Aplikasi silika amorf. Silikon: aplikasi, sifat kimia dan fisik. Keuntungan dan kerugian

Silikon dioksida amorf (non-kristal) dengan luas permukaan spesifik yang tinggi hampir tidak pernah ditemukan di alam dalam bentuk murni. Itu hanya dapat diperoleh melalui teknologi. Silika sintetis kemurnian tinggi (silikon dioksida amorf) yang diproduksi oleh kami di bawah merek dagang KOVELOS adalah bubuk putih yang tidak berasa dan tidak berbau dengan struktur partikel nanopori (ukuran partikel, tergantung pada mereknya, dari 6 hingga 40 mikron), dengan sifat penyerapan yang jelas. Luas permukaan spesifiknya adalah 350-400 sq.m. per 1 gram. Penyerapan minyak - 300-340 g / 100 g.

Di antara padatan, silikon dioksida amorf memiliki konduktivitas termal terendah (0,02 W / (m. K)), kecepatan rambat suara (100 m / s) dan konstanta dielektrik. Silika amorf dipanaskan (pada suhu di atas 1000 derajat C) menjadi bentuk kristal.

Silika sintetis (silikon dioksida amorf) sangat diperlukan di banyak sektor ekonomi dunia modern karena fakta bahwa

itu netral dan tahan kimia terhadap hampir semua mineral dan zat organik yang ada di planet kita. Artinya, tidak berbahaya bagi organisme hidup, tidak beracun, tahan api dan ledakan di lingkungan eksternal.

memiliki luas permukaan spesifik yang tinggi, karena fakta bahwa partikel silikon dioksida amorf mengandung sejumlah besar pori-pori berukuran nano. Struktur nanopori yang kompleks (permukaan yang sangat berkembang) dari partikel ini menentukan sifat penyerapan yang sangat baik dari silika sintetis. Secara selektif dapat menyerap atau mengikat gas, uap dan zat terlarut dari lingkungan. Menariknya, selama sintesis silikon dioksida amorf, dimungkinkan untuk mengatur parameter permukaan terlebih dahulu (memodifikasi permukaan), dan dengan demikian memperoleh produk dengan penyerapan selektif.

Dengan demikian, netralitas kimia dan luas permukaan spesifik yang besar (permukaan yang sangat berkembang) dari silikon dioksida amorf (non-kristal) dapat memberikan karakteristik baru ke berbagai komposisi, bahan, produk tanpa mengubah sifat kimianya. Khususnya, silika sintetik halus dengan kemurnian tinggi dengan permukaan yang dikembangkan dapat:

mengentalkan (meningkatkan viskositas) formulasi cairan hingga keadaan mengalir bebas (tergantung pada tingkat pengentalan yang diperlukan, dari 1,5% hingga 33% silika sintetis dimasukkan ke dalam komposisi). Properti ini digunakan dalam produksi cat, pernis, perekat, sealant, pasta, salep, pelumas, dll .;

meningkatkan kemampuan mengalir padatan yang dihancurkan dan/atau bubuk (bumbu, keripik, kerupuk, roti, susu bubuk, campuran kering, pakan ternak, bubuk pencuci, toner, obat-obatan, dll.) dan melindunginya dari penggumpalan, sehingga meningkatkan umur simpannya .

meningkatkan karakteristik kekuatan dan ketahanan aus bahan (plastik, resin, karet, karet, beton, aspal, dll.)

meningkatkan termodinamikakarakteristik(tahan panas, konduktivitas termal) bahan;

meningkatkan tribologi karakteristik(meningkatkan ketahanan terhadap abrasi);

digunakan sebagai aditif dalam minyak dan pelumas untuk setiap unit dan mekanisme di mana ada pasangan gesekan logam. Dalam hal ini, dari silikon dioksida amorf selama pengoperasian mekanisme pada permukaan pasangan gosok tentang film silikat terbentuk, yang mengembalikan dimensi geometris unit dan mekanisme ke keadaan semula, yang mengurangi tingkat keausan beberapa kali.

