Gennem mange års procesoptimering kan virksomheden stabilt producere flydende kaliumsilikatprodukter med et modul på 2,20-2,40 og fremragende ydeevne.
Perfekte testmetoder: Udstyret med avancerede kemiske analyseinstrumenter og fysisk præstationstestudstyr overvåges og analyseres hvert led i produktionsprocessen i realtid. For eksempel ved at måle Baume-graden, densiteten, silicaindholdet, kaliumoxidindholdet og andre indikatorer for løsningen, kan procesparametrene justeres i tide for at sikre, at produktkvaliteten lever op til standardkravene.
Personlige løsninger: I henhold til kundernes forskellige behov kan virksomheden levere tilpassede flydende kaliumsilikatprodukter og -løsninger. I processen med at kommunikere med kunder vil virksomhedens tekniske personale fuldt ud forstå kundens applikationsscenarier og ydeevnekrav, anbefale passende produktmodeller til kunder og yde professionel teknisk support til at hjælpe kunder med at løse problemer, der opstår under brug.
