سیلیکات پتاسیم (HLKL-3)

نحوه کاهش محتوای نامحلول در سیلیکات پتاسیم مایع با مدول (M): 3.10-3.40 ?

1. مشخصات سیلیکات پتاسیم مایع و تجزیه و تحلیل منابع نامحلول

به عنوان یکی از محصولات مهم شرکت شیمیایی Tongxiang Hengli، سیلیکات پتاسیم مایع (مدول 3.10-3.40) به دلیل عملکرد عالی (مانند شفافیت و ظاهر قوی) به طور گسترده در پوشش های پایه آب معدنی، عوامل پخت کف، چسب های میله جوشکاری و سایر زمینه ها استفاده می شود. با این حال، اگر مواد نامحلول در محصول وجود داشته باشد، نه تنها بر کیفیت ظاهری آن تأثیر می گذارد، بلکه ممکن است تأثیر منفی بر عملکرد کاربردهای پایین دستی مانند گرفتگی نازل رنگ و کاهش یکنواختی چسب داشته باشد. بنابراین، کاهش محتوای نامحلول یک حلقه کلیدی در بهبود کیفیت محصول است.
از منظر ترکیب شیمیایی و فرآیند تولید، مواد نامحلول در سیلیکات پتاسیم مایع با مدول (M): 3.10-3.40 عمدتاً از جنبه های زیر می آیند:
ناخالصی های مواد اولیه: مواد اولیه اصلی برای تولید سیلیکات پتاسیم عبارتند از: شن کوارتز (حاوی SiO2)، هیدروکسید پتاسیم (KOH) و غیره. اگر ماسه کوارتز حاوی مواد معدنی ناخالصی مانند Fe2O3، Al2O3، CaO (مانند هیدروکسی، فلدسپار و غیره) باشد. کربنات‌ها و سولفات‌ها، این ناخالصی‌ها ممکن است نتوانند به طور کامل در واکنش در طی واکنش ذوب در دمای بالا یا فاز مایع شرکت کنند و بقایای نامحلول را تشکیل دهند.
محصولات واکنش ناقص: سیلیکات پتاسیم معمولاً با ذوب ماسه کوارتز و هیدروکسید پتاسیم در دمای بالا (روش خشک) یا واکنش فاز مایع در شرایط تحت فشار (روش مرطوب) تهیه می شود. اگر پارامترهای فرآیند مانند دمای واکنش، فشار و زمان به درستی کنترل نشوند، ماسه کوارتز ممکن است به طور کامل حل نشود و ذرات SiO2 واکنش نداده را تشکیل دهد.
آلودگی فرآیند تولید: محصولات خوردگی (مانند اکسیدهای آهن) روی دیواره داخلی تجهیزات تولید (مانند راکتورها و خطوط لوله)، ناخالصی های مکانیکی (مانند گرد و غبار و بقایای فلزی) که در حین حمل و نقل با آنها مخلوط می شوند و آلاینده ها در محیط تولید ممکن است مواد نامحلول ایجاد کنند.
تغییرات در ذخیره سازی و حمل و نقل: در طول ذخیره سازی، اگر سیلیکات پتاسیم مایع با CO2 موجود در هوا تماس پیدا کند، ممکن است کربناته ایجاد شود تا رسوبات K2CO3 و SiO2 تولید کند. علاوه بر این، اگر مواد ظرف نگهداری با محصول واکنش شیمیایی نشان دهد، ممکن است مواد نامحلول نیز تولید شود.