menjadi pembawa zat aktif dalam produk farmasi dan kosmetik;

digunakan sebagai abrasif yang lembut dalam wewangian dan kosmetik (pengelupasan kulit, penyerapan kotoran pada kulit), dalam produksi wafer semikonduktor silikon, dll. (sebagai suspensi pemoles);

untuk tumbuhkristal besar, yang tidak dapat tumbuh di air. Dalam hal ini, media silika gel digunakan untuk pertumbuhan. Struktur gel silika mencegah konveksi dan memungkinkan proses difusi komponen berlangsung secara merata;

untuk persiapan bahan tanah liat sintetis. Jadi, kaolin dengan adanya silikon dioksida amorf terbentuk di bawah kondisi hidrotermal pada 200–300 °C.

mengikat dan mengeluarkan berbagai racun hewan dan manusia, garam logam berat, radionuklida;

digunakan sebagai bahan baku untuk produksi gelas kuarsa khusus dengan transparansi lebih dari 99,5% untuk radiasi optik dengan panjang gelombang 248 nm dan lebih dari 98% untuk radiasi optik dengan panjang gelombang 193 nm, untuk produksi serat optik;

digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan silikat dengan kemurnian tinggi digunakan untuk menutupi tabung televisi dan penerangan;

dalam produksi sirkuit mikro dan komponen elektronik lainnya digunakan sebagai isolator, diterapkan dengan penyemprotan atau sebagai khusus. film;

berfungsi sebagai sumber bahan untuk mendapatkan silikon dengan kemurnian tinggi yang digunakan dalam produksi sel surya dan dalam sintesis senyawa organosilikon;

digunakan sebagai isolator panas dan penyerap suara dalam mesin roket dan jet. Ini adalah isolator panas yang baik untuk berbagai jenis sistem konduksi dengan suhu pemanasan hingga 1000 °C;

digunakan dalam bubuk pemadam kebakaran untuk memadamkan api kelas A (bahan yang membara), B (cairan yang mudah terbakar), C (gas yang mudah terbakar), serta instalasi listrik di bawah tegangan hingga 1000 V.

Selain itu, penggunaan silikon dioksida amorf mempercepat proses produksi (dengan menyederhanakan siklus teknologi, mengurangi waktu siklus produksi) dan membutuhkan lebih sedikit energi. Misalnya, untuk mengentalkan formulasi cair dengan silika sintetik, suhu ruangan sudah cukup.

Ruang lingkup penerapan silikon dioksida amorf kemurnian tinggi dalam ekonomi dunia berkembang setiap tahun, perannya dalam pengembangan industri modern dan dalam penciptaan bahan baru tumbuh.

Silikon dioksida (silika, silikon dioksida, silika) adalah zat yang terdiri dari kristal tidak berwarna dengan kekuatan tinggi, kekerasan dan refraktori. Silikon dioksida tahan terhadap asam dan tidak berinteraksi dengan air. Dengan peningkatan suhu reaksi, zat berinteraksi dengan alkali, larut dalam asam fluorida, dan merupakan dielektrik yang sangat baik.

Di alam, silikon dioksida cukup tersebar luas: kristal silikon oksida diwakili oleh mineral seperti jasper, batu akik (senyawa kristalin halus silikon dioksida), kristal batu (kristal besar zat), kuarsa (silikon dioksida bebas), kalsedon, amethyst, morion, topaz (berwarna kristal silikon dioksida).

Dalam kondisi normal (pada suhu dan tekanan lingkungan alami), ada tiga modifikasi kristal silikon dioksida - tridimit, kuarsa, dan kristobalit. Ketika suhu naik, silikon dioksida pertama berubah menjadi coesit, dan kemudian menjadi stishovite (mineral yang ditemukan pada tahun 1962 di kawah meteorit). Menurut penelitian, itu adalah stishovite - turunan dari silikon dioksida - yang melapisi bagian penting dari mantel bumi.

