1. Egenskaper og bruksbakgrunn for flytende kaliumsilikat
Som en viktig uorganisk silisiumforbindelse spiller flytende kaliumsilikat en nøkkelrolle på mange felt på grunn av dets unike kjemiske egenskaper. Med HLKL-1 flytende kaliumsilikat produsert av Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd som et eksempel, er modulen 2,20-2,40. Den har egenskapene til høy gjennomsiktighet og sterk alkalitet. Det er mye brukt i uorganiske belegg, kaliumgjødsel, katalysatorer, såpefyllinger, ildfaste materialer og andre felt. I produksjonsprosessen er nøkkelen til å sikre produktkvalitet å unngå overdreven polymerisering eller gelering, som ikke bare er relatert til ytelsesstabiliteten til produktet, men også direkte påvirker produksjonseffektiviteten og markedskonkurranseevnen til bedriften.
2. Grunnleggende prinsipper for polymerisering og gelering av flytende kaliumsilikat
(I) Polymerisasjonsreaksjonsmekanisme
Hovedkomponenten i flytende kaliumsilikat er kaliumsilikat (K₂O・nSiO₂・mH2O), og det er komplekse silikatanioner i den vandige løsningen. Under visse forhold vil disse anionene gjennomgå polymerisering gjennom dannelse av silisium-oksygenbindinger (Si-O-Si) for å danne polysilikater med ulik grad av polymerisering. Modulen (M) er en viktig indikator for å måle forholdet mellom mengden silisiumdioksid og kaliumoksid i kaliumsilikat. For flytende kaliumsilikat med en modul på 2,20-2,40, er polymeriseringsgraden av silisium-oksygentetraederet på et middels nivå, og kontrollerbarheten til polymerisasjonsreaksjonen er avgjørende.
(II) Årsaker til geldannelse
Gelering er et resultat av overdreven polymerisering. Når molekylkjedene til polysilikater fortsetter å vokse og tverrbindes for å danne en tredimensjonal nettverksstruktur, vil systemet endre seg fra væske til gel. Denne prosessen påvirkes vanligvis av en kombinasjon av faktorer, inkludert temperatur, konsentrasjon, pH-verdi, urenhetsinnhold og omrøringsforhold. Så snart geldannelse inntreffer, vil flyten og ytelsen til flytende kaliumsilikat bli kraftig redusert, og kan til og med ikke oppfylle kravene til kundenes bruksområde.
3. Nøkkelfaktorer som påvirker polymerisering og geldannelse under produksjon
(I) Råvarens renhet og forhold
Silisiumdioksidråmaterialer: Renheten til silisiumdioksidråmaterialer (som kvartssand) som brukes til å produsere flytende kaliumsilikat påvirker direkte kvaliteten på produktet. Hvis råvarene inneholder urenheter som jern, aluminium og kalsium, kan disse urenhetene fungere som katalysatorer eller tverrbindingssentre for polymerisasjonsreaksjoner, akselerere polymerisasjonsreaksjonen og øke risikoen for geldannelse. For eksempel vil for høyt jerninnhold (som mer enn 0,01%) redusere stabiliteten til flytende kaliumsilikat betydelig. Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd kontrollerer strengt jerninnholdet ≤0,01% under produksjonsprosessen basert på denne vurderingen.
Forholdet mellom kaliumoksid og silisiumdioksid: Nøyaktig kontroll av modulen er kjernen i å produsere kvalifisert flytende kaliumsilikat. Beregningen av modul er basert på forholdet mellom mengden kaliumoksid (K2O) og silisiumdioksid (SiO2). Hvis forholdet er unøyaktig, kan ladningsbalansen til silisium-oksygen-tetraeder i systemet bli ødelagt, og derved indusere unormal polymerisasjon. Under produksjonsprosessen kreves presis måling og kjemisk reaksjonskontroll for å sikre at modulen er innenfor målområdet 2,20-2,40.
(II) Reaksjonstemperatur og tid
Påvirkning av temperatur: Temperatur er en viktig faktor som påvirker polymerisasjonsreaksjonshastigheten. Å øke temperaturen vil akselerere den molekylære bevegelseshastigheten og øke sjansen for kollisjon mellom reaktantmolekyler, og derved akselerere polymerisasjonsreaksjonen. I fremstillingsprosessen av flytende kaliumsilikat, hvis høytemperatur- og høytrykksreaksjonsprosessen tas i bruk, hvis temperaturen ikke er riktig kontrollert, kan polymerisasjonsreaksjonen være ute av kontroll, og polysilikater med høy molekylvekt kan raskt genereres, og til og med geldannelse kan forekomme. For eksempel, når reaksjonstemperaturen overstiger 120 °C, kan polymerisasjonsreaksjonshastigheten øke kraftig, og spesiell oppmerksomhet bør rettes mot sanntidsovervåking og temperaturregulering.