2. مسیرهای فنی برای کاهش محتوای مواد نامحلول

(I) بهینه سازی و پیش تصفیه مواد خام
مواد اولیه با خلوص بالا را انتخاب کنید
ماسه کوارتز: ماسه کوارتز با خلوص بالا را با محتوای SiO2 ≥99٪ انتخاب کنید تا محتوای ناخالصی هایی مانند Fe2O3 (≤0.01٪) و Al2O3 (≤0.05٪) کاهش یابد. به عنوان مثال، ناخالصی های فرومغناطیسی در ماسه کوارتز را از طریق جداسازی مغناطیسی حذف کنید، یا از ترشی (مانند تصفیه اسید هیدروفلوئوریک) برای حذف اکسیدهای فلزی متصل به سطح استفاده کنید.
هیدروکسید پتاسیم: از درجه یک صنعتی (خلوص ≥ 85٪) استفاده کنید و کربنات آن (≤ 1.0٪ از نظر K2CO3) و سولفات (≤ 0.1٪ از نظر K2SO4) را به شدت کنترل کنید. هیدروکسید پتاسیم را می توان با فرآیند تبلور مجدد برای کاهش ورود ناخالصی ها خالص سازی کرد.
فرآیند پیش تصفیه مواد خام
خرد کردن و طبقه بندی ماسه کوارتز: شن کوارتز را به اندازه ذرات مناسب (مانند D90 ≤ 50μm) خرد کنید تا سطح تماس واکنش افزایش یابد. در عین حال، ذرات درشت و مواد معدنی ناخالص را با غربالگری یا طبقه بندی جریان هوا حذف کنید تا از یکنواختی اندازه ذرات مواد خام اطمینان حاصل شود.
بهینه سازی انحلال هیدروکسید پتاسیم: هنگام حل کردن هیدروکسید پتاسیم، از آب دیونیزه استفاده کنید و دمای انحلال (مانند 60-80 درجه سانتیگراد) و سرعت هم زدن (مانند 200-300r/min) را کنترل کنید تا از انحلال کامل اطمینان حاصل کنید و از ذرات حل نشده باقیمانده جلوگیری کنید.
(II) بهینه سازی پارامترهای فرآیند تولید
بهینه سازی فرآیند مرطوب (به عنوان مثال روش فاز مایع)
دما و فشار واکنش: سیلیکات پتاسیم با مدول 3.10-3.40 معمولاً با واکنش فاز مایع تحت فشار تهیه می شود. مطالعات نشان داده اند که وقتی دمای واکنش از 120 درجه سانتیگراد به 150 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و فشار از 0.3 مگاپاسکال به 0.6 مگاپاسکال افزایش می یابد، سرعت انحلال ماسه کوارتز را می توان 30٪ -50٪ افزایش داد و به طور قابل توجهی ذرات SiO2 واکنش نداده را کاهش داد. توصیه می شود دمای واکنش را در 140-150 درجه سانتیگراد کنترل کنید، فشار را در 0.5-0.6MPa حفظ کنید و زمان واکنش را به 4-6 ساعت افزایش دهید تا اطمینان حاصل شود که ماسه کوارتز کاملاً حل شده است.
نسبت مواد: نسبت مولی (مدول) KOH و SiO2 را به شدت کنترل کنید. برای محصولات با مدول هدف 3.10-3.40، نسبت مولی نظری (K2O:SiO2) 1:3.10-1:3.40 است. در تولید واقعی، نسبت KOH را می توان به طور مناسب افزایش داد (مانند 5٪ - 10٪ اضافی) برای ترویج انحلال SiO2، اما باید از KOH بیش از حد برای ایجاد بیش از حد قلیایی بودن محصول و افزایش هزینه ها اجتناب شود.
شدت و روش هم زدن: ترکیبی از همزن لنگر و همزن توربین استفاده می شود. در مرحله اولیه واکنش (0-2 ساعت)، از سرعت بالا (مانند 400r/min) برای افزایش انتقال جرم استفاده می شود. در مرحله بعد (2-6 ساعت)، سرعت به 200r/min کاهش می یابد تا از هم زدن زیاد جلوگیری شود که منجر به افزایش مصرف انرژی و فرسودگی و ناخالصی تجهیزات می شود.