Rumus kimia zat tersebut adalah SiO2

Mendapatkan silikon dioksida

Silikon dioksida diproduksi secara industri di pabrik kuarsa yang menghasilkan konsentrat kuarsa murni, yang kemudian digunakan dalam industri kimia dan elektronik, dalam produksi optik, pengisi untuk karet dan cat, perhiasan, dll. Silikon dioksida alami, atau disebut silika, banyak digunakan dalam konstruksi (bahan isolasi beton, pasir, suara dan panas).

Memperoleh silikon dioksida dengan cara sintetis dilakukan melalui aksi asam pada natrium silikat, dalam beberapa kasus - pada silikat terlarut lainnya, atau dengan metode koagulasi silika koloid di bawah pengaruh ion. Selain itu, silikon dioksida diperoleh dengan mengoksidasi silikon dengan oksigen pada suhu sekitar 500 derajat Celcius.

Aplikasi silikon dioksida

Bahan yang mengandung silikon banyak digunakan baik dalam bidang teknologi tinggi maupun dalam kehidupan sehari-hari. Silikon dioksida digunakan dalam produksi kaca, keramik, produk beton, bahan abrasif, serta dalam teknik radio, perangkat ultrasonik, korek api, dll. Dalam kombinasi dengan sejumlah bahan, silikon dioksida digunakan dalam pembuatan kabel serat optik.

Silikon dioksida amorf tidak berpori juga digunakan dalam industri makanan sebagai aditif, terdaftar dengan nomor E551, yang mencegah penggumpalan dan penggumpalan produk utama. Makanan silikon dioksida digunakan dalam industri farmasi sebagai obat enterosorben, dalam produksi pasta gigi. Zat tersebut terdapat pada keripik, kerupuk, stik jagung, kopi instan, dll.

Bahaya silikon dioksida

Secara resmi dikonfirmasi bahwa zat silikon dioksida melewati saluran pencernaan tidak berubah, setelah itu sepenuhnya dikeluarkan dari tubuh. Menurut sebuah studi 15 tahun oleh para ahli Perancis, air minum dengan kandungan tinggi silikon dioksida diet mengurangi risiko terkena penyakit Alzheimer sebesar 10%.

Dengan demikian, informasi tentang bahaya silikon dioksida, yang merupakan zat kimia yang lembam, adalah salah: suplemen makanan E551, yang diminum, benar-benar aman untuk kesehatan.

Invensi ini berkaitan dengan teknologi pemrosesan kimia bahan mentah mineral, khususnya metode untuk memproduksi silikon dioksida yang sangat tersebar - analog jelaga putih, digunakan sebagai pengisi mineral dalam industri yang menggunakan bahan pengisi yang sangat tersebar. Metode tersebut meliputi tahapan penggilingan bahan baku awal yang mengandung silikon, yang digunakan sebagai batu alam - diatomit dengan kandungan silika amorf terikat yang tinggi, hingga 70-75%, menyiapkan muatan dengan rasio W: T sama dengan 4-6:1, memproses yang terakhir untuk mendapatkan larutan gelas cair, memisahkan endapan yang terbentuk, mengendapkan silikon dioksida dari fase cair yang diperoleh dengan asam mineral langkah demi langkah di bawah kendali pH medium, mengisolasi produk target yang dihasilkan dengan penyaringan, diikuti dengan pencucian berulang dengan air dan pengeringan, sementara diatomit dihancurkan untuk mendapatkan fraksi dengan kehalusan penggilingan tidak lebih dari 0,01 mm dan terlebih dahulu dikenai pembakaran pada suhu 600-900 °C selama 1-1,5 jam, dan pemrosesan muatan dilakukan dalam mode media kavitasi yang dibuat oleh pulsa listrik atau metode hidrodinamik. Hasil teknis dari penemuan ini adalah untuk menyederhanakan proses dengan menciptakan proses non-autoklaf, hemat energi dan memperoleh produk dengan reaktivitas tinggi dan berbagai sifat industri. 6 w.p. f-ly, 3 tab., 4 sakit., 13 pr.

