1. Karakteristika for flydende kaliumsilicat og analyse af uopløselige kilder
Som et af de vigtige produkter fra Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd., er flydende kaliumsilikat (modulus 3,10-3,40) meget udbredt i uorganiske vandbaserede belægninger, gulvhærdningsmidler, svejsestavklæbemidler og andre områder på grund af dets fremragende ydeevne (såsom gennemsigtighed og stærk alkalinitet). Men hvis der er uopløselige stoffer i produktet, vil det ikke kun påvirke dets udseendekvalitet, men det kan også have en negativ indvirkning på ydeevnen af downstream-applikationer, såsom tilstopning af malingsdysen og reducere ensartetheden af klæbemidlet. Derfor er reduktion af det uopløselige indhold et nøgleled til at forbedre produktkvaliteten.
Fra perspektivet af kemisk sammensætning og produktionsproces kommer de uopløselige stoffer i flydende kaliumsilicat med modul (M): 3,10-3,40 hovedsageligt fra følgende aspekter:
Råvareurenheder: De vigtigste råmaterialer til fremstilling af kaliumsilikat er kvartssand (indeholdende SiO₂), kaliumhydroxid (KOH) osv. Hvis kvartssandet indeholder urenhedsmineraler som Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO (såsom feldspat, glimmer og lignende), såsom feldspat, glimmer og lignende. sulfater, kan disse urenheder muligvis ikke deltage fuldt ud i reaktionen under højtemperatursmeltning eller væskefasereaktion, hvilket danner uopløselige rester.
Ufuldstændige reaktionsprodukter: Kaliumsilicat fremstilles normalt ved at smelte kvartssand og kaliumhydroxid ved høj temperatur (tør metode) eller væskefasereaktion under trykforhold (våd metode). Hvis procesparametrene såsom reaktionstemperatur, tryk og tid ikke er korrekt kontrolleret, er kvartssandet muligvis ikke fuldstændigt opløst og danner uomsatte SiO2-partikler.
Produktionsprocesforurening: Korrosionsprodukter (såsom jernoxider) på indervæggen af produktionsudstyr (såsom reaktorer og rørledninger), mekaniske urenheder (såsom støv og metalaffald) blandet ind under transporten, og forurenende stoffer i produktionsmiljøet kan indføre uopløselige stoffer.
Ændringer i opbevaring og transport: Hvis flydende kaliumsilikat under opbevaring kommer i kontakt med CO₂ i luften, kan der forekomme karbonatisering og danne K₂CO3- og SiO₂-udfældninger; desuden, hvis lagerbeholdermaterialet reagerer kemisk med produktet, kan der også dannes uopløseligt materiale.
2. Tekniske veje til at reducere indholdet af uopløseligt stof
(I) Råvareoptimering og forbehandling
Vælg råvarer med høj renhed
Kvartssand: Vælg kvartssand med høj renhed med et SiO₂-indhold på ≥99% for at reducere indholdet af urenheder såsom Fe₂O₃ (≤0,01%) og Al₂O₃ (≤0,05%). Fjern f.eks. ferromagnetiske urenheder i kvartssand gennem magnetisk adskillelse, eller brug bejdsning (såsom flussyrebehandling) til at fjerne metaloxider knyttet til overfladen.
Kaliumhydroxid: Brug industriel grad 1 (renhed ≥ 85 %), og kontroller nøje dets carbonat (≤ 1,0 % i forhold til K₂CO₃) og sulfat (≤ 0,1 % i forhold til K₂SO₄). Kaliumhydroxid kan renses yderligere ved omkrystallisationsproces for at reducere tilførslen af urenheder.
Råvareforbehandlingsproces
Knusning og klassificering af kvartssand: Knus kvartssandet til en passende partikelstørrelse (såsom D90 ≤ 50 μm) for at øge reaktionskontaktområdet. Fjern samtidig grove partikler og urenhedsmineraler ved screening eller luftstrømsklassificering for at sikre ensartetheden af råmaterialets partikelstørrelse.