بهینه سازی فرآیند خشک (روش ذوب)
دما و زمان ذوب: واکنش خشک نیاز به ذوب شدن ماسه کوارتز و هیدروکسید پتاسیم در دمای بالا (معمولاً ≥300 ℃) دارد. افزایش دمای ذوب به 350-400 درجه سانتیگراد و افزایش زمان عایق کاری به 2-3 ساعت می تواند واکنش را کاملتر کند. به عنوان مثال، در دمای 380 درجه سانتیگراد به مدت 2.5 ساعت، نرخ تبدیل ماسه کوارتز می تواند به بیش از 98٪ برسد و محتوای نامحلول را به طور قابل توجهی کاهش دهد.
انتخاب تجهیزات ذوب: از یک کوره ذوب پوشش داده شده با کوراندوم یا کوارتز برای کاهش واکنش شیمیایی بین مواد تجهیزات و واکنش دهنده ها (مانند انحلال آهن) استفاده کنید. در عین حال، پیوست های روی دیوار کوره را به طور مرتب تمیز کنید تا از تجمع ناخالصی ها جلوگیری شود.
(III) فناوری تصفیه و جداسازی
فرآیند فیلتراسیون
ترکیب فیلتراسیون چند مرحله ای:
فیلتراسیون اولیه: پس از خنک شدن مایع واکنش، از یک فیلتر صفحه و قاب (مواد پارچه فیلتر پلی پروپیلن، اندازه منافذ 20-50μm) برای حذف ناخالصی های ذرات بزرگتر (مانند ماسه کوارتز واکنش نداده، محصولات خوردگی تجهیزات) استفاده می شود.
فیلتراسیون ریز: فیلتراسیون ریز از طریق فناوری فیلتراسیون غشایی (مانند غشای سرامیکی یا غشای آلی) انجام می شود. غشای سرامیکی (اندازه منافذ 0.1-0.5μm) می تواند بیش از 99٪ از مواد نامحلول را حفظ کند و در برابر دمای بالا مقاوم است و پایداری شیمیایی خوبی دارد. برای محلول سیلیکات پتاسیم بسیار قلیایی مناسب است. به عنوان مثال، استفاده از یک غشای سرامیکی با اندازه منافذ 0.2μm و فیلتر کردن در فشار 0.2-0.3MPa می تواند به طور موثر ذرات نامحلول در اندازه میکرون را حذف کند.
کاربرد فیلترهای کمکی: مقدار مناسبی از فیلترهای کمکی (مانند خاک دیاتومه و پرلیت) را قبل از فیلتراسیون اضافه کنید. ساختار متخلخل آن می تواند ذرات ریز را جذب کند و کارایی و شفافیت فیلتراسیون را بهبود بخشد. مقدار کمک فیلتر اضافه شده معمولاً 0.5٪ -1.0٪ از جرم مایع خوراک است و پارامترهای خاص باید از طریق آزمایش بهینه شوند.
جداسازی گریز از مرکز: برای محلول های سیلیکات پتاسیم با ویسکوزیته کم (مانند محلول های رقیق در محدوده 34.0-37.0 درجه Baume)، می توان از جداکننده دیسکی برای جداسازی گریز از مرکز استفاده کرد. سرعت گریز از مرکز در 3000-5000r/min کنترل می شود و زمان گریز از مرکز 10-20 دقیقه است که می تواند به طور موثر ذرات نامحلول با چگالی بالاتر (مانند براده های آهن و گل) را جدا کند.
تبادل یون و جذب:
اگر ماده نامحلول حاوی یون های فلزی (مانند Fe³، Al3) باشد، می توان آن را با رزین تبادل یونی حذف کرد. به عنوان مثال، استفاده از رزین تبادل کاتیونی اسیدی قوی (مانند رزین استایرن سولفونیک اسید) می تواند کاتیون هایی مانند Fe³ و Al3 را در محلول جذب کند، محتوای ناخالصی های فلزی را کاهش دهد و رسوب هیدروکسیدهای ناشی از هیدرولیز یون های فلزی را کاهش دهد.