Gambar untuk paten RF 2474535

Silika amorf adalah bahan serbaguna dan digunakan di berbagai industri. Hal ini paling banyak digunakan untuk produksi jenis khusus karet silikon, sebagai adsorben, atau sebagai bagian integral dari bangunan campuran kering dan dalam industri cat dan pernis, apalagi, itu adalah komponen konstan untuk banyak produk dan produk industri parfum. Untuk beberapa jenis karet ban yang digunakan untuk produksi ban berkualitas tinggi, silika amorf dengan karakteristik teknis yang agak ketat dapat digunakan sebagai pengisi.

Silika adalah istilah umum untuk senyawa yang memiliki rumus kimia SiO 2 . Silika amorf (silika sangat tersebar - VDS) adalah senyawa kimia yang sangat tersebar, yang merupakan bubuk putih longgar yang mengandung setidaknya 95-99,8% silikon dioksida. Fitur-fiturnya adalah permukaan spesifik yang tinggi, pengepakan partikel dan agregat primer yang longgar, yang mengarah pada volume pori yang besar dan, karenanya, penyerapan air dan minyak yang tinggi, sifat pengental dan pembentuk struktur yang baik.

Seluruh VDC secara kondisional dibagi menjadi dua kelas - pirogenik dan diendapkan.

VDC pirogenik diperoleh dengan membakar silikon tetraklorida dalam aliran oksigen dan hidrogen, menghasilkan silikon dioksida amorf dan hidrogen klorida yang sangat tersebar dalam keadaan gas. Produksi ini membutuhkan konsumsi energi yang tinggi dan tindakan serius untuk keamanan ledakan. Tidak seperti pirogenik, VDC yang diendapkan diperoleh, misalnya, dari bahan baku mineral alami - batuan seperti perlite, obsidian, diatomite, nepheline, tripoli, dari bahan baku silikat, pasir kuarsa [paten RU No. 2085488, cl. C01B 33/18, publikasi. 27.07.97] dan dari "produk setengah jadi" - limbah ferosilikon silikon tinggi [paten RU No. 2036836, kelas. C01B 33/12, publikasi. 06/09/95], produksi bahan boron atau borosilikat [paten RU No. 2170211, kelas. C01B 33/12, 07/10/2001], dari limbah produksi apatit [ed. sertifikat SU No. 856981 30.01.93] dan produksi ferroalloy [Paten RF No. 2237015, kelas. C01B 33/18, publikasi. 27.09.2004], dari debu cerobong dari proses pembersihan gas produksi silikon elektrotermal di perusahaan industri aluminium [paten RU No. 2031838, 27.03.95] dan lain-lain.

Metode yang dikenal adalah isolasi silikon dioksida dari batuan vulkanik kaca, yang digunakan sebagai perlit, obsidian, batu apung dengan kandungan silika 69-75% [Paten RU No. 1791383, C01B 33/12, 30.01.93 g] .

Metode tersebut meliputi penggilingan bahan baku yang mengandung silika untuk memperoleh fraksi orde 0,1 mm, perlakuan dengan larutan alkali pada konsentrasi Na 2 O - 100-200 g/l dan perbandingan W:T=2-4 untuk 1-5 jam, diikuti dengan menghilangkan endapan dari fase cair. Yang terakhir dikenai perlakuan magnetis pada kekuatan medan elektromagnetik 500-1100 kA/m dan kecepatan fase cair 2-4 m/s, larutan yang diolah dipanaskan hingga mendidih, kalsium oksida dan aluminium nitrat ditambahkan dan dididihkan . Massa disaring, dan gelas cair yang dihasilkan diperlakukan dengan asam mineral. Silika yang diendapkan disaring, dicuci dan dikeringkan.