Optimering af kaliumhydroxidopløsning: Når du opløser kaliumhydroxid, skal du bruge deioniseret vand og kontrollere opløsningstemperaturen (såsom 60-80 ℃) og omrøringshastigheden (såsom 200-300 r/min) for at sikre fuldstændig opløsning og undgå resterende uopløste partikler.
(II) Optimering af produktionsprocesparametre
Optimering af våd proces (med væskefasemetoden som eksempel)
Reaktionstemperatur og tryk: Kaliumsilikat med et modul på 3,10-3,40 fremstilles sædvanligvis ved væskefasereaktion under tryk. Undersøgelser har vist, at når reaktionstemperaturen stiger fra 120 ℃ til 150 ℃, og trykket stiger fra 0,3 MPa til 0,6 MPa, kan opløsningshastigheden af kvartssand øges med 30 %-50 %, hvilket reducerer uomsatte SiO₂-partikler betydeligt. Det anbefales at kontrollere reaktionstemperaturen ved 140-150 ℃, holde trykket på 0,5-0,6 MPa og forlænge reaktionstiden til 4-6 timer for at sikre, at kvartssandet er helt opløst.
Materialeforhold: Kontroller strengt molforholdet (modulus) af KOH og SiO₂. For produkter med et målmodul på 3,10-3,40 er det teoretiske molforhold (K2O:SiO2) 1:3,10-1:3,40. Ved faktisk produktion kan andelen af KOH passende øges (såsom 5%-10% overskud) for at fremme opløsningen af SiO2, men overdreven KOH bør undgås for at få produktet til at være for basisk og øge omkostningerne.
Omrøringsintensitet og metode: Der anvendes en kombination af en ankeromrører og en turbineomrører. I det tidlige trin af reaktionen (0-2 timer) bruges en høj hastighed (såsom 400 r/min) til at øge masseoverførslen. I det senere trin (2-6 timer) reduceres hastigheden til 200r/min for at undgå overdreven omrøring, hvilket fører til øget energiforbrug og udstyrsslitage og urenheder.
Tør procesoptimering (smeltemetode)
Smeltetemperatur og tid: Den tørre reaktion kræver, at kvartssand og kaliumhydroxid smeltes ved høj temperatur (normalt ≥300℃). Forøgelse af smeltetemperaturen til 350-400 ℃ og forlængelse af isoleringstiden til 2-3 timer kan gøre reaktionen mere komplet. For eksempel ved 380 ℃ i 2,5 timer kan konverteringsraten for kvartssand nå mere end 98%, hvilket reducerer det uopløselige indhold betydeligt.
Valg af smelteudstyr: Brug en smelteovn foret med korund eller kvarts for at reducere den kemiske reaktion mellem udstyrsmaterialet og reaktanterne (såsom opløsning af jern). Rengør samtidig fastgørelserne på ovnvæggen regelmæssigt for at undgå ophobning af urenheder.
(III) Oprensnings- og separationsteknologi
Filtreringsproces
Flertrins filtreringskombination:
Foreløbig filtrering: Efter at reaktionsvæsken er afkølet, bruges et plade- og rammefilter (filterdugmateriale er polypropylen, porestørrelse 20-50μm) til at fjerne større partikelurenheder (såsom ureageret kvartssand, udstyrskorrosionsprodukter).
Finfiltrering: Finfiltrering udføres gennem membranfiltreringsteknologi (såsom keramisk membran eller organisk membran). Keramisk membran (porestørrelse 0,1-0,5μm) kan tilbageholde mere end 99% af uopløseligt stof, og er modstandsdygtig over for høje temperaturer og har god kemisk stabilitet. Den er velegnet til stærkt alkalisk kaliumsilikatopløsning. For eksempel kan brug af en keramisk membran med en porestørrelse på 0,2μm og filtrering ved et tryk på 0,2-0,3MPa effektivt fjerne uopløselige partikler i mikronstørrelse.