جذب کربن فعال: 0.1٪ -0.3٪ کربن فعال (مساحت سطح ویژه ≥1000m²/g) را به محلول اضافه کنید، هم بزنید و به مدت 30-60 دقیقه در دمای 50-60 درجه سانتیگراد جذب کنید، که می تواند رنگدانه ها، مواد آلی و برخی یون های فلزی را حذف کند و شفافیت محلول را بهبود بخشد.
(IV) کنترل تجهیزات و محیط تولید
ارتقاء مواد تجهیزات: تجهیزاتی که با مواد تماس پیدا می کنند، مانند راکتورها، خطوط لوله، ظروف ذخیره سازی و غیره، از فولاد ضد زنگ (مانند 316L)، روکش شیشه ای یا پلی تترافلوئورواتیلن ساخته شده اند تا از ایجاد ناخالصی هایی مانند Fe2 و Fe³ به دلیل خوردگی فولاد کربن معمولی جلوگیری کنند. به عنوان مثال، نرخ خوردگی فولاد ضد زنگ تنها 100/1 فولاد کربنی است که می تواند به میزان قابل توجهی مواد نامحلول وارد شده توسط سایش تجهیزات را کاهش دهد.
کنترل پاکیزگی محیط تولید: تاسیسات ضد گرد و غبار (مانند سیستم های تصفیه هوا) در فرآیندهای بچینگ، واکنش، فیلتراسیون و غیره راه اندازی می شوند و از پوشش رزین اپوکسی در کف کارگاه برای کاهش آلودگی گرد و غبار استفاده می شود. اپراتورها باید لباس کار و دستکش بدون گرد و غبار بپوشند تا از وارد شدن ناخالصی ها توسط انسان جلوگیری شود.
تمیز کردن و نگهداری تجهیزات: روش های دقیق تمیز کردن تجهیزات را ایجاد کنید. پس از هر بار تولید، راکتور و خطوط لوله را با آب دیونیزه بشویید تا اطمینان حاصل شود که باقیمانده مواد وجود ندارد. به طور منظم تمیز کردن شیمیایی (مانند استفاده از محلول قلیایی رقیق یا محلول اسید سیتریک) را روی تجهیزات فیلتراسیون (مانند اجزای غشایی) انجام دهید تا عملکرد فیلتراسیون را بازیابی کنید و از ناخالصی ها که سوراخ های فیلتر را مسدود نمی کنند، جلوگیری کنید.
(V) کنترل فرآیند ذخیره سازی و حمل و نقل
انتخاب ظروف نگهداری: از بشکه های پلاستیکی مهر و موم شده (مانند بشکه های HDPE) یا مخازن فولاد ضد زنگ برای ذخیره سیلیکات پتاسیم مایع استفاده کنید و از استفاده از ظروف خورنده مانند بشکه های آهنی خودداری کنید. محیط نگهداری باید خنک و خشک و دور از گازهای اسیدی (مانند CO2، SO2) باشد تا از کربناته شدن محصول جلوگیری شود.
حفاظت از فرآیند حمل و نقل: وسیله نقلیه حمل و نقل باید تمیز و خشک باشد تا با مواد شیمیایی دیگر مخلوط نشود. در طول حمل و نقل در تابستان اقدامات سایه انداز را انجام دهید تا از دمای بالا که باعث تبخیر یا خراب شدن محصول نشود جلوگیری کنید. برای جلوگیری از یخ زدگی محلول و ایجاد آسیب های ساختاری و بارش، به حفظ گرما در زمستان توجه کنید.
مدیریت دوره ذخیره سازی: مدت زمان نگهداری محصول معمولاً بیش از 6 ماه نیست و محتوای نامحلول باید پس از دوره مجدداً آزمایش شود. اگر بارش یافت شد، می توان آن را فیلتر کرد یا دوباره گرم کرد تا حل شود (مانند حرارت دادن به 60-80 درجه سانتیگراد و هم زدن) قبل از استفاده.

