1. Sıvı potasyum silikatın özellikleri ve uygulama geçmişi
Önemli bir inorganik silikon bileşiği olan sıvı potasyum silikat, benzersiz kimyasal özellikleri nedeniyle birçok alanda önemli bir rol oynar. Örnek olarak Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd tarafından üretilen HLKL-1 sıvı potasyum silikat alınırsa modülü 2,20-2,40'tır. Yüksek şeffaflık ve güçlü alkalilik özelliklerine sahiptir. İnorganik kaplamalarda, potaslı gübrelerde, katalizörlerde, sabun dolgularında, refrakter malzemelerde ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Üretim sürecinde, ürün kalitesini sağlamanın anahtarı aşırı polimerizasyon veya jelleşmeden kaçınmaktır; bu sadece ürünün performans stabilitesiyle ilgili değildir, aynı zamanda işletmenin üretim verimliliğini ve pazar rekabet gücünü de doğrudan etkiler.
2. Sıvı potasyum silikatın polimerizasyonu ve jelleşmesinin temel prensipleri
(I) Polimerizasyon reaksiyon mekanizması
Sıvı potasyum silikatın ana bileşeni potasyum silikattır (K₂O・nSiO₂・mH₂O) ve sulu çözeltisinde karmaşık silikat anyonları bulunur. Belirli koşullar altında bu anyonlar, farklı polimerizasyon derecelerine sahip polisilikatlar oluşturmak için silikon-oksijen bağlarının (Si-O-Si) oluşumu yoluyla polimerizasyona uğrayacaktır. Modül (M), potasyum silikattaki silikon dioksit miktarının potasyum okside oranını ölçmek için önemli bir göstergedir. Modülü 2.20-2.40 olan sıvı potasyum silikat için silikon-oksijen tetrahedronun polimerizasyon derecesi orta seviyededir ve polimerizasyon reaksiyonunun kontrol edilebilirliği çok önemlidir.
(II) Jelleşmenin nedenleri
Jelleşme aşırı polimerizasyonun sonucudur. Polisilikatların moleküler zincirleri büyümeye devam ettiğinde ve üç boyutlu bir ağ yapısı oluşturmak üzere çapraz bağlandığında sistem sıvıdan jele dönüşecektir. Bu işlem genellikle sıcaklık, konsantrasyon, pH değeri, safsızlık içeriği ve karıştırma koşulları gibi faktörlerin bir kombinasyonundan etkilenir. Jelleşme meydana geldiğinde, sıvı potasyum silikatın akışkanlığı ve performansı ciddi şekilde azalacak ve hatta müşteri uygulama gereksinimlerini karşılayamayabilir.
3. Üretim sırasında polimerizasyon ve jelleşmeyi etkileyen temel faktörler
(I) Hammadde saflığı ve oranı
Silikon dioksit hammaddeleri: Sıvı potasyum silikat üretmek için kullanılan silikon dioksit hammaddelerinin (kuvars kumu gibi) saflığı, ürünün kalitesini doğrudan etkiler. Hammaddeler demir, alüminyum ve kalsiyum gibi safsızlık iyonları içeriyorsa, bu safsızlıklar polimerizasyon reaksiyonları için katalizör veya çapraz bağlanma merkezleri görevi görebilir, polimerizasyon reaksiyonunu hızlandırabilir ve jelleşme riskini artırabilir. Örneğin aşırı demir içeriği (%0,01'den fazla gibi) sıvı potasyum silikatın stabilitesini önemli ölçüde azaltacaktır. Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd, bu düşünceye dayanarak üretim sürecinde ≤%0,01'lik demir içeriğini kesinlikle kontrol eder.
Potasyum oksidin silikon dioksite oranı: Modülün doğru kontrolü, kaliteli sıvı potasyum silikat üretmenin temelidir. Modül hesaplaması, potasyum oksit (K₂O) miktarının silikon dioksite (SiO₂) oranına dayanır. Eğer oran hatalıysa sistemdeki silikon-oksijen tetrahedronların yük dengesi bozulabilir ve böylece anormal polimerizasyon meydana gelebilir. Üretim süreci sırasında modülün 2,20-2,40 hedef aralığında olmasını sağlamak için hassas ölçüm ve kimyasal reaksiyon kontrolü gereklidir.
