1. Egenskaper för flytande kaliumsilikat och analys av olösliga källor
Som en av de viktiga produkterna från Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd., används flytande kaliumsilikat (modul 3,10-3,40) i stor utsträckning i oorganiska vattenbaserade beläggningar, golvhärdare, svetsstångslim och andra områden på grund av dess utmärkta prestanda (såsom transparens och stark alkalinitet). Men om det finns olösliga ämnen i produkten kommer det inte bara att påverka dess utseendekvalitet, utan kan också ha en negativ inverkan på prestandan för nedströmsapplikationer, såsom att täppa till färgmunstycket och minska limmets enhetlighet. Därför är en minskning av det olösliga innehållet en nyckellänk för att förbättra produktkvaliteten.
Ur perspektivet av kemisk sammansättning och produktionsprocess kommer de olösliga ämnena i flytande kaliumsilikat med modul (M): 3,10-3,40 huvudsakligen från följande aspekter:
Råvaruföroreningar: De huvudsakliga råvarorna för framställning av kaliumsilikat är kvartssand (innehållande SiO₂), kaliumhydroxid (KOH), etc. Om kvartssanden innehåller föroreningsmineraler som Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO (såsom fältspat, glimmer etc.), som innehåller t.ex. fältspat, glimmer o.dyl. sulfater, kanske dessa föroreningar inte kan delta fullt ut i reaktionen under högtemperatursmältning eller vätskefasreaktion, vilket bildar olösliga rester.
Ofullständiga reaktionsprodukter: Kaliumsilikat framställs vanligtvis genom att smälta kvartssand och kaliumhydroxid vid hög temperatur (torr metod) eller vätskefasreaktion under trycksatta förhållanden (våt metod). Om processparametrarna såsom reaktionstemperatur, tryck och tid inte är korrekt kontrollerade, kanske kvartssanden inte löses helt upp och bildar oreagerade SiO2-partiklar.
Föroreningar från produktionsprocessen: Korrosionsprodukter (som järnoxider) på den inre väggen av produktionsutrustning (som reaktorer och rörledningar), mekaniska föroreningar (som damm och metallskräp) som blandas in under transport och föroreningar i produktionsmiljön kan införa olösliga ämnen.
Förändringar i lagring och transport: Under lagring, om flytande kaliumsilikat kommer i kontakt med CO₂ i luften, kan karbonatisering uppstå och generera K₂CO₃- och SiO₂-fällningar; Dessutom, om lagringsbehållarens material reagerar kemiskt med produkten, kan även olösligt material bildas.
2. Tekniska vägar för att minska halten av olösligt material
(I) Råvaruoptimering och förbehandling
Välj råvaror med hög renhet
Kvartssand: Välj kvartssand med hög renhet med en SiO₂-halt på ≥99 % för att minska halten av föroreningar som Fe₂O₃ (≤0,01%) och Al₂O₃ (≤0,05%). Ta till exempel bort ferromagnetiska föroreningar i kvartssand genom magnetisk separation, eller använd betning (som fluorvätesyrabehandling) för att ta bort metalloxider fästa på ytan.
Kaliumhydroxid: Använd industriell klass ett (renhet ≥ 85 %) och kontrollera strikt dess karbonat (≤ 1,0 % i termer av K₂CO₃) och sulfat (≤ 0,1 % i termer av K₂SO4). Kaliumhydroxid kan renas ytterligare genom omkristallisationsprocess för att minska införandet av föroreningar.
Råmaterial förbehandlingsprocess
Krossning och klassificering av kvartssand: krossa kvartssanden till en lämplig partikelstorlek (som D90 ≤ 50μm) för att öka reaktionskontaktytan. Ta samtidigt bort grova partiklar och föroreningsmineraler genom screening eller luftflödesklassificering för att säkerställa enhetligheten i råmaterialpartikelstorleken.
Optimering av kaliumhydroxidupplösning: När du löser upp kaliumhydroxid, använd avjoniserat vatten och kontrollera upplösningstemperaturen (som 60-80 ℃) och omrörningshastigheten (som 200-300 r/min) för att säkerställa fullständig upplösning och undvika kvarvarande olösta partiklar.
(II) Optimering av produktionsprocessparametrar
Optimering av våtprocess (med vätskefasmetoden som exempel)
Reaktionstemperatur och tryck: Kaliumsilikat med en modul på 3,10-3,40 framställs vanligtvis genom trycksatt vätskefasreaktion. Studier har visat att när reaktionstemperaturen ökar från 120 ℃ till 150 ℃ och trycket ökar från 0,3 MPa till 0,6 MPa, kan upplösningshastigheten för kvartssand ökas med 30 %-50 %, vilket avsevärt minskar oreagerade SiO₂-partiklar. Det rekommenderas att kontrollera reaktionstemperaturen vid 140-150 ℃, hålla trycket vid 0,5-0,6 MPa och förlänga reaktionstiden till 4-6 timmar för att säkerställa att kvartssanden är helt upplöst.