Kontroll av reaksjonstid: Reaksjonstiden er nært knyttet til graden av polymerisering. Ved en viss temperatur øker polymerisasjonsgraden gradvis med forlengelse av reaksjonstiden. Hvis reaksjonstiden er for lang, vil molekylkjeden av polysilikat fortsette å vokse og til slutt danne en gel. Derfor er det nødvendig å bestemme den optimale reaksjonstiden gjennom eksperimenter for å sikre at silikaen reagerer fullt ut samtidig som man unngår overdreven polymerisering. For flytende kaliumsilikat med en modul på 2,20-2,40, må reaksjonstiden vanligvis kontrolleres innenfor området 8-12 timer. Den spesifikke tiden må justeres i henhold til reaksjonsutstyret og råmaterialets egenskaper.
(III) Løsningskonsentrasjon og pH-verdi
Effekt av konsentrasjon: Jo høyere konsentrasjon av flytende kaliumsilikatløsning, jo større konsentrasjon av silikatanioner per volumenhet, jo større er sannsynligheten for intermolekylær kollisjon, og jo raskere er polymerisasjonsreaksjonshastigheten. Når konsentrasjonen overstiger en viss terskel (som Baume større enn 46,0), øker viskositeten til systemet betydelig, masseoverføringen og varmeoverføringseffektiviteten reduseres, og det er lett å forårsake lokal overoppheting og ujevn polymerisasjonsreaksjon, som igjen utløser geldannelse. Baume-graden av HLKL-1 flytende kaliumsilikat produsert av Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd er kontrollert til 44,0-46,0, som er i et relativt trygt konsentrasjonsområde, men det er fortsatt nødvendig å følge nøye med på endringer i konsentrasjonen under produksjonsprosessen.
pH-verdiregulering: Kaliumsilikatløsning er sterkt alkalisk, og pH-verdien vil påvirke eksistensformen av silikatanioner. Under høye pH-forhold eksisterer silikatanioner hovedsakelig i form av monomerer eller oligomerer, og polymerisasjonsreaksjonshastigheten er langsom; når pH-verdien synker, synker dissosiasjonsgraden av silikat, og silikatkolloide partikler dannes lett. Disse partiklene vil tjene som kjernen i polymerisasjonsreaksjonen og fremme dannelsen og tverrbindingen av polysilikat. Derfor, under produksjonsprosessen, er det nødvendig å holde pH-verdien til systemet stabil ved å tilsette alkaliske stoffer som kaliumhydroksid. Generelt kontrolleres pH-verdien mellom 12-13 for å hemme overdreven polymerisering.
(IV) Omrørings- og masseoverføringseffekt
Omrøring er et viktig middel for å sikre ensartethet i reaksjonssystemet. I produksjonsprosessen av flytende kaliumsilikat, hvis omrøringen ikke er tilstrekkelig, kan råvarekonsentrasjonen, temperaturen og pH-verdien i lokalområdet være ujevn, og derved forårsake lokal overdreven polymerisering. For eksempel, i det døde hjørnet av reaktoren eller i nærheten av rørerøret, kan materialretensjon og overreaksjon forekomme, som danner en gelkjerne og gradvis sprer seg til hele systemet. Derfor er det nødvendig å velge en passende omrørertype og omrøringshastighet for å sikre at materialene er fullstendig blandet under reaksjonsprosessen og forbedre masseoverføringen og varmeoverføringseffektiviteten. Vanligvis brukes en ankerrører eller skovlrører, og rørehastigheten styres til 30-60 rpm for å balansere blandeeffekten og energiforbruket.
(V) Urenheter og katalysatorer
I tillegg til urenhetene i råvarene, vil valg av produksjonsutstyrsmaterialer også introdusere urenheter. For eksempel, hvis reaktoren er laget av vanlig karbonstål, under sterke alkaliske forhold, kan jernioner oppløses og komme inn i løsningen, og akselerere polymerisasjonsreaksjonen. Derfor brukes vanligvis rustfritt stål eller emaljereaktorer for å redusere innføringen av urenheter. I tillegg kan visse metallioner (som natriumioner og kalsiumioner) fungere som katalysatorer for å fremme polymerisasjonsreaksjoner og må fjernes så mye som mulig under forbehandling og produksjon av råstoff.
4. Viktige tekniske tiltak for å unngå overdreven polymerisering eller geldannelse
(I) Råvareforbehandling og kvalitetskontroll
Velg råmaterialer med høy renhet: velg kvartssand med lavt innhold av urenheter som jern og aluminium som silikaråmaterialer, og utfør strenge kjemiske analyser på råvarene for å sikre at renheten deres oppfyller produksjonskravene. Bruk samtidig høykvalitets kaliumhydroksid eller kaliumkarbonat som kaliumkilde for å unngå innføring av urenheter.
