1. Kjennetegn på flytende kaliumsilikat og analyse av uløselige kilder
Som et av de viktige produktene til Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd., er flytende kaliumsilikat (modul 3.10-3.40) mye brukt i uorganiske vannbaserte belegg, gulvherdere, sveisestavlim og andre felt på grunn av dens utmerkede ytelse (som gjennomsiktighet og sterk alkalitet). Men hvis det er uløselige stoffer i produktet, vil det ikke bare påvirke utseendets kvalitet, men det kan også ha en negativ innvirkning på ytelsen til nedstrømsapplikasjoner, for eksempel tilstopping av malingsmunnstykket og redusere jevnheten til limet. Derfor er reduksjon av det uløselige innholdet en nøkkelledd for å forbedre produktkvaliteten.
Fra perspektivet til kjemisk sammensetning og produksjonsprosess kommer de uløselige stoffene i flytende kaliumsilikat med modul (M): 3,10-3,40 hovedsakelig fra følgende aspekter:
Råstoffurenheter: Hovedråvarene for produksjon av kaliumsilikat er kvartssand (inneholdende SiO₂), kaliumhydroksid (KOH), etc. Dersom kvartssanden inneholder urenheter som Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO (som feltspat, glimmer, etc.), som inneholder f.eks. sulfater, kan disse urenhetene ikke være i stand til å delta fullt ut i reaksjonen under høytemperatursmelting eller væskefasereaksjon, og danner uløselige rester.
Ufullstendige reaksjonsprodukter: Kaliumsilikat fremstilles vanligvis ved å smelte kvartssand og kaliumhydroksid ved høy temperatur (tørrmetode) eller væskefasereaksjon under trykkforhold (våtmetode). Hvis prosessparametrene som reaksjonstemperatur, trykk og tid ikke er riktig kontrollert, kan det hende at kvartssanden ikke blir fullstendig oppløst, og danner ureagerte SiO2-partikler.
Produksjonsprosessforurensning: Korrosjonsprodukter (som jernoksider) på den indre veggen av produksjonsutstyr (som reaktorer og rørledninger), mekaniske urenheter (som støv og metallrester) blandet inn under transport, og forurensninger i produksjonsmiljøet kan introdusere uløselige stoffer.
Endringer i lagring og transport: Under lagring, hvis flytende kaliumsilikat kommer i kontakt med CO₂ i luften, kan karbonatisering forekomme og generere K₂CO₃- og SiO₂-utfellinger; i tillegg, hvis lagringsbeholdermaterialet reagerer kjemisk med produktet, kan det også produseres uløselig materiale.
2. Tekniske veier for å redusere innholdet av uløselig materiale
(I) Råvareoptimalisering og forbehandling
Velg råvarer med høy renhet
Kvartssand: Velg kvartssand med høy renhet med et SiO₂-innhold på ≥99 % for å redusere innholdet av urenheter som Fe₂O₃ (≤0,01%) og Al₂O₃ (≤0,05%). Fjern for eksempel ferromagnetiske urenheter i kvartssand gjennom magnetisk separasjon, eller bruk beising (som flussyrebehandling) for å fjerne metalloksider festet til overflaten.
Kaliumhydroksid: Bruk industriell klasse én (renhet ≥ 85%), og kontroller strengt karbonatet (≤ 1,0 % i form av K₂CO₃) og sulfat (≤ 0,1 % i form av K₂SO₄). Kaliumhydroksid kan renses ytterligere ved omkrystalliseringsprosess for å redusere innføringen av urenheter.
Råvareforbehandlingsprosess
Knusing og klassifisering av kvartssand: knus kvartssanden til en passende partikkelstørrelse (som D90 ≤ 50μm) for å øke reaksjonskontaktområdet. Fjern samtidig grove partikler og urenhetsmineraler ved siling eller luftstrømklassifisering for å sikre ensartet partikkelstørrelse på råmaterialet.
