1. Hammadde oranının hassas tasarımı
(I) Temel hammaddelerin kimyasal ölçüm kontrolü
Sodyum silikatın modülü (M), silikon dioksit miktarının sodyum okside oranı (M = n (SiO₂)/n (Na₂O)) olarak tanımlanır, dolayısıyla ham maddedeki silikon kaynağının sodyum kaynağına kesin oranı modül kontrolünün temelidir. Üretim uygulamasında genellikle öncü madde olarak sıvı su camı kullanılır ve başlangıç modülünün, sodyum hidroksit ve silis kumunun reaksiyonuyla düzenlenmesi gerekir. Hengli Chemical tarafından üretilen HLNAP-1 toz su camını örnek alırsak, hedef modülü 2,0±0,1'dir ve sıvı su camının hazırlanma aşamasında sodyum silikat çözeltisindeki SiO₂'nin Na₂O'ya molar oranının sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.
Spesifik operasyonda silikon kaynağı olarak kuvars kumu (saflık ≥ %95, ana bileşen SiO₂'dir) kullanılabilir ve sodyum kaynağı olarak endüstriyel sınıf sodyum hidroksit (NaOH içeriği ≥ %99) kullanılabilir.
Modül tanımına göre M = m/n, hedef modül 2,0 olduğunda m/n = 2,0 yani teorik olarak her 2 mol SiO₂'nin 1 mol NaOH ile reaksiyona girmesi gerekir. Ancak fiili üretimde silis kumunun dönüşüm oranının (genellikle %85-95) ve reaksiyon sisteminin kaybının dikkate alınması gerekir. Bu nedenle reaksiyon çözeltisindeki SiO₂ ve Na₂O konsantrasyonunun titrasyon yoluyla gerçek zamanlı olarak izlenmesi ve hammadde giriş oranının dinamik olarak ayarlanması gerekir. Örneğin, başlangıçtaki çözelti modülü 2,0'dan saptığında, bu durum NaOH (modülü düşürerek) veya silika sol (modülü artırarak) eklenerek düzeltilebilir.
(II) Katkı maddelerinin sinerjistik etkisi
Reaksiyon kinetiğini ve ürün yapısını iyileştirmek için az miktarda katkı maddesi eklenebilir. Örneğin, sıvı su camının hazırlanması sırasında %0,1-%0,5 sodyum sülfat (Na₂SO₄) eklenmesi, iyonik kuvveti ayarlayarak ve modül dalgalanmalarını önleyerek silikon-oksijen bağlarının aşırı polimerizasyonunu engelleyebilir; aynı zamanda, dağıtıcı madde olarak yaklaşık %0,2 sodyum poliakrilatın eklenmesi, silika kumunun alkalin çözelti içinde dağılabilirliğini geliştirebilir ve reaksiyonun tekbiçimliliğini destekleyebilir, böylece modülün stabilitesini sağlayabilir. Ek olarak, yüksek modül stabilitesi gerektiren yüksek sıcaklığa dayanıklı bağlayıcılar için toz haline getirilmiş sodyum silikat gibi özel uygulama senaryolarındaki ürünler için, silikat ağ yapısını düzenlemek ve modül kontrol doğruluğunu artırmak için lityum iyonlarının güçlü polarizasyon yeteneğini kullanmak amacıyla eser miktarlarda lityum tuzları (%0,05-%0,1 oranında eklenen Li₂CO₃ gibi) eklenebilir.
2. Üretim sürecinin temel kontrol bağlantıları
(I) Sıvı su bardağının hazırlanma işlemi
Reaksiyon sıcaklığı ve basıncı
Silis kumu ve sodyum hidroksitin reaksiyonu, katı-sıvı heterojen bir reaksiyondur ve sıcaklık ve basınç, reaksiyon hızını ve silis kumu dönüşüm oranını doğrudan etkiler. Hengli Chemical'ın proses sisteminde sıvı su camı, reaksiyon sıcaklığı 120-150°C'de ve basınç 1.0-1.5MPa'da kontrol edilen yüksek basınçlı reaktör tarafından hazırlanır. Bu koşul altında silis kumunun çözünme hızı 1,2-1,5g/(min・L)'ye ulaşabilir ve dönüşüm oranı %92'nin üzerinde stabilize edilebilir. Çok düşük sıcaklık, eksik reaksiyona, düşük modüle ve büyük dalgalanmaya yol açacaktır; çok yüksek sıcaklık aşırı polimerizasyona neden olabilir, bu da modül ölçümünde sapmaya neden olabilir. PID sıcaklık kontrol sistemi, reaksiyon sürecinin stabilitesini sağlamak için sıcaklık dalgalanmasını ±2°C'de ve basınç dalgalanmasını ±0,05MPa'da kontrol etmek için kullanılır.