Anvendelse af filterhjælpemidler: Tilsæt en passende mængde filterhjælpemidler (såsom diatoméjord og perlit) før filtrering. Dens porøse struktur kan absorbere små partikler og forbedre filtreringseffektiviteten og klarheden. Mængden af tilsat filterhjælp er normalt 0,5%-1,0% af massen af fødevæsken, og de specifikke parametre skal optimeres gennem eksperimenter.
Centrifugalseparation: Til kaliumsilikatopløsninger med lav viskositet (såsom fortyndede opløsninger i intervallet 34,0-37,0 grader Baume) kan en skiveseparator bruges til centrifugalseparation. Centrifugalhastigheden styres til 3000-5000r/min, og centrifugaltiden er 10-20 minutter, hvilket effektivt kan adskille uopløselige partikler med højere densitet (såsom jernspåner og mudder).
Ionbytning og adsorption:
Hvis det uopløselige stof indeholder metalioner (såsom Fe³, Al³), kan det fjernes med ionbytterharpiks. For eksempel kan brugen af stærk sur kationbytterharpiks (såsom styrensulfonsyreharpiks) adsorbere kationer såsom Fe³ og Al³ i opløsningen, reducere indholdet af metalurenheder og reducere udfældningen af hydroxider forårsaget af hydrolyse af metalioner.
Adsorption af aktivt kul: Tilsæt 0,1%-0,3% aktivt kul (specifik overfladeareal ≥1000m²/g) til opløsningen, omrør og adsorbér i 30-60 minutter ved 50-60℃, hvilket kan fjerne pigmenter, organisk materiale og nogle metalioner og forbedre opløsningens gennemsigtighed.
(IV) Kontrol af udstyr og produktionsmiljø
Opgradering af udstyrsmateriale: Udstyr, der kommer i kontakt med materialer, såsom reaktorer, rørledninger, lagerbeholdere osv., er lavet af rustfrit stål (såsom 316L), glasforing eller polytetrafluorethylen for at undgå dannelse af urenheder såsom Fe² og Fe³ på grund af korrosion af almindeligt kulstofstål. For eksempel er korrosionshastigheden af rustfrit stål kun 1/100 af kulstofstål, hvilket kan reducere det uopløselige stof, der indføres ved udstyrsslid, markant.
Produktionsmiljøets renhedskontrol: Støvtætte faciliteter (såsom luftrensningssystemer) er sat op i processerne med batching, reaktion, filtrering osv., og epoxyharpiksbelægning bruges på værkstedsgulvet for at reducere støvforurening. Operatører er nødt til at bære støvfrit arbejdstøj og handsker for at undgå indføring af urenheder fra mennesker.
Rengøring og vedligeholdelse af udstyr: Etabler strenge procedurer for rengøring af udstyr. Efter hver produktion skylles reaktoren og rørledningerne med deioniseret vand for at sikre, at der ikke er materialerester. Udfør regelmæssigt kemisk rensning (såsom brug af fortyndet alkaliopløsning eller citronsyreopløsning) på filtreringsudstyret (såsom membrankomponenter) for at genoprette filtreringsydelsen og undgå, at urenheder blokerer filterhullerne.
(V) Opbevaring og transportproceskontrol
Valg af opbevaringsbeholder: Brug forseglede plastiktønder (såsom HDPE-tønder) eller rustfri ståltanke til at opbevare flydende kaliumsilikat, og undgå at bruge ætsende beholdere såsom jerntønder. Opbevaringsmiljøet skal være køligt og tørt, væk fra sure gasser (såsom CO₂, SO₂) for at forhindre produktkarbonatisering.