Waktu seluruh proses - 8-10 jam, hasil produk target - (berdasarkan berat bahan baku) - 30-60%, kandungan SiO 2 dalam produk akhir hingga 98%.

Kerugian dari metode ini adalah kompleksitas proses, diatur oleh bahan baku yang digunakan, tingkat ekstraksi silikon dioksida yang rendah dari bahan baku mineral dan luas permukaan spesifik produk yang dihasilkan tidak cukup tinggi.

Metode yang dikenal untuk memproduksi silikon dioksida amorf, termasuk menggiling bahan mentah yang mengandung silikon, memproses yang terakhir dengan reagen alkali pada 150-170 ° C, memisahkan endapan yang terbentuk dan mengendapkan silikon dioksida dari fase cair yang diperoleh dengan asam mineral, memisahkan menghasilkan silikon dioksida dengan penyaringan, diikuti dengan pencucian dan pengeringan [Paten No. 2261840, kelas. C01B 33/12, C01B 33/18, publ. 2005.10.10].

Sebagai bahan baku awal yang mengandung silika, batu alam - marshalite digunakan, penggilingan dilakukan dalam peralatan sentrifugal dengan kecepatan minimal 10.000 rpm dan faktor sentrifugal minimal 20 g. untuk mendapatkan fraksi dengan kehalusan penggilingan 10-15 mikron, yang terakhir dikenai perlakuan basa pada tekanan 4,5-5,5 atm. 8-10% larutan natrium hidroksida, diambil dengan perbandingan W:T=4,5-5,5:1, pengendapan silikon dioksida dilakukan dengan asam nitrat 45-50% dengan perbandingan W:R=3-3,5 :1 dengan pemuatan dosis asam nitrat selama 0,5-1 jam sampai nilai pH netral diperoleh, pertama, produk target dicuci dengan asam nitrat 10-12%, dan kemudian dengan setidaknya lima kali jumlah air panas dan dikeringkan.

Kerugian dari metode ini adalah terbatasnya bahan baku dasar untuk produksi silikon dioksida.

Selain itu, metode yang dikenal tidak memungkinkan untuk memperoleh produk akhir dengan sifat yang telah ditentukan, misalnya, dengan luas permukaan spesifik silikon dioksida tertentu, dan pernyataan bahwa adalah mungkin untuk mendapatkan produk dengan rentang luas permukaan spesifik. daerah belum dikonfirmasi secara eksperimental.

Solusi teknis terdekat adalah metode untuk memproduksi silikon dioksida amorf, di mana batuan alam dengan kandungan silika amorf terikat yang tinggi hingga 70-75% digunakan sebagai bahan baku awal yang mengandung silikon, misalnya, perlit, obsidian, batu apung. , tuf vitroklastik, diatomit, kieselguhr, abu vulkanik dengan kandungan minimum fase kristal, tidak lebih dari 10-15%, dll. [US Pat. RF No. 2261840, C01B 33/12, 33/18, 18/06/2004].

Metode tersebut meliputi tahapan penggilingan bahan baku yang mengandung silikon, dilakukan di pabrik penggetar dengan bola keramik atau batu akik untuk mendapatkan fraksi dengan kehalusan penggilingan tidak lebih dari 10 m, pemrosesan yang terakhir dengan bahan alkalin dalam autoklaf pada suhu tekanan dan suhu tinggi (180-200 °C dan 6,5 atm) untuk mendapatkan larutan gelas cair, dan untuk mendapatkan dioksida amorf dengan luas permukaan spesifik tertentu, perlakuan dengan zat alkali dilakukan dengan konsentrasi yang dipilih sesuai dengan nomogram , pemisahan endapan yang terbentuk, pengendapan silikon dioksida dari fase cair yang diperoleh dengan asam mineral, sedangkan pengendapan silikon dioksida dari fase cair yang diperoleh dilakukan dengan asam mineral dengan terlebih dahulu memuatnya dalam jumlah yang memberikan pH 12 dari campuran, menahan campuran dengan pengadukan konstan selama 10-15 menit, dan kemudian memuat asam dalam jumlah yang memberikan pH 10 campuran, paparan berulang campuran dengan pengadukan konstan selama 10-15 menit dan unduhan terakhir ke asam untuk mendapatkan pH 7 campuran, sementara sebelum setiap pengenalan asam ke dalam fase cair, tambahkan air dalam jumlah 8-10%.