Materialförhållande: Strikt kontrollera molförhållandet (modulen) för KOH och SiO₂. För produkter med en målmodul på 3,10-3,40 är det teoretiska molförhållandet (K2O:SiO2) 1:3,10-1:3,40. Vid faktisk produktion kan andelen KOH på lämpligt sätt ökas (såsom 5%-10% överskott) för att främja upplösningen av SiO2, men överdriven KOH bör undvikas för att orsaka att produkten blir för alkalisk och ökar kostnaderna.
Omrörningsintensitet och metod: En kombination av en ankaromrörare och en turbinomrörare används. I det tidiga skedet av reaktionen (0-2 timmar) används en hög hastighet (såsom 400 r/min) för att förbättra massöverföringen. I det senare skedet (2-6 timmar) sänks hastigheten till 200r/min för att undvika överdriven omrörning, vilket leder till ökad energiförbrukning och utrustningsslitage och föroreningar.
Torrprocessoptimering (smältningsmetod)
Smälttemperatur och tid: Den torra reaktionen kräver att kvartssand och kaliumhydroxid smälts vid hög temperatur (vanligtvis ≥300℃). Att höja smälttemperaturen till 350-400 ℃ och förlänga isoleringstiden till 2-3 timmar kan göra reaktionen mer komplett. Till exempel, vid 380 ℃ i 2,5 timmar, kan omvandlingshastigheten för kvartssand nå mer än 98%, vilket avsevärt minskar det olösliga innehållet.
Val av smältutrustning: Använd en smältugn fodrad med korund eller kvarts för att minska den kemiska reaktionen mellan utrustningens material och reaktanterna (såsom upplösning av järn). Rengör samtidigt fästena på ugnsväggen regelbundet för att undvika ansamling av föroreningar.
(III) Renings- och separationsteknik
Filtreringsprocessen
Flerstegs filtreringskombination:
Preliminär filtrering: Efter att reaktionsvätskan har kylts används ett plåt- och ramfilter (filterduksmaterial är polypropen, porstorlek 20-50μm) för att avlägsna större partikelföroreningar (såsom oreagerad kvartssand, utrustningskorrosionsprodukter).
Finfiltrering: Finfiltrering utförs genom membranfiltreringsteknologi (som keramiskt membran eller organiskt membran). Keramiskt membran (porstorlek 0,1-0,5μm) kan behålla mer än 99% av olösligt material, och är resistent mot höga temperaturer och har god kemisk stabilitet. Den är lämplig för starkt alkalisk kaliumsilikatlösning. Om man till exempel använder ett keramiskt membran med en porstorlek på 0,2 μm och filtrering vid ett tryck på 0,2-0,3 MPa kan man effektivt avlägsna olösliga partiklar i mikronstorlek.
Applicering av filterhjälpmedel: Tillsätt en lämplig mängd filterhjälpmedel (som kiselgur och perlit) före filtrering. Dess porösa struktur kan absorbera små partiklar och förbättra filtreringseffektiviteten och klarheten. Mängden tillsatt filterhjälpmedel är vanligtvis 0,5 %-1,0 % av matarvätskans massa, och de specifika parametrarna måste optimeras genom experiment.
Centrifugalseparation: För kaliumsilikatlösningar med låg viskositet (såsom utspädda lösningar i intervallet 34,0-37,0 grader Baume) kan en skivseparator användas för centrifugalseparering. Centrifugalhastigheten styrs till 3000-5000r/min, och centrifugaltiden är 10-20 minuter, vilket effektivt kan separera olösliga partiklar med högre densitet (såsom järnspån och lera).
Jonbyte och adsorption:
Om det olösliga materialet innehåller metalljoner (såsom Fe³, Al³), kan det avlägsnas med jonbytarharts. Till exempel kan användningen av starkt surt katjonbytarharts (som styrensulfonsyraharts) adsorbera katjoner som Fe³ och Al³ i lösningen, minska halten av metallföroreningar och minska utfällningen av hydroxider orsakade av hydrolys av metalljoner.
Aktivt koladsorption: Tillsätt 0,1%-0,3% aktivt kol (specifik yta ≥1000m²/g) till lösningen, rör om och adsorbera i 30-60 minuter vid 50-60℃, vilket kan ta bort pigment, organiskt material och vissa metalljoner och förbättra lösningens transparens.
(IV) Kontroll av utrustning och produktionsmiljö
Uppgradering av utrustningsmaterial: Utrustning som kommer i kontakt med material, såsom reaktorer, rörledningar, lagringsbehållare, etc., är gjorda av rostfritt stål (som 316L), glasfoder eller polytetrafluoreten för att undvika generering av föroreningar som Fe² och Fe³ på grund av korrosion av vanligt kolstål. Till exempel är korrosionshastigheten för rostfritt stål bara 1/100 av kolstål, vilket avsevärt kan minska det olösliga materialet som introduceras av utrustningsslitage.
Produktionsmiljöns renhetskontroll: Dammtäta anläggningar (såsom luftreningssystem) är inrättade i processerna för batchning, reaktion, filtrering, etc., och epoxihartsbeläggning används på verkstadsgolvet för att minska dammföroreningar. Operatörer måste bära dammfria arbetskläder och handskar för att undvika att människor tränger in föroreningar.