Karıştırma hızı ve reaksiyon süresi
Katı ve sıvı fazlar arasında tam temasın sağlanması için karıştırma hızının 150-200 devir/dakikada tutulması gerekir. Reaksiyon süresi genellikle 4-6 saattir ve bu sürenin silis kumu parçacık boyutuna göre ayarlanması gerekir (silika kumu parçacık boyutu ≤0,1 mm olduğunda reaksiyon süresi 3 saate kısaltılabilir). Reaksiyon sıvısının viskozite değişimi çevrimiçi bir viskozimetre ile izlenir. Viskozite 15-20 mPa・s'ye ulaştığında reaksiyonun bitiş noktası belirlenir. Şu anda çözüm modülü 2,0 hedef değerine yakındır.
(II) Püskürterek kurutma işlemi parametrelerinin optimizasyonu
Sıvı su camı sprey kurutma yoluyla toz ürüne dönüştürüldüğünde, kurutma işleminin ısı transferi ve kütle transferi özellikleri ürünün mikro yapısını etkileyecek ve daha sonra modül üzerinde dolaylı bir etkiye sahip olacaktır. Temel süreç parametreleri şunları içerir:
Giriş sıcaklığı ve çıkış sıcaklığı
Giriş sıcaklığı 300-350°C'de kontrol edilir ve çıkış sıcaklığı 120-140°C'dir. Yüksek sıcaklıktaki sıcak hava, damlacıkları anında kurutabilir (kurutma süresi <5s), uzun süreli ısıtma nedeniyle silikat yapısının ikincil polimerizasyonunu veya ayrışmasını önleyebilir. Giriş sıcaklığı 280°C'nin altındaysa, modül ölçümünün doğruluğunu etkileyen artık neme (su içeriği> %5) neden olabilir; sıcaklık 380°C'den yüksekse, yerel aşırı ısınmaya neden olabilir, bu da Na₂O'nun buharlaşmasına neden olarak ölçülen modülün daha yüksek olmasına neden olabilir.
Atomizasyon basıncı ve nozul açıklığı
6-8 MPa'lık bir atomizasyon basıncına ve 1.0-1.2 mm'lik bir nozül açıklığına sahip bir basınçlı atomizasyon nozulu kullanılır. Bu parametre altında, ortalama damlacık boyutu 50-80μm'de kontrol edilebilir ve kuruduktan sonra toz parçacık boyutunun eşit dağılımı sağlanır (HLNAP-1 tipi ürünler gibi 100 mesh geçiş oranı ≥%95). Çok düşük atomizasyon basıncı, çok büyük damlacık boyutuna neden olacak, kuruduktan sonra büyük parçacık topakları oluşturacak ve modül tekdüzeliğini etkileyecek şekilde içeride tamamen kurumamış artık sıvı bileşenler mevcut olabilecektir; çok yüksek basınç, çok fazla ince toz üretebilir (<200 gözenekli parçacıklar >%10'a karşılık gelir), toz kaybını artırabilir ve ürünün yığın yoğunluğunu değiştirebilir (hedef değer 0,6Kg/L), modül testi sırasında numunenin temsil edilebilirliğini dolaylı olarak etkileyebilir.
(III) Yaşlandırma ve homojenizasyon tedavisi
Kurutulmuş toz ürünün, yaşlandırma sıcaklığı 40-50°C'de ve nem <%30 RH'de kontrol edilerek, kapalı bir depoda 24-48 saat yaşlandırılması gerekir. Yaşlandırma işlemi sırasında toz içindeki nem dağılımı ve mikro yapı daha da dengelenir, bu da modül dalgalanma aralığını ±0,03 oranında azaltabilir. Parti halinde üretilen ürünler için, her bir ürün partisinin modül tekdüzeliğini (partiler arasındaki modül sapması ≤±0,05) sağlamak amacıyla karıştırma için hava akışı homojenleştirme ekipmanı kullanılır (homojenizasyon süresi 1-2 saat, hava akış hızı 15-20 m/s).