3. بازرسی کیفیت و نظارت بر فرآیند

(I) روش ها و استانداردهای بازرسی
تعیین محتوای نامحلول: به استاندارد GB/T 26524-2011 «سیلیکات پتاسیم صنعتی» مراجعه و برای تعیین از روش وزن استفاده کنید. مراحل مشخص عبارتند از: مقدار مشخصی نمونه بردارید، آن را با کاغذ صافی کمی فیلتر کنید، باقیمانده را با آب داغ بشویید تا یون پتاسیم وجود نداشته باشد (با محلول سدیم تترافنیل بورات آزمایش کنید)، آن را تا وزن ثابت خشک کنید و کسر جرمی مواد نامحلول را محاسبه کنید. هدف کنترل محتوای نامحلول به ≤0.1٪ (کسر جرمی) است.
تشخیص مرتبط با شاخص‌های دیگر: به طور همزمان درجه Baume محصول، چگالی، محتوای سیلیس، محتوای اکسید پتاسیم، مدول و سایر شاخص‌ها را کنترل کنید تا اطمینان حاصل شود که عملکرد اصلی محصول در حین کاهش ماده نامحلول تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد. به عنوان مثال، اگر فرآیند فیلتراسیون باعث کاهش محتوای SiO2 شود، می توان آن را با تنظیم نسبت مواد واکنش جبران کرد.
(II) سیستم نظارت بر فرآیند
بازرسی مواد اولیه ورودی به کارخانه: هنگامی که هر دسته از ماسه کوارتز و هیدروکسید پتاسیم وارد کارخانه می شود، محتوای ناخالصی آن (مانند Fe2O3، Al2O3، کربنات و غیره) آزمایش می شود. تولید مواد اولیه فاقد صلاحیت اکیداً ممنوع است.
نظارت آنلاین: سنسورهای pH، سنسورهای دما و سنسورهای فشار در راکتور نصب می‌شوند تا فرآیند واکنش را در زمان واقعی نظارت کنند. هنگامی که مقدار pH یا دما از محدوده تنظیم شده منحرف می شود، یک هشدار خودکار صادر می شود و پارامترهای فرآیند تنظیم می شوند.
تشخیص محصول میانی: پس از تکمیل واکنش، نمونه ها قبل از فیلتراسیون برای تشخیص محتوای نامحلول برداشته می شود. اگر از حد استاندارد فراتر رفت، باید دوباره فیلتر شود یا برای واکنش به کوره برگردانده شود. پس از فیلتراسیون و قبل از بسته بندی، نمونه ها دوباره برای آزمایش گرفته می شود تا اطمینان حاصل شود که محصول نهایی مطابق با الزامات کیفیت است.

4. مبنای عملی و مزایا

Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd به عنوان یک شرکت متخصص در تولید محصولات سیلیکونی معدنی دارای انباشت فنی منحصر به فردی در تنظیم ریزساختار سیلیس کلوئیدی و سیلیکات است که پشتیبانی نظری را برای بهینه سازی فرآیند تولید سیلیکات پتاسیم مایع ارائه می دهد. خطوط تولید موجود این شرکت ظرفیت تولید با راندمان بالایی دارند و می توانند به سرعت به نیازهای بهینه سازی فرآیند مانند تنظیم سیستم همزن راکتور یا معرفی تجهیزات فیلتراسیون غشایی برای دستیابی به کنترل دقیق محتوای نامحلول پاسخ دهند.
علاوه بر این، این شرکت بر روی راه حل های محصول سفارشی تمرکز می کند. در تحقیقات فنی و توسعه کاهش محتوای نامحلول، می تواند نیازهای کاربردی مشتریان مختلف (مانند الزامات بالای شفافیت در صنعت پوشش و حساسیت صنعت ریخته گری به ناخالصی ها) را برای ارائه پیشنهادهای تنظیم فرآیند هدفمند ترکیب کند. در عین حال، با تکیه بر طیف گسترده ای از سناریوهای کاربردی بازار (شامل الکترونیک، پوشاک، کاغذسازی و سایر زمینه ها)، این شرکت می تواند به طور مستمر فرآیند تولید را از طریق بازخورد پایین دستی بهبود بخشد و یک چرخه ارزشمند از "R&D - تولید - کاربرد - بهینه سازی" را تشکیل دهد.