Optimalisering av kaliumhydroksidoppløsning: Når du løser opp kaliumhydroksid, bruk avionisert vann og kontroller oppløsningstemperaturen (som 60-80 ℃) og rørehastigheten (som 200-300 r/min) for å sikre fullstendig oppløsning og unngå gjenværende uoppløste partikler.
(II) Optimalisering av produksjonsprosessparametere
Optimalisering av våt prosess (tar væskefasemetoden som eksempel)
Reaksjonstemperatur og trykk: Kaliumsilikat med en modul på 3,10-3,40 fremstilles vanligvis ved trykksatt væskefasereaksjon. Studier har vist at når reaksjonstemperaturen øker fra 120 ℃ til 150 ℃ og trykket øker fra 0,3 MPa til 0,6 MPa, kan oppløsningshastigheten til kvartssand økes med 30 %-50 %, noe som reduserer ureagerte SiO₂-partikler betydelig. Det anbefales å kontrollere reaksjonstemperaturen ved 140-150 ℃, opprettholde trykket på 0,5-0,6 MPa og forlenge reaksjonstiden til 4-6 timer for å sikre at kvartssanden er fullstendig oppløst.
Materialforhold: Kontroller strengt molforholdet (modulen) av KOH og SiO₂. For produkter med en målmodul på 3,10-3,40 er det teoretiske molforholdet (K2O:SiO2) 1:3,10-1:3,40. Ved faktisk produksjon kan andelen KOH på passende måte økes (som 5%-10% overskudd) for å fremme oppløsningen av SiO2, men overdreven KOH bør unngås for å få produktet til å bli for alkalisk og øke kostnadene.
Omrøringsintensitet og metode: Det brukes en kombinasjon av en ankerrører og en turbinrører. I det tidlige stadiet av reaksjonen (0-2 timer) brukes en høy hastighet (som 400 r/min) for å øke masseoverføringen. I det senere stadiet (2-6 timer) reduseres hastigheten til 200r/min for å unngå overdreven omrøring, noe som fører til økt energiforbruk og utstyrsslitasje og urenheter.
Tørr prosessoptimalisering (smeltemetode)
Smeltetemperatur og tid: Den tørre reaksjonen krever at kvartssand og kaliumhydroksid smeltes ved høy temperatur (vanligvis ≥300 ℃). Å øke smeltetemperaturen til 350-400 ℃ og utvide isolasjonstiden til 2-3 timer kan gjøre reaksjonen mer fullstendig. For eksempel, ved 380 ℃ i 2,5 timer, kan konverteringsfrekvensen for kvartssand nå mer enn 98%, noe som reduserer det uløselige innholdet betydelig.
Valg av smelteutstyr: Bruk en smelteovn foret med korund eller kvarts for å redusere den kjemiske reaksjonen mellom utstyrsmaterialet og reaktantene (som oppløsning av jern). Rengjør samtidig festene på ovnsveggen regelmessig for å unngå akkumulering av urenheter.
(III) Rense- og separasjonsteknologi
Filtreringsprosess
Flertrinns filtreringskombinasjon:
Foreløpig filtrering: Etter at reaksjonsvæsken er avkjølt, brukes et plate- og rammefilter (filterdukmateriale er polypropylen, porestørrelse 20-50μm) for å fjerne større partikkelurenheter (som ureagert kvartssand, utstyrskorrosjonsprodukter).
Finfiltrering: Finfiltrering utføres gjennom membranfiltreringsteknologi (som keramisk membran eller organisk membran). Keramisk membran (porestørrelse 0,1-0,5μm) kan holde på mer enn 99 % av uløselig materiale, og er motstandsdyktig mot høy temperatur og har god kjemisk stabilitet. Den er egnet for svært alkalisk kaliumsilikatløsning. For eksempel kan bruk av en keramisk membran med en porestørrelse på 0,2μm og filtrering ved et trykk på 0,2-0,3MPa effektivt fjerne uoppløselige partikler i mikronstørrelse.