Produk target yang dihasilkan dipisahkan dengan penyaringan, diikuti dengan pencucian berulang dengan air panas dan pengeringan.

Untuk menentukan konsentrasi agen alkali, diusulkan untuk menggunakan nomogram yang terdiri dari dua sumbu ordinat, salah satunya menunjukkan luas permukaan spesifik amorf dioksida, dan yang lainnya adalah nilai konsentrasi alkali, absis umum sumbu, yang menunjukkan modulus gelas cair yang diperoleh, dan dua kurva yang dibuat secara eksperimental, yang pertama menunjukkan ketergantungan permukaan spesifik pada modulus gelas bersyarat, dan yang kedua menunjukkan ketergantungan modulus gelas pada konsentrasi alkali yang digunakan .

Perlakuan dengan zat alkali dilakukan pada perbandingan W:T sama dengan 6-6,5:1 selama 1-2,5 jam pada suhu 170-200 °C, tekanan 6,5-7 atm.

Metode ini memungkinkan untuk mendapatkan produk dengan karakteristik fisik dan teknis yang telah ditentukan, namun pada umumnya metode ini agak rumit untuk diterapkan, memerlukan pelaksanaan jadwal teknologi yang sangat tepat, penciptaan suhu dan tekanan yang tinggi.

Tujuan dari penemuan ini adalah untuk menyederhanakan proses dengan menciptakan metode non-autoklaf, hemat energi untuk memproduksi silikon dioksida amorf.

Tujuan dari penemuan ini juga untuk mendapatkan produk dengan reaktivitas tinggi dan berbagai sifat industri.

Tugas diselesaikan dengan fakta bahwa dalam metode untuk memperoleh silikon dioksida amorf, termasuk tahap penggilingan bahan baku yang mengandung silikon, untuk mendapatkan fraksi dengan kehalusan penggilingan tidak lebih dari 0,01 mm, menyiapkan muatan dengan rasio W:T sama dengan 4-6:1, memproses yang terakhir dengan memperoleh larutan gelas cair, memisahkan endapan yang terbentuk, mengendapkan silikon dioksida dari fase cair yang diperoleh dengan asam mineral selangkah demi selangkah di bawah kendali pH medium , mengisolasi produk target yang terbentuk dengan penyaringan, diikuti dengan pencucian berulang dengan air dan pengeringan, bahan baku yang mengandung silikon yang dihancurkan pertama kali dikenai pembakaran pada suhu 600-900 ° C, dan pemrosesan campuran dilakukan di mode media kavitasi yang dibuat oleh pulsa listrik atau metode hidrodinamik.

Lebih disukai menggunakan batuan alam dengan kandungan silika amorf terikat yang tinggi, hingga 70-75%, terutama diatomit, sebagai bahan baku awal yang mengandung silikon.

Disarankan untuk memanggang bahan baku yang mengandung silikon yang dihancurkan selama 1-1,5 jam.

Lebih disukai untuk memproses muatan pada suhu 80-90°C dalam reaktor pulsa listrik pada tegangan dan daya masing-masing 5-10 kV dan 1,2-1,5 kW, dan laju pengulangan pulsa 2-7 Hz atau dalam pendispersi kavitasi selama 2,5 -3,5 jam pada 1500-3000 rpm dan 80-90 °C.

