1. Caratteristiche del silicato di potassio liquido e analisi delle fonti insolubili
Essendo uno dei prodotti importanti di Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd., il silicato di potassio liquido (modulo 3,10-3,40) è ampiamente utilizzato in rivestimenti inorganici a base acqua, agenti indurenti per pavimenti, adesivi per bacchette di saldatura e altri campi grazie alle sue eccellenti prestazioni (come elevata trasparenza estetica e forte alcalinità). Tuttavia, se nel prodotto sono presenti sostanze insolubili, ciò non solo influenzerà la sua qualità estetica, ma potrebbe anche avere un impatto negativo sulle prestazioni delle applicazioni a valle, come l'ostruzione dell'ugello della vernice e la riduzione dell'uniformità dell'adesivo. Pertanto, la riduzione del contenuto insolubile è un anello chiave per migliorare la qualità del prodotto.
Dal punto di vista della composizione chimica e del processo di produzione, gli insolubili nel silicato di potassio liquido con modulo (M): 3,10-3,40 provengono principalmente dai seguenti aspetti:
Impurità delle materie prime: le principali materie prime per la produzione di silicato di potassio sono sabbia di quarzo (contenente SiO₂), idrossido di potassio (KOH), ecc. Se la sabbia di quarzo contiene impurità minerali come Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO (come feldspato, mica, ecc.) o l'idrossido di potassio contiene impurità come carbonati e solfati, queste impurità potrebbero non essere in grado di partecipare pienamente alla reazione durante la fusione ad alta temperatura o una reazione in fase liquida, formando residui insolubili.
Prodotti di reazione incompleti: il silicato di potassio viene solitamente preparato sciogliendo sabbia di quarzo e idrossido di potassio ad alta temperatura (metodo a secco) o reazione in fase liquida in condizioni pressurizzate (metodo a umido). Se i parametri di processo come temperatura, pressione e tempo di reazione non vengono controllati adeguatamente, la sabbia di quarzo potrebbe non essere completamente dissolta, formando particelle di SiO₂ non reagite.
Inquinamento del processo di produzione: i prodotti della corrosione (come gli ossidi di ferro) sulle pareti interne delle apparecchiature di produzione (come reattori e tubazioni), le impurità meccaniche (come polvere e detriti metallici) mescolati durante il trasporto e gli inquinanti nell'ambiente di produzione possono introdurre sostanze insolubili.
Cambiamenti nello stoccaggio e nel trasporto: durante lo stoccaggio, se il silicato di potassio liquido entra in contatto con la CO₂ presente nell'aria, può verificarsi la carbonatazione per generare precipitati di K₂CO₃ e SiO₂; inoltre, se il materiale del contenitore di stoccaggio reagisce chimicamente con il prodotto, si possono produrre anche sostanze insolubili.
2. Percorsi tecnici per ridurre il contenuto di sostanze insolubili
(I) Ottimizzazione e pretrattamento delle materie prime
Seleziona materie prime di elevata purezza
Sabbia di quarzo: selezionare sabbia di quarzo di elevata purezza con un contenuto di SiO₂ pari a ≥99% per ridurre il contenuto di impurità come Fe₂O₃ (≤0,01%) e Al₂O₃ (≤0,05%). Ad esempio, rimuovere le impurità ferromagnetiche nella sabbia di quarzo attraverso la separazione magnetica o utilizzare il decapaggio (come il trattamento con acido fluoridrico) per rimuovere gli ossidi metallici attaccati alla superficie.
Idrossido di potassio: utilizzare il grado industriale uno (purezza ≥ 85%) e controllare rigorosamente il carbonato (≤ 1,0% in termini di K₂CO₃) e il solfato (≤ 0,1% in termini di K₂SO₄). L'idrossido di potassio può essere ulteriormente purificato mediante processo di ricristallizzazione per ridurre l'introduzione di impurità.
Processo di pretrattamento delle materie prime
Frantumazione e classificazione della sabbia di quarzo: frantumare la sabbia di quarzo fino a ottenere una dimensione delle particelle adeguata (come D90 ≤ 50μm) per aumentare l'area di contatto della reazione. Allo stesso tempo, rimuovere le particelle grossolane e i minerali impuri mediante screening o classificazione del flusso d'aria per garantire l'uniformità della dimensione delle particelle della materia prima.