3. Modül kontrolünü ve karşı önlemleri etkileyen faktörlerin analizi
(I) Hammadde kalitesinde dalgalanmalar
Silika kumu saflığı ve parçacık boyutu
Silika kumundaki Fe₂O₃ ve Al₂O₃ gibi yabancı maddelerin içeriği %1,0'ı aşarsa, karşılık gelen sodyum tuzlarını oluşturmak için NaOH ile reaksiyona girecek, sodyum kaynaklarını tüketecek ve gerçek modülün çok yüksek olmasına neden olacaktır. Karşı önlemler: Kirlilikleri gidermek ve silika kumunun saflığını %98'in üzerine çıkarmak için manyetik ayırma dekapaj işlemini (%10 hidroklorik asitle 2 saat süreyle ıslatma) kullanın. Silika kumu parçacık boyutunun eşit olmayan dağılımı (parçacık boyutu aralığı > 0,3 mm gibi) tutarsız reaksiyon hızlarına yol açacaktır ve yerel modül sapması ±0,2'ye ulaşabilir. Çözüm: Parçacık boyutu sınıflandırmasına ulaşmak için titreşim taramayı kullanın ve hammadde olarak parçacık boyutu 0,05-0,1 mm olan silis kumu kullanın.
Sodyum hidroksitin sıvılaşması sorunu
Endüstriyel sınıf sodyum hidroksitin depolama sırasında nemi emmesi kolaydır, bu da etkili NaOH içeriğinde bir azalmaya neden olur (ölçülen içerik %95'ten az olabilir), bu da oran hesaplamasında sapmalara yol açar. Karşı önlemler: Kapalı fıçılarda sodyum hidroksit satın alın, kullanımdan önce konsantrasyonu asit-baz titrasyonu ile yeniden kalibre edin ve besleme miktarını ölçülen değere göre ayarlayın.
(II) Proses parametresi dalgalanmaları
Reaktörün ısı transfer verimliliğindeki değişiklikler
Uzun süreli kullanımdan sonra, reaktörün iç duvarı kireçlenebilir (ana bileşen kalsiyum silikattır), bu da ısı transfer katsayısında bir azalmaya ve reaksiyon sıcaklığında bir gecikmeye neden olabilir. Çözüm: Isı transfer verimliliğini başlangıç değerinin %90'ından fazlasına geri döndürmek için düzenli olarak (üçte bir) kimyasal temizlik yapın (2 saatlik sirkülasyon temizliği için %5 hidroflorik asit solüsyonu kullanın).
Püskürtmeli kurutma kulesinde malzeme birikmesi olgusu
Kurutma kulesinin iç duvarında aşırı toz birikirse (kalış süresi > 24 saat), nem emilimi nedeniyle sıvılaşarak yüksek viskoziteli topaklanmalar oluşturabilir ve sonraki atomizasyonlu kurutma işleminin stabilitesini etkileyebilir. Karşı önlemler: Otomatik bir titreşim cihazı takın (saatte 5-10 kez titreşim, genlik 5-8 mm) ve biriken malzemenin kalınlığını ≤1 mm'ye kadar kontrol etmek için her vardiyadan sonra iç duvarı temizleyin.
(III) Tespit yönteminin sistematik hatası
Modül tespiti genellikle asit-baz titrasyonunu kullanır, ancak işlem sürecinin ayrıntıları hatalara neden olabilir. Örneğin, numune çözündüğünde su sıcaklığı 60°C'yi aşarsa, silikatın hidrolizi hızlanır, bu da SiO₂ ölçüm değerinin düşük ve modül hesaplama değerinin küçük olmasına neden olur. İyileştirme yöntemi: Numuneyi çözerken 30°C±2°C'de deiyonize su kullanın (HLNAP-1 tipi ürünün çözünme hızı ≤60s/30°C gibi) ve 2 dakika içinde tamamen çözünmeyi sağlamak ve hidroliz kayıplarını azaltmak için hızlı karıştırma için manyetik bir karıştırıcı (hız 300 dev/dak) kullanın. Ayrıca indikatörün seçimi (metil oranj ve fenolftaleinin renk değişim aralığındaki farklılık gibi) titrasyon son noktasının belirlenmesini de etkileyecektir. Analogdan dijitale algılamanın doğruluğunu artırmak için (tekrarlanan ölçüm sapması ≤ ±0,02) geleneksel gösterge yöntemi yerine potansiyometrik titrasyonun (son nokta belirleme hatası < 0,1 mL) kullanılması önerilir.