Rengöring och underhåll av utrustning: Upprätta strikta rutiner för rengöring av utrustning. Efter varje produktion, skölj reaktorn och rörledningarna med avjoniserat vatten för att säkerställa att det inte finns några materialrester. Utför regelbundet kemisk rengöring (som att använda utspädd alkalilösning eller citronsyralösning) på filtreringsutrustningen (som membrankomponenter) för att återställa filtreringsprestandan och undvika att föroreningar blockerar filterhålen.
(V) Lagrings- och transportprocesskontroll
Val av förvaringsbehållare: Använd förseglade plastfat (som HDPE-fat) eller tankar av rostfritt stål för att lagra flytande kaliumsilikat, och undvik att använda frätande behållare som järnfat. Förvaringsmiljön bör vara sval och torr, borta från sura gaser (som CO₂, SO₂) för att förhindra karbonatisering av produkten.
Transportprocessskydd: Transportfordonet måste vara rent och torrt för att undvika blandning med andra kemikalier. Vidta skuggningsåtgärder under transport på sommaren för att förhindra att hög temperatur orsakar produktavdunstning eller försämring; var uppmärksam på värmekonservering på vintern för att förhindra att lösningen fryser och orsakar strukturella skador och nederbörd.
Hantering av lagringsperiod: Produktens lagringsperiod är vanligtvis inte mer än 6 månader, och det olösliga innehållet måste testas igen efter perioden. Om utfällning upptäcks kan den filtreras eller värmas upp igen för att lösas upp (såsom uppvärmning till 60-80 ℃ och omrörning) före användning.
3. Kvalitetsinspektion och processövervakning
(I) Inspektionsmetoder och standarder
Bestämning av olösligt innehåll: Se GB/T 26524-2011 "Industriell kaliumsilikat"-standard och använd viktmetoden för bestämning. De specifika stegen är: ta en viss mängd prov, filtrera det med kvantitativt filterpapper, tvätta återstoden med varmt vatten tills det inte finns någon kaliumjon (testa med natriumtetrafenylboratlösning), torka det till konstant vikt och beräkna massfraktionen av olösligt material. Målet är att kontrollera det olösliga innehållet till ≤0,1 % (massfraktion).
Andra indikatorer relaterad detektering: Övervaka samtidigt produktens Baume-grad, densitet, kiseldioxidhalt, kaliumoxidhalt, modul och andra indikatorer för att säkerställa att produktens huvudsakliga prestanda inte påverkas samtidigt som det olösliga materialet reduceras. Till exempel, om filtreringsprocessen gör att SiO2-halten minskar, kan den kompenseras genom att justera förhållandet mellan reaktionsmaterialen.
(II) Processövervakningssystem
Inspektion av råvaror som kommer in i fabriken: När varje sats av kvartssand och kaliumhydroxid kommer in i fabriken testas dess föroreningsinnehåll (som Fe₂O3, Al₂O₃, karbonat etc.). Okvalificerade råvaror är strängt förbjudna att sättas i produktion.
Onlineövervakning: pH-sensorer, temperatursensorer och trycksensorer är installerade i reaktorn för att övervaka reaktionsprocessen i realtid. När pH-värdet eller temperaturen avviker från det inställda området avges ett automatiskt larm och processparametrarna justeras.
Mellanproduktdetektion: Efter att reaktionen är avslutad, tas prover före filtrering för att detektera det olösliga innehållet. Om den överskrider standarden måste den återfiltreras eller återföras till ugnen för reaktion. Efter filtrering och innan förpackning tas prover igen för testning för att säkerställa att den färdiga produkten uppfyller kvalitetskraven.
4. Praktisk grund och fördelar
Som ett företag specialiserat på produktion av oorganiska kiselprodukter har Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd unik teknisk ackumulering i regleringen av kolloidal kiseldioxid och silikatmikrostruktur, vilket ger teoretiskt stöd för att optimera produktionsprocessen av flytande kaliumsilikat. Företagets befintliga produktionslinjer har högeffektiv produktionskapacitet och kan snabbt svara på processoptimeringsbehov, såsom justering av reaktorns omrörningssystem eller införande av membranfiltreringsutrustning för att uppnå exakt kontroll av det olösliga innehållet.
Dessutom fokuserar företaget på kundanpassade produktlösningar. I den tekniska forskningen och utvecklingen för att minska det olösliga innehållet kan det kombinera olika kunders applikationsbehov (såsom de höga kraven på transparens i beläggningsindustrin och gjuteriindustrins känslighet för föroreningar) för att ge riktade förslag på processjusteringar. Samtidigt, genom att förlita sig på ett brett utbud av marknadsapplikationsscenarier (som täcker elektronik, kläder, papperstillverkning och andra områden), kan företaget kontinuerligt förbättra produktionsprocessen genom nedströms feedback, vilket bildar en positiv cykel av "FoU - produktion - tillämpning - optimering".