(II) Reaksiyon sıcaklığı ve süresi
Sıcaklığın etkisi: Sıcaklık, polimerizasyon reaksiyon hızını etkileyen önemli bir faktördür. Sıcaklığın arttırılması moleküler hareket hızını hızlandıracak ve reaktan molekülleri arasındaki çarpışma olasılığını artıracak, böylece polimerizasyon reaksiyonunu hızlandıracaktır. Sıvı potasyum silikatın hazırlanması sürecinde, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç reaksiyon prosesi benimsenirse, sıcaklık uygun şekilde kontrol edilmezse polimerizasyon reaksiyonu kontrolden çıkabilir ve yüksek moleküler ağırlıklı polisilikatlar hızla üretilebilir ve hatta jelleşme meydana gelebilir. Örneğin reaksiyon sıcaklığı 120°C'yi aştığında polimerizasyon reaksiyon hızı keskin bir şekilde artabilir ve sıcaklığın gerçek zamanlı izlenmesine ve düzenlenmesine özel dikkat gösterilmelidir.
Reaksiyon süresinin kontrolü: Reaksiyon süresi polimerizasyon derecesi ile yakından ilişkilidir. Belirli bir sıcaklıkta, reaksiyon süresinin uzamasıyla birlikte polimerizasyon derecesi giderek artar. Reaksiyon süresi çok uzunsa polisilikatın moleküler zinciri büyümeye devam edecek ve sonunda bir jel oluşturacaktır. Bu nedenle silikanın aşırı polimerizasyondan kaçınarak tam olarak reaksiyona girmesini sağlamak için deneyler yoluyla optimal reaksiyon süresinin belirlenmesi gereklidir. Modülü 2,20-2,40 olan sıvı potasyum silikat için reaksiyon süresinin genellikle 8-12 saat aralığında kontrol edilmesi gerekir. Belirli sürenin reaksiyon ekipmanına ve hammadde özelliklerine göre ayarlanması gerekir.
(III) Çözelti konsantrasyonu ve pH değeri
Konsantrasyonun etkisi: Sıvı potasyum silikat çözeltisinin konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, birim hacim başına silikat anyonlarının konsantrasyonu o kadar yüksek olur, moleküller arası çarpışma olasılığı o kadar artar ve polimerizasyon reaksiyon hızı o kadar hızlı olur. Konsantrasyon belirli bir eşiği aştığında (Baume'nin 46.0'dan büyük olması gibi), sistemin viskozitesi önemli ölçüde artar, kütle transferi ve ısı transfer verimliliği azalır ve lokal aşırı ısınmaya ve düzensiz polimerizasyon reaksiyonuna neden olmak kolaydır, bu da jelleşmeyi tetikler. Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd tarafından üretilen HLKL-1 sıvı potasyum silikatın Baume derecesi, nispeten güvenli bir konsantrasyon aralığında olan 44.0-46.0'da kontrol edilir, ancak yine de üretim süreci sırasında konsantrasyondaki değişikliklere çok dikkat etmek gerekir.
pH değeri düzenlemesi: Potasyum silikat çözeltisi kuvvetli alkalidir ve pH değeri silikat anyonlarının varlığını etkileyecektir. Yüksek pH koşullarında silikat anyonları esas olarak monomerler veya oligomerler formunda bulunur ve polimerizasyon reaksiyon hızı yavaştır; pH değeri düştüğünde silikatın ayrışma derecesi azalır ve silikat koloidal parçacıkları kolaylıkla oluşur. Bu parçacıklar polimerizasyon reaksiyonunun çekirdeği olarak görev yapacak ve polisilikatın oluşumunu ve çapraz bağlanmasını destekleyecektir. Bu nedenle üretim sürecinde potasyum hidroksit gibi alkali maddeler ilave edilerek sistemin pH değerinin sabit tutulması gerekir. Aşırı polimerizasyonu önlemek için genellikle pH değeri 12-13 arasında kontrol edilir.
(IV) Karıştırma ve kütle transfer etkisi
Karıştırma, reaksiyon sisteminin homojenliğini sağlamak için önemli bir araçtır. Sıvı potasyum silikatın üretim prosesinde karıştırmanın yeterli olmaması halinde, yerel bölgedeki ham madde konsantrasyonu, sıcaklık ve pH değeri eşit olmayabilir ve bu durum lokal aşırı polimerizasyona neden olabilir. Örneğin, reaktörün ölü köşesinde veya karıştırma küreğinin yakınında malzeme tutulumu ve aşırı reaksiyon meydana gelebilir, jel çekirdek oluşabilir ve yavaş yavaş tüm sisteme yayılabilir. Bu nedenle reaksiyon prosesi sırasında malzemelerin tamamen karışmasını sağlamak ve kütle transferi ile ısı transfer verimliliğini artırmak için uygun karıştırıcı tipinin ve karıştırma hızının seçilmesi gerekmektedir. Genellikle bir çapa karıştırıcı veya kanatlı karıştırıcı kullanılır ve karıştırma etkisi ile enerji tüketimini dengelemek için karıştırma hızı 30-60 rpm'de kontrol edilir.
(V) Safsızlıklar ve katalizörler
Hammaddelerdeki yabancı madde iyonlarına ek olarak, üretim ekipmanı malzemelerinin seçimi de yabancı maddeleri beraberinde getirecektir. Örneğin, reaktör sıradan karbon çeliğinden yapılmışsa, güçlü alkali koşullar altında demir iyonları çözünebilir ve çözeltiye girerek polimerizasyon reaksiyonunu hızlandırabilir. Bu nedenle, yabancı maddelerin girişini azaltmak için genellikle paslanmaz çelik veya emaye reaktörler kullanılır. Ek olarak, bazı metal iyonları (sodyum iyonları ve kalsiyum iyonları gibi) polimerizasyon reaksiyonlarını teşvik etmek için katalizör görevi görebilir ve ham maddenin ön işlemi ve üretimi sırasında mümkün olduğu kadar uzaklaştırılması gerekir.
4. Aşırı polimerizasyon veya jelleşmeyi önlemek için temel teknik önlemler
(I) Hammadde ön işlemi ve kalite kontrolü
Yüksek saflıkta hammaddeleri seçin: silika hammaddeleri olarak demir ve alüminyum gibi düşük yabancı madde içeriğine sahip kuvars kumunu seçin ve saflıklarının üretim gereksinimlerini karşıladığından emin olmak için hammaddeler üzerinde sıkı kimyasal analizler yapın. Aynı zamanda, safsızlık iyonlarının girişini önlemek için potasyum kaynağı olarak yüksek kaliteli potasyum hidroksit veya potasyum karbonat kullanın.
Hammadde oranını hassas bir şekilde kontrol edin: Modülün hedef aralıkta olduğundan emin olmak için potasyum oksit ve silikon dioksitin besleme miktarını doğru bir şekilde kontrol etmek için gelişmiş ölçüm ekipmanlarını (elektronik teraziler, akış ölçerler gibi) kullanın. Üretim süreci sırasında, çözeltinin modülünü ve konsantrasyonunu gerçek zamanlı olarak izlemek ve hammadde oranını zamanında ayarlamak için çevrimiçi analitik araçlar kullanılabilir.
(II) Reaksiyon prosesi parametrelerini optimize edin
Bölümlere ayrılmış sıcaklık kontrol süreci: Silikon dioksitin çözünmesini ve ilk polimerizasyon reaksiyonunu hızlandırmak için reaksiyonun başlangıcında sıcaklığı (100-110°C gibi) uygun şekilde artırmak için bölümlenmiş bir sıcaklık kontrol stratejisi kullanın; Reaksiyonun orta ve geç aşamalarında, polimerizasyon reaksiyon hızını yavaşlatmak ve aşırı polimerizasyonu önlemek için sıcaklığı kademeli olarak azaltın (80-90°C gibi). Bu sayede reaksiyon verimliliği sağlanırken polimerizasyon derecesi daha iyi kontrol edilebilir.
Reaksiyon süresini sıkı bir şekilde kontrol edin: Hammaddelerin özelliklerine ve reaksiyon ekipmanının performansına göre optimum reaksiyon süresi penceresi deneylerle belirlenir. Üretim süreci sırasında reaksiyon süresinin doğru bir şekilde kontrol edilebilmesini sağlamak ve insan işletim hatalarından kaynaklanan aşırı reaksiyon süresini önlemek için bir zaman rölesi veya otomatik kontrol sistemi kurun.
Çözelti konsantrasyonunu ve pH değerini kontrol edin: Reaksiyon işlemi sırasında çözeltinin Baume derecesini ve pH değerini düzenli olarak izleyin ve bunları deiyonize su veya potasyum hidroksit çözeltisi ekleyerek ayarlayın. Baume derecesi üst sınıra (46,0) yaklaştığında, zamanla seyreltmek için deiyonize su ekleyin; pH değeri 12'den düşük olduğunda sistemin alkali ortamını korumak için uygun miktarda potasyum hidroksit çözeltisi ekleyin.
(III) Karıştırma ve ekipman tasarımının güçlendirilmesi
Karıştırma sistemini optimize edin: Reaktörün hacmine ve malzeme özelliklerine göre karıştırıcının uygun tipini ve kurulum konumunu seçin. Örneğin, büyük reaktörler için, malzemelerin farklı alanlardaki karıştırma etkisini iyileştirmek için çok katmanlı karıştırma kanatları veya kombine karıştırıcılar (üst katmandaki türbin karıştırıcıları ve alt katmandaki çapa karıştırıcıları gibi) kullanılabilir. Aynı zamanda, karıştırma küreğinin hızı ve yönü, girdapları ve malzeme tutulmasını önleyecek şekilde makul şekilde tasarlanmıştır.
Reaktörün yapısını geliştirin: Malzemelerin reaktör duvarına yapışmasını ve tutulmasını azaltmak için pürüzsüz iç duvarı olan ve ölü köşeleri olmayan bir reaktör tasarımı kullanın. Örneğin reaktörün tabanı, malzemelerin boşaltılmasını ve temizlenmesini kolaylaştırmak için konik veya eliptik olacak şekilde tasarlanabilir; Malzemenin akış yönünü yönlendirmek ve karıştırma homojenliğini geliştirmek için reaktöre bir kılavuz tüp yerleştirilmiştir.
Ultrasonik veya mekanik titreşimin getirilmesi: Karıştırma işlemi sırasında, enerji girişi yoluyla malzemelerin karıştırma ve kütle aktarım etkilerini daha da artırmak için ultrasonik veya mekanik titreşim cihazları eklenebilir. Ultrasonik dalgalar kavitasyon etkileri yaratabilir, malzemelerdeki topakları ve jel çekirdeklerini yok edebilir ve aşırı polimerizasyon reaksiyonlarını engelleyebilir; mekanik titreşimler, malzemelerin karıştırma küreğine ve reaktör duvarına yapışmasını azaltabilir ve reaksiyon sisteminin homojenliğini geliştirebilir.
(IV) Stabilizatörlerin ve inhibitörlerin eklenmesi
Stabilizatörlerin rolü: Sıvı potasyum silikat çözeltisine organik alkoller (metanol, etanol), polioller (etilen glikol, propilen glikol) veya polietilen glikol gibi uygun miktarda stabilizatörün eklenmesi. Bu stabilizatörler silikat anyonlarıyla hidrojen bağları oluşturabilir, silikon-oksijen bağlarının oluşumunu engelleyebilir ve dolayısıyla polimerizasyon reaksiyonunu engelleyebilir. Eklenen stabilizatörün miktarı genellikle çözelti kütlesinin %0,5-2'si kadardır ve optimum ekleme oranının deneylerle belirlenmesi gerekir.
İnhibitör seçimi: Modülü düşük (M=2,20-2,40 gibi) sıvı potasyum silikat için inhibitör olarak az miktarda asit tuzu (potasyum dihidrojen fosfat, potasyum bikarbonat gibi) eklenebilir. Asit tuzları bazı hidroksit iyonlarını nötralize edebilir ve çözeltinin pH değerini uygun şekilde azaltabilir, ancak çok düşük pH değeri nedeniyle silika kolloidinin çökelmesini önlemek için ilave miktarı sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir. Genel olarak eklenen asit tuzunun miktarı, çözeltideki potasyum oksit kütlesinin %0,1'ini geçmez.
(V) Gerçek zamanlı izleme ve süreç kontrolü
Çevrimiçi analiz teknolojisi: Reaksiyon sisteminin bileşimini, viskozitesini, polimerizasyon derecesini ve diğer parametrelerini gerçek zamanlı olarak izlemek için çevrimiçi kızılötesi spektrometreleri, viskozimetreleri ve diğer analitik araçları kullanın. Örneğin kızılötesi spektroskopi, polimerizasyon derecesini belirlemek için silikon-oksijen bağlarının karakteristik absorpsiyon tepe noktalarını gerçek zamanlı olarak tespit edebilir; Viskozimetre, çözeltinin akışkanlığındaki değişiklikleri gerçek zamanlı olarak yansıtabilir. Viskozite anormal şekilde arttığında proses parametrelerini ayarlamak için zamanında önlemler alınabilir.
Otomatik kontrol sistemi: PLC (programlanabilir mantıksal kontrolör) veya DCS (dağıtılmış kontrol sistemi) tabanlı bir otomatik kontrol sistemi kurun ve sıcaklık, basınç, konsantrasyon, pH değeri, karıştırma hızı vb. gibi temel proses parametrelerini otomatik kontrolün kapsamına dahil edin. Önceden ayarlanmış kontrol algoritması ve eşiği aracılığıyla, ısıtma/soğutma cihazının, besleme pompasının, karıştırıcının ve diğer ekipmanın çalışma durumu, üretim sürecinin istikrarlı kontrolünü sağlamak ve insan operasyon hatalarının ürün kalitesi üzerindeki etkisini azaltmak için otomatik olarak ayarlanır.
(VI) İşlem sonrası ve depolama yönetimi
Filtreleme ve berraklaştırma: Reaksiyon tamamlandıktan sonra sıvı potasyum silikat çözeltisi, çözünmemiş yabancı madde parçacıklarını ve olası jel parçacıklarını çıkarmak için filtrelenir. Ürünün şeffaflığını ve saflığını sağlamak için plaka ve çerçeve filtre, santrifüj filtre veya membran filtrasyon ekipmanları kullanılabilir. Filtrelenen çözelti, statik çökeltme veya askıda kalan küçük maddeleri çıkarmak için topaklayıcıların eklenmesi gibi yöntemlerle daha da netleştirilebilir.
Depolama koşulu kontrolü: Sıvı potasyum silikat, havayla temasını önlemek için kapalı plastik varillerde veya paslanmaz çelik tanklarda saklanmalıdır. Depolama ortamı serin ve kuru olmalı, sıcaklık 5-30°C aralığında kontrol edilmeli, doğrudan güneş ışığından ve yüksek sıcaklık ortamından kaçınılmalıdır. Depolama sırasında ürün kalitesi düzenli olarak kontrol edilir. Jelleşme belirtileri varsa, kalitesiz ürünlerin pazara girmesini önlemek için zamanında işlenmeli veya hurdaya çıkarılmalıdır.
5. Pratik deneyim
Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd, inorganik silikon ürünlerinin profesyonel bir üreticisi olarak, sıvı potasyum silikat üretim sürecinde zengin deneyime sahiptir. Şirket her zaman ürün kalitesinin kontrolüne önem vermektedir ve gelişmiş üretim ekipmanları ve test aletlerini tanıtarak eksiksiz bir kalite yönetim sistemi kurmuştur. Sıvı potasyum silikatın aşırı polimerizasyonunu veya jelleşmesini önlemek amacıyla şirket aşağıdaki önlemleri almıştır:
Sıkı hammadde kontrolü: Hammadde olarak yüksek saflıkta kuvars kumu ve potasyum hidroksiti seçin ve hammadde kalitesinin istikrarını sağlamak için yüksek kaliteli tedarikçilerle uzun vadeli işbirliği ilişkileri kurun. Aynı zamanda, niteliksiz hammaddelerin üretime girmesini önlemek için her hammadde partisi fabrikaya girmeden önce sıkı bir şekilde denetlenir.
Optimize edilmiş üretim süreci: Polimerizasyon reaksiyonunun hassas kontrolünü sağlamak için kendi geliştirdiği bölümlü sıcaklık kontrol reaksiyon süreci ve verimli karıştırma sistemi benimsenmiştir. Yıllar süren süreç optimizasyonu sayesinde şirket, 2,20-2,40 modüllü ve mükemmel performansa sahip sıvı potasyum silikat ürünlerini istikrarlı bir şekilde üretebilmektedir.
Mükemmel test yöntemleri: Gelişmiş kimyasal analiz cihazları ve fiziksel performans test ekipmanlarıyla donatılmış olarak üretim sürecindeki her bağlantı gerçek zamanlı olarak izlenir ve analiz edilir. Örneğin, Baume derecesi, yoğunluk, silika içeriği, potasyum oksit içeriği ve çözeltinin diğer göstergeleri ölçülerek, ürün kalitesinin standart gereklilikleri karşıladığından emin olmak için süreç parametreleri zaman içinde ayarlanabilir.
Kişiselleştirilmiş çözümler: Müşterilerin farklı ihtiyaçlarına göre şirket, özelleştirilmiş sıvı potasyum silikat ürünleri ve çözümleri sunabilmektedir. Müşterilerle iletişim sürecinde şirketin teknik personeli, müşterinin uygulama senaryolarını ve performans gereksinimlerini tam olarak anlayacak, müşterilere uygun ürün modelleri önerecek ve müşterilerin kullanım sırasında karşılaştıkları sorunları çözmelerine yardımcı olmak için profesyonel teknik destek sağlayacaktır.