Påføring av filterhjelpemidler: Tilsett en passende mengde filterhjelpemidler (som diatoméjord og perlitt) før filtrering. Dens porøse struktur kan absorbere små partikler og forbedre filtreringseffektiviteten og klarheten. Mengden filterhjelp som tilsettes er vanligvis 0,5 %-1,0 % av massen til matevæsken, og de spesifikke parameterne må optimaliseres gjennom eksperimenter.
Sentrifugalseparasjon: For kaliumsilikatløsninger med lav viskositet (som fortynnede løsninger i området 34,0-37,0 grader Baume) kan en skiveseparator brukes til sentrifugalseparasjon. Sentrifugalhastigheten styres til 3000-5000 r/min, og sentrifugaltiden er 10-20 minutter, noe som effektivt kan skille uløselige partikler med høyere tetthet (som jernspon og gjørme).
Ionebytting og adsorpsjon:
Hvis det uløselige materialet inneholder metallioner (som Fe³, Al³), kan det fjernes med ionebytterharpiks. For eksempel kan bruk av sterk sur kationbytterharpiks (som styrensulfonsyreharpiks) adsorbere kationer som Fe³ og Al³ i løsningen, redusere innholdet av metallurenheter og redusere utfellingen av hydroksyder forårsaket av hydrolyse av metallioner.
Adsorpsjon av aktivert karbon: Tilsett 0,1 %-0,3 % aktivert karbon (spesifikt overflateareal ≥1000m²/g) til løsningen, rør og adsorber i 30-60 minutter ved 50-60 ℃, noe som kan fjerne pigmenter, organisk materiale og noen metallioner og forbedre gjennomsiktigheten til løsningen.
(IV) Kontroll av utstyr og produksjonsmiljø
Oppgradering av utstyrsmateriale: Utstyr som kommer i kontakt med materialer, som reaktorer, rørledninger, lagerbeholdere osv., er laget av rustfritt stål (som 316L), glassforing eller polytetrafluoretylen for å unngå dannelse av urenheter som Fe² og Fe³ på grunn av korrosjon av vanlig karbonstål. For eksempel er korrosjonshastigheten til rustfritt stål bare 1/100 av karbonstål, noe som kan redusere det uløselige materialet som introduseres av utstyrsslitasje betydelig.
Renhetskontroll i produksjonsmiljøet: Støvtette anlegg (som luftrensesystemer) settes opp i prosessene med batching, reaksjon, filtrering, etc., og epoksyharpiksbelegg brukes på verkstedgulvet for å redusere støvforurensning. Operatører må bruke støvfrie arbeidsklær og hansker for å unngå innføring av urenheter av mennesker.
Rengjøring og vedlikehold av utstyr: Etabler strenge prosedyrer for rengjøring av utstyr. Etter hver produksjon, skyll reaktoren og rørledningene med avionisert vann for å sikre at det ikke er materialrester. Utfør regelmessig kjemisk rengjøring (som bruk av fortynnet alkaliløsning eller sitronsyreløsning) på filtreringsutstyret (som membrankomponenter) for å gjenopprette filtreringsytelsen og unngå at urenheter blokkerer filterhullene.
(V) Lagrings- og transportprosesskontroll
Valg av lagerbeholder: Bruk forseglede plastfat (som HDPE-fat) eller rustfrie ståltanker for å lagre flytende kaliumsilikat, og unngå å bruke etsende beholdere som jernfat. Oppbevaringsmiljøet bør være kjølig og tørt, borte fra sure gasser (som CO₂, SO₂) for å forhindre karbonatisering av produktet.
Transportprosessbeskyttelse: Transportkjøretøyet må være rent og tørt for å unngå blanding med andre kjemikalier. Ta skyggetiltak under transport om sommeren for å forhindre høy temperatur i å forårsake fordampning eller forringelse av produktet; vær oppmerksom på varmekonservering om vinteren for å forhindre at løsningen fryser og forårsaker strukturelle skader og nedbør.