Disarankan untuk memproses dalam reaktor pulsa listrik selama 1,0-2,0 jam dengan pencampuran muatan secara berkala setiap 0,5 jam, dan menggunakan asam nitrat, sulfat atau klorida sebagai asam mineral, terutama asam nitrat 40-50%, dan mencuci produk target tambahan dilakukan dengan larutan asam nitrat 2-5% yang lemah.

Gambar 1 menunjukkan spektrum IR silika yang diendapkan dari gelas air, disintesis dengan autoklaf.

Gambar 2 - Spektrum IR silika yang diendapkan dari gelas cair, disintesis dengan metode elektropulsa.

Gambar 3 - gambar mikroskopis elektron silika yang disintesis dengan metode elektropulsa.

a) gambar mikroskopis elektron silika yang disintesis dengan metode elektropulsa,

b) gambar mikroskopis elektron silika yang diperoleh dalam autoklaf.

Pelepasan percikan yang digunakan dalam proses ini tidak hanya memiliki daya rusak yang besar, tetapi juga mempengaruhi sifat jalannya reaksi kimia yang dihasilkan dan hasil akhirnya.

Mari kita daftar secara singkat faktor-faktor yang bekerja selama pelepasan pulsa listrik:

(a) Tekanan hidraulik impulsif tinggi dan ultra-tinggi muncul, yang terkait dengan gelombang kejut, bergerak dengan kecepatan sonik dan supersonik dengan orde ratusan meter per detik.

(b) Selain itu, proses kavitasi berdenyut yang kuat mulai bekerja, mampu menutupi volume cairan yang relatif besar. Pembentukan rongga kavitasi terjadi sebagai berikut. Di tempat-tempat di mana gelombang ultrasonik menembus, kompresi atau ketegangan terjadi secara berkala. Gelombang ultrasonik di tempat-tempat penghalusan menyebabkan cairan pecah dengan pembentukan rongga mikroskopis. Uap dan gas yang terlarut di dalamnya menembus ke dalam rongga ini dari cairan di sekitarnya. Rongga yang dihasilkan dengan cepat runtuh di bawah pengaruh kompresi berikutnya. Fenomena ini disebut kavitasi. Rentang hidup gelembung kavitasi hampir sepadan dengan periode getaran suara. Dalam kisaran frekuensi ultrasonik tinggi, itu adalah sepersejuta detik. Diasumsikan bahwa tegangan listrik besar dan suhu tinggi terjadi di rongga kavitasi. Dalam kondisi ini, molekul dan atom gas yang ada di rongga kavitasi mengalami proses ionisasi dan disosiasi. Dalam rongga kavitasi, misalnya, molekul H2O dan OH berdisosiasi. Karena fakta bahwa zat kaya energi (molekul terionisasi dan teraktivasi dan radikal bebas) muncul di rongga kavitasi, sejumlah fenomena ditemukan yang menunjukkan terjadinya reaksi baru yang mendasar. Sampai saat ini, bagian dari efek elektropulse ini belum sepenuhnya dipelajari.

(d) Sengatan listrik dapat menyebabkan delaminasi padatan pada tingkat molekuler, misalnya, terkait dengan rincian struktur kisi kristal mineral, termasuk polimerisasi, pemutusan sorpsi dan ikatan kimia, dan perubahan rincian lain dari perpaduan.

Proses-proses ini berkontribusi pada disintegrasi yang lebih halus dari zat awal selama transisi diatomit ke gelas cair dan memberikan impuls energi tambahan ke gelas cair. Studi tentang proses elektrokimia yang terkait dengan sintesis silika menunjukkan bahwa efek elektropulsa mempengaruhi sifat kimia dari kelompok struktural SiO 4 yang merupakan bagian dari gelas cair yang disintesis di bawah aksinya, mungkin ini memanifestasikan dirinya dalam penguatan ikatan silonol. Pada saat yang sama, "memori kristal-kimia" khusus dipertahankan, yang mempengaruhi struktur silika yang diendapkan. Efek impuls listrik menciptakan ikatan Si-O-Si tambahan dalam gelas cair, yang kemudian muncul dalam silika. Selain itu, silika yang disintesis dari kaca cair yang sangat reaktif memiliki muatan negatif yang lebih tinggi pada permukaan partikel.