Kontroller råvareforholdet nøyaktig: Bruk avansert måleutstyr (som elektroniske vekter, strømningsmålere) for nøyaktig å kontrollere tilførselsmengden av kaliumoksid og silisiumdioksid for å sikre at modulen er innenfor målområdet. Under produksjonsprosessen kan online analytiske instrumenter brukes til å overvåke modulen og konsentrasjonen av løsningen i sanntid, og justere råvareforholdet i tid.
(II) Optimaliser reaksjonsprosessparametere
Segmentert temperaturkontrollprosess: Bruk en segmentert temperaturkontrollstrategi for å øke temperaturen (for eksempel 100-110 ℃) ved begynnelsen av reaksjonen for å akselerere oppløsningen og den første polymerisasjonsreaksjonen av silisiumdioksid; i midtre og sene stadier av reaksjonen, reduser temperaturen gradvis (som 80-90 ℃) for å redusere polymerisasjonsreaksjonshastigheten og unngå overpolymerisering. På denne måten kan polymerisasjonsgraden kontrolleres bedre samtidig som reaksjonseffektiviteten sikres.
Kontroller reaksjonstiden strengt: I henhold til egenskapene til råvarene og ytelsen til reaksjonsutstyret, bestemmes det optimale reaksjonstidsvinduet gjennom eksperimenter. Under produksjonsprosessen, sett opp et tidsrelé eller automatisk kontrollsystem for å sikre at reaksjonstiden er nøyaktig kontrollerbar og unngå overdreven reaksjonstid på grunn av menneskelige driftsfeil.
Kontrollløsningens konsentrasjon og pH-verdi: Under reaksjonsprosessen, overvåk regelmessig Baume-graden og pH-verdien til løsningen, og juster dem ved å tilsette avionisert vann eller kaliumhydroksidløsning. Når Baume-graden er nær den øvre grensen (46,0), tilsett avionisert vann for å fortynne det i tide; når pH-verdien er lavere enn 12, tilsett en passende mengde kaliumhydroksidløsning for å opprettholde det alkaliske miljøet i systemet.
(III) Styrke omrøring og utstyrsdesign
Optimaliser røresystemet: I henhold til reaktorens volum og materialegenskaper, velg passende type og installasjonsposisjon for røreverket. For store reaktorer kan f.eks. flerlags røresko eller kombinerte røreverk (som turbinrøreverk på det øvre laget og ankerrørere på det nedre laget) brukes for å forbedre blandingseffekten av materialer i forskjellige områder. Samtidig er hastigheten og retningen til rørepadlen rimelig utformet for å unngå virvler og materialretensjon.
Forbedre strukturen til reaktoren: Bruk en reaktordesign med en jevn innervegg og ingen døde hjørner for å redusere vedheft og retensjon av materialer på reaktorveggen. For eksempel kan bunnen av reaktoren utformes til å være konisk eller elliptisk for å lette tømming og rengjøring av materialer; et styrerør er satt inn i reaktoren for å styre strømningsretningen til materialet og forbedre blandeensartetheten.
Introduserer ultralyd eller mekanisk vibrasjon: Under røreprosessen kan ultralyd eller mekanisk vibrasjon introduseres for ytterligere å forbedre blandings- og masseoverføringseffektene til materialene gjennom energitilførsel. Ultralydbølger kan produsere kavitasjonseffekter, ødelegge agglomerater og gelkjerner i materialene og hemme overdreven polymerisasjonsreaksjoner; mekaniske vibrasjoner kan redusere adhesjonen av materialer til rørerøret og reaktorveggen, og forbedre ensartetheten til reaksjonssystemet.
(IV) Tilsetning av stabilisatorer og inhibitorer
Rollen til stabilisatorer: Tilsetning av en passende mengde stabilisatorer, som organiske alkoholer (metanol, etanol), polyoler (etylenglykol, propylenglykol) eller polyetylenglykol, til den flytende kaliumsilikatløsningen. Disse stabilisatorene kan danne hydrogenbindinger med silikatanioner, hindre dannelsen av silisium-oksygenbindinger og dermed hemme polymerisasjonsreaksjonen. Mengden stabilisator som tilsettes er vanligvis 0,5 %-2 % av løsningens masse, og det optimale tilsetningsforholdet må bestemmes gjennom eksperimenter.
Valg av inhibitorer: For flytende kaliumsilikat med lav modul (som M=2,20-2,40) kan en liten mengde surt salt (som kaliumdihydrogenfosfat, kaliumbikarbonat) tilsettes som hemmer. Syresalter kan nøytralisere noen hydroksidioner og hensiktsmessig redusere pH-verdien til løsningen, men mengden tilsetning må kontrolleres strengt for å unngå utfelling av silikakolloid på grunn av for lav pH-verdi. Generelt sett overstiger ikke mengden syresalt som tilsettes 0,1 % av massen av kaliumoksid i løsningen.