Administrering av lagringsperiode: Produktets lagringsperiode er vanligvis ikke mer enn 6 måneder, og det uløselige innholdet må testes på nytt etter perioden. Hvis det oppdages nedbør, kan det filtreres eller varmes opp igjen for å løses opp (som oppvarming til 60-80 ℃ og røring) før bruk.
3. Kvalitetskontroll og prosessovervåking
(I) Inspeksjonsmetoder og standarder
Bestemmelse av uløselig innhold: Se GB/T 26524-2011 "Industriell kaliumsilikat"-standard og bruk vektmetoden for bestemmelse. De spesifikke trinnene er: ta en viss mengde prøve, filtrer den med kvantitativt filterpapir, vask resten med varmt vann til det ikke er noe kaliumion (test med natriumtetrafenylboratløsning), tørk den til konstant vekt, og beregn massefraksjonen av uløselig materiale. Målet er å kontrollere det uløselige innholdet til ≤0,1 % (massefraksjon).
Andre indikatorer relatert påvisning: Overvåk samtidig produktets Baume-grad, tetthet, silikainnhold, kaliumoksidinnhold, modul og andre indikatorer for å sikre at hovedytelsen til produktet ikke påvirkes samtidig som det uløselige materialet reduseres. For eksempel, hvis filtreringsprosessen fører til at SiO2-innholdet reduseres, kan det kompenseres ved å justere forholdet mellom reaksjonsmaterialene.
(II) Prosessovervåkingssystem
Inspeksjon av råvarer som kommer inn i fabrikken: Når hvert parti med kvartssand og kaliumhydroksid kommer inn i fabrikken, testes dets urenhetsinnhold (som Fe₂O₃, Al₂O₃, karbonat osv.). Ukvalifiserte råvarer er strengt forbudt å settes i produksjon.
Online overvåking: pH-sensorer, temperatursensorer og trykksensorer er installert i reaktoren for å overvåke reaksjonsprosessen i sanntid. Når pH-verdien eller temperaturen avviker fra det innstilte området, utløses en automatisk alarm og prosessparametrene justeres.
Mellomproduktdeteksjon: Etter at reaksjonen er fullført, tas prøver før filtrering for å påvise det uløselige innholdet. Hvis det overskrider standarden, må det filtreres på nytt eller returneres til ovnen for reaksjon. Etter filtrering og før pakking tas det igjen prøver for testing for å sikre at det ferdige produktet oppfyller kvalitetskravene.
4. Praktisk grunnlag og fordeler
Som en bedrift som spesialiserer seg på produksjon av uorganiske silisiumprodukter, har Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd unik teknisk akkumulering i reguleringen av kolloidal silika og silikatmikrostruktur, som gir teoretisk støtte for å optimalisere produksjonsprosessen av flytende kaliumsilikat. Selskapets eksisterende produksjonslinjer har høyeffektiv produksjonskapasitet og kan raskt svare på behov for prosessoptimalisering, for eksempel justering av røresystemet til reaktoren eller innføring av membranfiltreringsutstyr for å oppnå presis kontroll av det uløselige innholdet.
I tillegg fokuserer selskapet på skreddersydde produktløsninger. I den tekniske forskningen og utviklingen for å redusere det uløselige innholdet, kan det kombinere applikasjonsbehovene til forskjellige kunder (som de høye kravene til åpenhet i beleggindustrien og støperiindustriens følsomhet for urenheter) for å gi målrettede forslag til prosessjustering. Samtidig, basert på et bredt spekter av markedsapplikasjonsscenarier (som dekker elektronikk, klær, papirproduksjon og andre felt), kan selskapet kontinuerlig forbedre produksjonsprosessen gjennom tilbakemeldinger nedstrøms, og danner en god syklus av "FoU - produksjon - applikasjon - optimering".