Ottimizzazione della dissoluzione dell'idrossido di potassio: quando si scioglie l'idrossido di potassio, utilizzare acqua deionizzata e controllare la temperatura di dissoluzione (ad esempio 60-80 ℃) e la velocità di agitazione (ad esempio 200-300 giri/min) per garantire la completa dissoluzione ed evitare particelle residue non disciolte.
(II) Ottimizzazione dei parametri del processo produttivo
Ottimizzazione del processo a umido (prendendo come esempio il metodo in fase liquida)
Temperatura e pressione di reazione: il silicato di potassio con un modulo di 3,10-3,40 viene solitamente preparato mediante reazione in fase liquida pressurizzata. Gli studi hanno dimostrato che quando la temperatura di reazione aumenta da 120℃ a 150℃ e la pressione aumenta da 0,3MPa a 0,6MPa, il tasso di dissoluzione della sabbia di quarzo può essere aumentato del 30%-50%, riducendo significativamente le particelle di SiO₂ non reagite. Si consiglia di controllare la temperatura di reazione a 140-150℃, mantenere la pressione a 0,5-0,6 MPa ed estendere il tempo di reazione a 4-6 ore per garantire che la sabbia di quarzo sia completamente dissolta.
Rapporto materiale: controllare rigorosamente il rapporto molare (modulo) di KOH e SiO₂. Per i prodotti con un modulo target di 3,10-3,40, il rapporto molare teorico (K₂O:SiO₂) è 1:3,10-1:3,40. Nella produzione effettiva, la proporzione di KOH può essere opportunamente aumentata (ad esempio un eccesso del 5%-10%) per favorire la dissoluzione di SiO₂, ma un KOH eccessivo dovrebbe essere evitato per rendere il prodotto troppo alcalino e aumentare i costi.
Intensità e metodo di agitazione: viene utilizzata una combinazione di un agitatore ad ancora e un agitatore a turbina. Nella fase iniziale della reazione (0-2 ore), viene utilizzata un'alta velocità (come 400 giri/min) per migliorare il trasferimento di massa. Nella fase successiva (2-6 ore), la velocità viene ridotta a 200 giri/min per evitare un'agitazione eccessiva, che porta ad un aumento del consumo di energia, all'usura delle apparecchiature e alle impurità.
Ottimizzazione del processo a secco (metodo di fusione)
Temperatura e tempo di fusione: la reazione secca richiede la fusione di sabbia di quarzo e idrossido di potassio ad alta temperatura (solitamente ≥ 300 ℃). Aumentando la temperatura di fusione a 350-400℃ ed estendendo il tempo di isolamento a 2-3 ore si può rendere la reazione più completa. Ad esempio, a 380 ℃ per 2,5 ore, il tasso di conversione della sabbia di quarzo può raggiungere oltre il 98%, riducendo significativamente il contenuto insolubile.
Selezione dell'attrezzatura per la fusione: utilizzare un forno fusorio rivestito di corindone o quarzo per ridurre la reazione chimica tra il materiale dell'attrezzatura e i reagenti (come la dissoluzione del ferro). Allo stesso tempo, pulire regolarmente gli attacchi sulla parete del forno per evitare l'accumulo di impurità.
(III) Tecnologia di purificazione e separazione
Processo di filtrazione
Combinazione di filtrazione multistadio:
Filtrazione preliminare: dopo che il liquido di reazione si è raffreddato, viene utilizzato un filtro a piastra e telaio (il materiale del tessuto del filtro è polipropilene, dimensione dei pori 20-50μm) per rimuovere le impurità delle particelle più grandi (come sabbia di quarzo non reagita, prodotti di corrosione delle apparecchiature).
Filtrazione fine: la filtrazione fine viene eseguita tramite la tecnologia di filtrazione a membrana (come membrana ceramica o membrana organica). La membrana ceramica (dimensione dei pori 0,1-0,5μm) può trattenere più del 99% della materia insolubile, è resistente alle alte temperature e ha una buona stabilità chimica. È adatto per soluzioni di silicato di potassio altamente alcaline. Ad esempio, utilizzando una membrana ceramica con una dimensione dei pori di 0,2μm e filtrando a una pressione di 0,2-0,3MPa è possibile rimuovere efficacemente le particelle insolubili di dimensioni micron.
Applicazione di coadiuvanti di filtrazione: aggiungere una quantità adeguata di coadiuvanti di filtrazione (come farina fossile e perlite) prima della filtrazione. La sua struttura porosa può assorbire minuscole particelle e migliorare l'efficienza e la chiarezza della filtrazione. La quantità di coadiuvante di filtrazione aggiunta è solitamente pari allo 0,5%-1,0% della massa del liquido di alimentazione e i parametri specifici devono essere ottimizzati attraverso esperimenti.
Separazione centrifuga: per soluzioni di silicato di potassio a bassa viscosità (come soluzioni diluite nell'intervallo 34,0-37,0 gradi Baume), è possibile utilizzare un separatore a dischi per la separazione centrifuga. La velocità centrifuga è controllata a 3000-5000 giri/min e il tempo di centrifuga è di 10-20 minuti, il che può separare efficacemente le particelle insolubili con densità più elevata (come limatura di ferro e fango).
Scambio ionico e adsorbimento:
Se la materia insolubile contiene ioni metallici (come Fe³, Al³), può essere rimossa mediante resina a scambio ionico. Ad esempio, l'uso di resina a scambio cationico forte (come la resina di acido stirene solfonico) può adsorbire cationi come Fe³ e Al³ nella soluzione, ridurre il contenuto di impurità metalliche e ridurre la precipitazione di idrossidi causata dall'idrolisi degli ioni metallici.
Adsorbimento di carbone attivo: aggiungere lo 0,1%-0,3% di carbone attivo (superficie specifica ≥1000 m²/g) alla soluzione, mescolare e assorbire per 30-60 minuti a 50-60 ℃, che può rimuovere pigmenti, materia organica e alcuni ioni metallici e migliorare la trasparenza della soluzione.
(IV) Controllo delle attrezzature e dell'ambiente di produzione
Aggiornamento dei materiali delle apparecchiature: le apparecchiature a contatto con i materiali, come reattori, tubazioni, contenitori di stoccaggio, ecc., sono realizzate in acciaio inossidabile (come 316L), rivestimento in vetro o politetrafluoroetilene per evitare la generazione di impurità come Fe² e Fe³ dovute alla corrosione del normale acciaio al carbonio. Ad esempio, il tasso di corrosione dell’acciaio inossidabile è solo 1/100 di quello dell’acciaio al carbonio, il che può ridurre significativamente la materia insolubile introdotta dall’usura delle apparecchiature.
Controllo della pulizia dell'ambiente di produzione: nei processi di dosaggio, reazione, filtrazione, ecc. vengono predisposte strutture antipolvere (come i sistemi di purificazione dell'aria) e sul pavimento dell'officina viene utilizzato un rivestimento in resina epossidica per ridurre l'inquinamento da polvere. Gli operatori devono indossare indumenti da lavoro e guanti privi di polvere per evitare l'introduzione di impurità da parte dell'uomo.
Pulizia e manutenzione delle attrezzature: stabilire rigorose procedure di pulizia delle attrezzature. Dopo ogni produzione, sciacquare il reattore e le tubazioni con acqua deionizzata per garantire che non vi siano residui di materiale. Eseguire regolarmente la pulizia chimica (ad esempio utilizzando una soluzione alcalina diluita o una soluzione di acido citrico) sull'attrezzatura di filtraggio (come i componenti della membrana) per ripristinare le prestazioni di filtrazione ed evitare che le impurità blocchino i fori del filtro.
(V) Controllo del processo di stoccaggio e trasporto
Selezione del contenitore per lo stoccaggio: utilizzare fusti di plastica sigillati (come fusti in HDPE) o serbatoi in acciaio inossidabile per conservare il silicato di potassio liquido ed evitare l'uso di contenitori corrosivi come fusti di ferro. L'ambiente di conservazione deve essere fresco e asciutto, lontano da gas acidi (come CO₂, SO₂) per prevenire la carbonatazione del prodotto.
Protezione del processo di trasporto: il veicolo di trasporto deve essere pulito e asciutto per evitare la miscelazione con altri prodotti chimici. Adottare misure di ombreggiatura durante il trasporto in estate per evitare che le alte temperature causino la volatilizzazione o il deterioramento del prodotto; prestare attenzione alla conservazione del calore in inverno per evitare che la soluzione si congeli e causi danni strutturali e precipitazioni.
Gestione del periodo di conservazione: il periodo di conservazione del prodotto solitamente non supera i 6 mesi e il contenuto insolubile deve essere testato nuovamente dopo tale periodo. Se si riscontrano precipitazioni, è possibile filtrarle o riscaldarle per dissolverle (ad esempio riscaldandole a 60-80 ℃ e agitandole) prima dell'uso.
3. Ispezione della qualità e monitoraggio del processo
(I) Metodi e standard di ispezione
Determinazione del contenuto insolubile: fare riferimento allo standard GB/T 26524-2011 "Industrial Potassium Silicate" e utilizzare il metodo del peso per la determinazione. I passaggi specifici sono: prelevare una certa quantità di campione, filtrarlo con carta da filtro quantitativa, lavare il residuo con acqua calda fino all'eliminazione dello ione potassio (test con una soluzione di tetrafenilborato di sodio), essiccarlo fino a peso costante e calcolare la frazione di massa della materia insolubile. L'obiettivo è controllare il contenuto insolubile a ≤0,1% (frazione di massa).
Rilevamento correlato ad altri indicatori: monitorare contemporaneamente il grado Baume del prodotto, la densità, il contenuto di silice, il contenuto di ossido di potassio, il modulo e altri indicatori per garantire che le prestazioni principali del prodotto non siano influenzate riducendo al contempo la materia insolubile. Ad esempio, se il processo di filtrazione provoca una diminuzione del contenuto di SiO₂, è possibile compensarla regolando il rapporto dei materiali di reazione.
(II) Sistema di monitoraggio del processo
Ispezione delle materie prime che entrano nella fabbrica: quando ogni lotto di sabbia di quarzo e idrossido di potassio entra nella fabbrica, viene testato il suo contenuto di impurità (come Fe₂O₃, Al₂O₃, carbonato, ecc.). È severamente vietato mettere in produzione materie prime non qualificate.
Monitoraggio online: nel reattore sono installati sensori di pH, sensori di temperatura e sensori di pressione per monitorare il processo di reazione in tempo reale. Quando il valore del pH o la temperatura si discosta dall'intervallo impostato, viene emesso un allarme automatico e i parametri di processo vengono regolati.
Rilevamento del prodotto intermedio: una volta completata la reazione, vengono prelevati campioni prima della filtrazione per rilevare il contenuto insolubile. Se supera lo standard, deve essere filtrato nuovamente o riportato al forno per la reazione. Dopo la filtrazione e prima del confezionamento, i campioni vengono prelevati nuovamente per essere testati per garantire che il prodotto finito soddisfi i requisiti di qualità.
4. Basi pratiche e vantaggi
In qualità di impresa specializzata nella produzione di prodotti in silicio inorganico, Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd dispone di un accumulo tecnico unico nella regolazione della silice colloidale e della microstruttura dei silicati, che fornisce supporto teorico per l'ottimizzazione del processo di produzione del silicato di potassio liquido. Le linee di produzione esistenti dell'azienda hanno una capacità produttiva ad alta efficienza e possono rispondere rapidamente alle esigenze di ottimizzazione del processo, come la regolazione del sistema di agitazione del reattore o l'introduzione di apparecchiature di filtrazione a membrana per ottenere un controllo preciso del contenuto insolubile.
Inoltre, l'azienda si concentra su soluzioni di prodotto personalizzate. Nella ricerca tecnica e nello sviluppo della riduzione del contenuto insolubile, è in grado di combinare le esigenze applicative di diversi clienti (come gli elevati requisiti di trasparenza nel settore dei rivestimenti e la sensibilità dell'industria della fonderia alle impurità) per fornire suggerimenti mirati sulla regolazione del processo. Allo stesso tempo, basandosi su un'ampia gamma di scenari applicativi di mercato (che coprono l'elettronica, l'abbigliamento, la produzione della carta e altri settori), l'azienda può migliorare continuamente il processo di produzione attraverso il feedback a valle, formando un ciclo virtuoso di "R&S - produzione - applicazione - ottimizzazione".