(V) Sanntidsovervåking og prosesskontroll
Online analyseteknologi: Bruk online infrarøde spektrometre, viskosimeter og andre analytiske instrumenter for å overvåke sammensetningen, viskositeten, graden av polymerisering og andre parametere til reaksjonssystemet i sanntid. For eksempel kan infrarød spektroskopi oppdage de karakteristiske absorpsjonstoppene til silisium-oksygenbindinger i sanntid for å bestemme graden av polymerisering; viskosimeteret kan reflektere endringene i løsningens fluiditet i sanntid. Når viskositeten øker unormalt, kan det tas rettidige tiltak for å justere prosessparametrene.
Automatisk kontrollsystem: Etabler et automatisk kontrollsystem basert på PLC (programmerbar logisk kontroller) eller DCS (distribuert kontrollsystem), og inkluderer nøkkelprosessparametere som temperatur, trykk, konsentrasjon, pH-verdi, rørehastighet osv. inn i omfanget av automatisk kontroll. Gjennom den forhåndsinnstilte kontrollalgoritmen og terskelen justeres driftsstatusen til varme-/kjøleenheten, matepumpen, agitatoren og annet utstyr automatisk for å oppnå stabil kontroll over produksjonsprosessen og redusere innvirkningen av menneskelige operasjonsfeil på produktkvaliteten.
(VI) Etterbehandling og lagringsstyring
Filtrering og klaring: Etter at reaksjonen er fullført, filtreres den flytende kaliumsilikatløsningen for å fjerne uoppløste urenhetspartikler og mulige gelpartikler. Plate- og rammefilter, sentrifugalfilter eller membranfiltreringsutstyr kan brukes for å sikre gjennomsiktigheten og renheten til produktet. Den filtrerte løsningen kan klargjøres ytterligere, for eksempel statisk sedimentering eller tilsetning av flokkuleringsmidler for å fjerne bittesmå suspendert materiale.
Kontroll av lagringsforhold: Flytende kaliumsilikat bør lagres i forseglede plastfat eller rustfrie ståltanker for å unngå kontakt med luft. Oppbevaringsmiljøet skal være kjølig og tørt, med temperaturen kontrollert innenfor området 5-30 ℃, unngå direkte sollys og høytemperaturmiljø. Under lagring blir produktkvaliteten regelmessig inspisert. Hvis det er tegn til geldannelse, bør det behandles eller kasseres i tide for å forhindre at ukvalifiserte produkter kommer inn på markedet.
5. Praktisk erfaring
Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd, som en profesjonell produsent av uorganiske silisiumprodukter, har samlet rik erfaring i produksjonsprosessen av flytende kaliumsilikat. Selskapet legger alltid vekt på kontroll av produktkvalitet, og har etablert et komplett kvalitetsstyringssystem ved å introdusere avansert produksjonsutstyr og testinstrumenter. Når det gjelder å unngå overdreven polymerisering eller gelering av flytende kaliumsilikat, har selskapet tatt følgende tiltak:
Streng råvarekontroll: Velg kvartssand og kaliumhydroksid med høy renhet som råvarer, og etablere langsiktige samarbeidsforhold med leverandører av høy kvalitet for å sikre stabiliteten til råvarekvaliteten. Samtidig blir hvert parti med råvarer strengt inspisert før det kommer inn i fabrikken for å forhindre at ukvalifiserte råvarer settes i produksjon.
Optimalisert produksjonsprosess: Den egenutviklede segmenterte temperaturkontrollreaksjonsprosessen og det effektive røresystemet er tatt i bruk for å oppnå presis kontroll av polymerisasjonsreaksjonen. Gjennom år med prosessoptimalisering kan selskapet stabilt produsere flytende kaliumsilikatprodukter med en modul på 2,20-2,40 og utmerket ytelse.
Perfekte testmetoder: Utstyrt med avanserte kjemiske analyseinstrumenter og utstyr for fysisk ytelsestesting, blir hver kobling i produksjonsprosessen overvåket og analysert i sanntid. For eksempel, ved å måle Baume-graden, tettheten, silikainnholdet, kaliumoksidinnholdet og andre indikatorer for løsningen, kan prosessparametrene justeres i tide for å sikre at produktkvaliteten oppfyller standardkravene.
Personlige løsninger: I henhold til kundenes ulike behov, kan selskapet tilby tilpassede flytende kaliumsilikatprodukter og løsninger. I prosessen med å kommunisere med kunder vil selskapets tekniske personell fullt ut forstå kundens applikasjonsscenarier og ytelseskrav, anbefale passende produktmodeller til kunder og gi profesjonell teknisk støtte for å hjelpe kunder med å løse problemer som oppstår under bruk.