Transportprocesbeskyttelse: Transportkøretøjet skal være rent og tørt for at undgå blanding med andre kemikalier. Træf skyggeforanstaltninger under transport om sommeren for at forhindre høj temperatur i at forårsage fordampning eller forringelse af produktet; vær opmærksom på varmekonservering om vinteren for at forhindre opløsningen i at fryse og forårsage strukturelle skader og nedbør.
Administration af opbevaringsperiode: Produktets opbevaringsperiode er normalt ikke mere end 6 måneder, og det uopløselige indhold skal testes igen efter perioden. Hvis der konstateres nedbør, kan det filtreres eller genopvarmes for at opløses (såsom opvarmning til 60-80 ℃ og omrøring) før brug.
3. Kvalitetsinspektion og procesovervågning
(I) Inspektionsmetoder og standarder
Bestemmelse af uopløseligt indhold: Se GB/T 26524-2011 "Industrial Kalium Silikat" standard og brug vægtmetoden til bestemmelse. De specifikke trin er: Tag en vis mængde prøve, filtrer den med kvantitativt filterpapir, vask resten med varmt vand, indtil der ikke er nogen kaliumion (test med natriumtetraphenylboratopløsning), tør den til konstant vægt, og beregn massefraktionen af uopløseligt stof. Målet er at kontrollere det uopløselige indhold til ≤0,1 % (massefraktion).
Andre indikatorer relateret detektion: Overvåg samtidig produktets Baume-grad, densitet, silicaindhold, kaliumoxidindhold, modulus og andre indikatorer for at sikre, at produktets primære ydeevne ikke påvirkes, mens det uopløselige stof reduceres. Hvis f.eks. filtreringsprocessen får SiO2-indholdet til at falde, kan det kompenseres ved at justere forholdet mellem reaktionsmaterialerne.
(II) Procesovervågningssystem
Inspektion af råmaterialer, der kommer ind på fabrikken: Når hver batch af kvartssand og kaliumhydroxid kommer ind på fabrikken, testes dets urenhedsindhold (såsom Fe₂O₃, Al₂O₃, carbonat osv.). Ukvalificerede råvarer er strengt forbudt at blive sat i produktion.
Online overvågning: pH-sensorer, temperatursensorer og tryksensorer er installeret i reaktoren for at overvåge reaktionsprocessen i realtid. Når pH-værdien eller temperaturen afviger fra det indstillede område, afgives en automatisk alarm, og procesparametrene justeres.
Mellemproduktdetektion: Efter at reaktionen er afsluttet, udtages prøver før filtrering for at påvise det uopløselige indhold. Hvis det overstiger standarden, skal det genfiltreres eller returneres til ovnen for reaktion. Efter filtrering og før emballering udtages prøver igen til test for at sikre, at det færdige produkt lever op til kvalitetskravene.
4. Praktisk grundlag og fordele
Som en virksomhed, der er specialiseret i produktion af uorganiske siliciumprodukter, har Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd en unik teknisk akkumulering i reguleringen af kolloid silica og silikatmikrostruktur, hvilket giver teoretisk støtte til optimering af produktionsprocessen af flydende kaliumsilikat. Virksomhedens eksisterende produktionslinjer har højeffektiv produktionskapacitet og kan hurtigt reagere på procesoptimeringsbehov, såsom justering af reaktorens omrøringssystem eller indførelse af membranfiltreringsudstyr for at opnå præcis kontrol af det uopløselige indhold.
Derudover har virksomheden fokus på kundetilpassede produktløsninger. I den tekniske forskning og udvikling for at reducere det uopløselige indhold kan det kombinere forskellige kunders anvendelsesbehov (såsom de høje krav til gennemsigtighed i belægningsindustrien og støberiindustriens følsomhed over for urenheder) for at give målrettede forslag til procesjustering. På samme tid, der er afhængig af en lang række markedsapplikationsscenarier (der dækker elektronik, beklædning, papirfremstilling og andre områder), kan virksomheden løbende forbedre produktionsprocessen gennem downstream-feedback, der danner en god cyklus af "R&D - produktion - applikation - optimering".