Proses sintesis silika dari diatomit meliputi langkah-langkah sebagai berikut:

1 - menggiling diatomit menjadi fraksi 0-0,01 mm,

2 - penembakan diatomit tanah dalam tungku listrik,

3 - persiapan batch,

4 - pemrosesan muatan di reaktor EI,

5 - mendinginkan dan menyaring suspensi;

6 - pengendapan silika,

7 - filtrasi suspensi: silika + Na sulfat,

8 - pencucian silika,

Untuk penerapan proses elektrokimia yang terkait dengan sintesis silika, ketika memilih batu, perlu diingat dua fitur: reaktivitas batu dan komposisi kimianya. Reaktivitas mengacu pada kemampuan batuan untuk bereaksi dengan larutan basa.

Ciri kedua batuan yang cocok untuk memperoleh gelas cair adalah kandungan silika SiO2 dalam batuan tersebut paling sedikit 70-80%. Diatomite juga memenuhi dua kondisi ini.

Secara makroskopis, diatomit diwakili oleh batuan yang tersementasi lemah berwarna abu-abu muda dengan tekstur berlapis yang tidak jelas.

Tabel 1 menunjukkan komposisi kimia sampel alami diatomit dari deposit Akhmetovsky (berat), di mana 1, 2 - diatomite alami dari deposit Akhmetovsky, a - dalam bentuk alaminya, b - dalam hal bahan kering.

Tabel 1
oksida	1	2
tetapi	B	tetapi	B
SiO2	78,16	85,8	79,58	87,80
TiO2	0,52	0,58	0,37	0,4
Al2O3	5,6	6,16	5,6	6,1
Fe2O3	3,07	3,38	3,11	3,43
CaO	0,42	0,47	0,27	0,29
MgO	0,80	0,89	0,79	0,87
Na2O	0,00	0,00	0,00	0,00
K2O	1,61	1,78	1,16	1,28
jadi 3	0,84	0,93	0,12	0,13
pp	8,9	-	9,44	-
Jumlah	100	100	100	100

Batuan silika yang tidak terbakar mengandung gugus OHn dalam jumlah yang cukup signifikan dalam bentuk hidroksil, molekul air dan bahan organik berupa gugus CHn. Bahan organik, yang bereaksi dengan larutan basa selama percobaan, memberikan kaca cair warna hitam dan menyulitkan pemurnian SiO 2 yang disintesis, secara signifikan meningkatkan proses pencucian. Pada suhu 600 ° dan di atas, bahan organik terbakar dan dengan demikian memastikan kemurnian tinggi dari silika amorf yang disintesis. Dalam hal ini, produk target warna krem ringan dengan kandungan pengotor organik minimum diperoleh.

Jika diperlukan untuk mereduksi oksida besi dalam diatomit, mungkin disarankan untuk memanggang bubuk diatomit pada suhu sekitar 900 °C. Pada saat yang sama, oksida besi yang ada dalam diatomit berubah menjadi bentuk mineral hematit dan mudah dihilangkan dengan pemisahan elektromagnetik tanpa mencemari produk target.

Dengan demikian, data di atas dengan jelas menunjukkan perlunya pra-penembakan pada 600-900 °C.

Metodenya dilakukan sebagai berikut.

1. Diatomit mentah dalam keadaan menggumpal dikeringkan pada suhu 100-105 °C, kemudian digerus di gilingan hingga fraksi 0,2 mm.

2. Ground diatomite dibakar dalam tungku listrik di gerbong logam khusus dengan sisi rendah, pada suhu minimal 600 ° C selama 1 jam.

4. