سیلیکات سدیم (HLNAP-1)

نحوه کنترل مدول (M) سیلیکات سدیم پودر شده در محدوده 0.1±2.0 ?

1. طراحی دقیق نسبت مواد خام

(I) کنترل اندازه گیری شیمیایی مواد اولیه اولیه
مدول (M) سیلیکات سدیم به عنوان نسبت مقدار دی اکسید سیلیکون به اکسید سدیم تعریف می شود (M = n (SiO2)/n (Na2O))، بنابراین نسبت دقیق منبع سیلیکون به منبع سدیم در ماده خام اساس کنترل مدول است. در عمل تولید معمولاً از شیشه آب مایع به عنوان پیش ماده استفاده می شود و مدول اولیه آن باید با واکنش هیدروکسید سدیم و ماسه سیلیس تنظیم شود. با در نظر گرفتن پودر شیشه آب HLNAP-1 تولید شده توسط Hengli Chemical، مدول هدف آن 0.1±2.0 است و نسبت مولی SiO2 به Na2O در محلول سیلیکات سدیم باید در مرحله آماده سازی شیشه آب مایع به شدت کنترل شود.
در عملیات خاص، ماسه کوارتز (خلوص ≥ 95٪، جزء اصلی SiO2 است) می تواند به عنوان منبع سیلیکون استفاده شود، و هیدروکسید سدیم درجه صنعتی (محتوای NaOH ≥ 99٪) می تواند به عنوان منبع سدیم استفاده شود.
طبق تعریف مدول، M = m/n، زمانی که مدول هدف 2.0 باشد، m/n = 2.0، یعنی از نظر تئوری هر 2 مول SiO2 نیاز به واکنش با 1 مول NaOH دارد. با این حال، در تولید واقعی، نرخ تبدیل شن و ماسه سیلیس (معمولا 95-85٪) و از دست دادن سیستم واکنش باید در نظر گرفته شود. بنابراین، غلظت SiO2 و Na2O در محلول واکنش باید در زمان واقعی با تیتراسیون کنترل شود و نسبت ورودی مواد خام باید به صورت دینامیکی تنظیم شود. به عنوان مثال، هنگامی که مدول محلول اولیه از 2.0 منحرف می شود، می توان آن را با افزودن NaOH (کاهش مدول) یا سل سیلیس (افزایش مدول) اصلاح کرد.
(II) اثر هم افزایی مواد افزودنی
به منظور بهبود سینتیک واکنش و ساختار محصول، می توان مقدار کمی از افزودنی ها را معرفی کرد. به عنوان مثال، افزودن 0.1٪ - 0.5٪ سولفات سدیم (Na2SO4) در طول تهیه شیشه آب مایع می تواند از پلیمریزاسیون بیش از حد پیوندهای سیلیکون-اکسیژن با تنظیم قدرت یونی جلوگیری کند و از نوسانات مدول جلوگیری کند. در عین حال، افزودن حدود 0.2% پلی آکریلات سدیم به عنوان یک پراکنده می تواند پراکندگی شن سیلیس را در محلول قلیایی بهبود بخشد و یکنواختی واکنش را تقویت کند و در نتیجه پایداری مدول را تضمین کند. علاوه بر این، برای محصولاتی در سناریوهای کاربردی خاص، مانند پودر سیلیکات سدیم برای بایندرهای مقاوم در برابر دمای بالا که نیاز به پایداری مدول بالا دارند، می‌توان مقادیر کمی از نمک‌های لیتیوم (مانند Li2CO3 اضافه شده در مقدار 0.05%-0.1%) را معرفی کرد تا از قابلیت پلاریزاسیون قوی شبکه برای افزایش قابلیت تنظیم پلاریزاسیون شبکه برای کنترل ساختار سیلی‌تی استفاده شود. دقت

2. حلقه های کنترل کلیدی فرآیند تولید

(I) فرآیند آماده سازی لیوان آب مایع
دما و فشار واکنش
واکنش شن و ماسه سیلیس و هیدروکسید سدیم یک واکنش ناهمگن جامد-مایع است و دما و فشار مستقیماً بر سرعت واکنش و نرخ تبدیل ماسه سیلیس تأثیر می گذارد. در سیستم فرآیند Hengli Chemical، شیشه آب مایع توسط راکتور فشار بالا، با دمای واکنش کنترل شده در 120-150 درجه سانتیگراد و فشار 1.0-1.5MPa تهیه می شود. در این شرایط، نرخ انحلال ماسه سیلیس می تواند به 1.2-1.5g/(min・L) برسد و نرخ تبدیل را می توان در بیش از 92% تثبیت کرد. دمای خیلی پایین منجر به واکنش ناقص، مدول کم و نوسان زیاد می شود. دمای بیش از حد بالا ممکن است باعث پلیمریزاسیون بیش از حد شود که منجر به انحراف مدول اندازه گیری می شود. سیستم کنترل دمای PID برای کنترل نوسانات دما در ± 2℃ و نوسان فشار در ± 0.05MPa برای اطمینان از ثبات فرآیند واکنش استفاده می شود.
سرعت هم زدن و زمان واکنش
برای اطمینان از تماس کامل بین فاز جامد و مایع، سرعت هم زدن باید در 150-200r/min حفظ شود. زمان واکنش معمولاً 4-6 ساعت است که باید با توجه به اندازه ذرات ماسه سیلیس تنظیم شود (زمانی که اندازه ذرات ماسه سیلیس ≤0.1 میلی متر است، زمان واکنش را می توان به 3 ساعت کوتاه کرد). تغییر ویسکوزیته مایع واکنش توسط یک ویسکومتر آنلاین کنترل می شود. هنگامی که ویسکوزیته به 15-20mPa・s می رسد، نقطه پایانی واکنش تعیین می شود. در این زمان، مدول حل نزدیک به مقدار هدف 2.0 است.
(II) بهینه سازی پارامترهای فرآیند خشک کردن اسپری
هنگامی که شیشه آب مایع با خشک کردن اسپری به یک محصول پودری تبدیل می شود، ویژگی های انتقال حرارت و انتقال جرم فرآیند خشک کردن بر ریزساختار محصول تأثیر می گذارد و سپس تأثیر غیرمستقیم بر مدول خواهد داشت. پارامترهای کلیدی فرآیند عبارتند از:
دمای ورودی و دمای خروجی
دمای ورودی در 300-350 درجه سانتیگراد کنترل می شود و دمای خروجی 120-140 درجه سانتیگراد است. هوای گرم با دمای بالا می‌تواند فوراً قطرات را کم آب کند (زمان خشک شدن کمتر از 5 ثانیه)، از پلیمریزاسیون ثانویه یا تجزیه ساختار سیلیکات به دلیل گرمایش طولانی مدت جلوگیری می‌کند. اگر دمای ورودی کمتر از 280 درجه سانتیگراد باشد، ممکن است باعث ایجاد رطوبت باقیمانده (محتوای آب> 5٪) شود که بر دقت اندازه گیری مدول تأثیر می گذارد. اگر دما بالاتر از 380 درجه سانتیگراد باشد، ممکن است باعث گرمای بیش از حد موضعی شود که باعث تبخیر Na2O می شود و مدول اندازه گیری شده را بالاتر می برد.
فشار اتمیزاسیون و دیافراگم نازل
یک نازل اتمیزه فشار استفاده می شود، با فشار اتمیزاسیون 6-8MPa و دهانه نازل 1.0-1.2mm. تحت این پارامتر، اندازه متوسط ​​قطرات را می توان در 50-80μm کنترل کرد و از توزیع یکنواخت اندازه ذرات پودر پس از خشک شدن اطمینان حاصل کرد (میزان عبور 100 مش ≥95٪، مانند محصولات نوع HLNAP-1). فشار اتمیزاسیون خیلی کم منجر به اندازه قطرات بسیار بزرگ می شود و پس از خشک شدن توده های ذرات بزرگی را تشکیل می دهد و ممکن است اجزای مایع باقیمانده ای وجود داشته باشد که کاملاً در داخل خشک نشده باشند و بر یکنواختی مدول تأثیر بگذارند. فشار بیش از حد بالا ممکن است پودر ریز بیش از حد تولید کند (ذرات مش کمتر از 10٪)، اتلاف گرد و غبار را افزایش دهد، و ممکن است چگالی ظاهری محصول را تغییر دهد (مقدار هدف 0.6 کیلوگرم در لیتر)، که به طور غیرمستقیم بر نمایندگی نمونه در طول آزمایش مدول تأثیر می گذارد.
(III) درمان پیری و همگن سازی
محصول پودر خشک شده باید به مدت 24-48 ساعت در یک انبار مهر و موم شده با دمای 40-50 درجه سانتیگراد و رطوبت کمتر از 30٪ RH کهنه شود. در طول فرآیند پیری، توزیع رطوبت و ریزساختار داخل پودر بیشتر متعادل می شود که می تواند محدوده نوسان مدول را تا 0.03 ± کاهش دهد. برای محصولات تولید شده به صورت دسته ای، از تجهیزات همگن سازی جریان هوا برای اختلاط استفاده می شود (زمان همگن سازی 1-2 ساعت، سرعت جریان هوا 15-20 متر بر ثانیه) برای اطمینان از یکنواختی مدول هر دسته از محصولات (انحراف مدول بین دسته ها ≤±0.05).

3. تجزیه و تحلیل عوامل موثر بر کنترل مدول و اقدامات متقابل

(I) نوسانات کیفیت مواد خام
خلوص ماسه سیلیس و اندازه ذرات
اگر محتوای ناخالصی‌هایی مانند Fe2O3 و Al2O3 در ماسه سیلیس از 1.0% بیشتر شود، با NaOH واکنش داده و نمک‌های سدیم مربوطه را تولید می‌کند، منابع سدیم را مصرف می‌کند و باعث می‌شود مدول واقعی بیش از حد بالا باشد. اقدامات متقابل: از فرآیند ترشی جداسازی مغناطیسی (10% خیساندن اسید کلریدریک به مدت 2 ساعت) برای حذف ناخالصی ها و افزایش خلوص ماسه سیلیس به بیش از 98% استفاده کنید. توزیع ناهموار اندازه ذرات ماسه سیلیس (مانند دهانه اندازه ذرات > 0.3 میلی متر) منجر به نرخ واکنش متناقض می شود و انحراف مدول محلی می تواند به 0.2 ± برسد. راه حل: از غربالگری ارتعاشی برای دستیابی به طبقه بندی اندازه ذرات استفاده کنید و از ماسه سیلیس با اندازه ذرات 0.05-0.1 میلی متر به عنوان ماده خام استفاده کنید.
مشکل رقیق شدن هیدروکسید سدیم
هیدروکسید سدیم صنعتی به راحتی رطوبت را در طول ذخیره‌سازی جذب می‌کند و در نتیجه میزان موثر NaOH کاهش می‌یابد (محتوای اندازه‌گیری شده ممکن است کمتر از 95٪ باشد، که منجر به انحراف در محاسبه نسبت می‌شود. اقدامات متقابل: هیدروکسید سدیم را در بشکه های مهر و موم شده خریداری کنید، قبل از استفاده، غلظت را با تیتراسیون اسید-باز کالیبره کنید و مقدار خوراک را با توجه به مقدار اندازه گیری شده تنظیم کنید.
(II) نوسانات پارامتر فرآیند
تغییرات در راندمان انتقال حرارت راکتور
پس از استفاده طولانی مدت، دیواره داخلی راکتور ممکن است مقیاس شود (جزء اصلی سیلیکات کلسیم است) که در نتیجه ضریب انتقال حرارت کاهش می یابد و دمای واکنش کاهش می یابد. راه حل: تمیز کردن شیمیایی را به طور منظم (یک چهارم یک بار) انجام دهید (از محلول اسید هیدروفلوئوریک 5٪ برای 2 ساعت تمیز کردن گردش خون استفاده کنید) تا راندمان انتقال حرارت به بیش از 90٪ مقدار اولیه بازگردد.
پدیده تجمع مواد در برج خشک کن اسپری
اگر پودر بیش از حد روی دیواره داخلی برج خشک‌کن انباشته شود (زمان اقامت بیش از 24 ساعت)، ممکن است به دلیل جذب رطوبت از بین برود و آگلومراهایی با ویسکوزیته بالا تشکیل دهد که بر پایداری فرآیند خشک کردن اتمیزه شدن بعدی تأثیر می‌گذارد. اقدامات متقابل: یک دستگاه لرزش خودکار (ارتعاش 5-10 بار در ساعت، دامنه 5-8 میلی متر) نصب کنید و بعد از هر جابجایی دیواره داخلی را تمیز کنید تا ضخامت مواد انباشته شده را تا 1 میلی متر کنترل کنید.
(III) خطای سیستماتیک روش تشخیص
تشخیص مدول معمولاً از تیتراسیون اسید-باز استفاده می کند، اما جزئیات فرآیند عملیات ممکن است خطاهایی را ایجاد کند. به عنوان مثال، اگر دمای آب در هنگام حل شدن نمونه از 60 درجه بیشتر شود، هیدرولیز سیلیکات را تسریع می‌کند و در نتیجه مقدار اندازه‌گیری SiO2 کم و مقدار محاسبه مدول کوچکی ایجاد می‌شود. روش بهبود: هنگام حل کردن نمونه از آب دیونیزه شده در دمای 2±30 درجه سانتیگراد استفاده کنید (مانند سرعت انحلال محصول نوع HLNAP-1 ≤60s/30℃)، و از همزن مغناطیسی برای هم زدن سریع (سرعت 300r/min) استفاده کنید تا از انحلال کامل در عرض 2 دقیقه اطمینان حاصل شود. علاوه بر این، انتخاب نشانگر (مانند تفاوت در محدوده تغییر رنگ متیل اورانژ و فنل فتالئین) نیز بر تعیین نقطه پایانی تیتراسیون تأثیر می گذارد. توصیه می شود از تیتراسیون پتانسیومتری (خطای تعیین نقطه پایان < 0.1 میلی لیتر) به جای روش نشانگر سنتی برای بهبود دقت تشخیص آنالوگ به دیجیتال (انحراف اندازه گیری مکرر 0.02 ± ≤). استفاده شود.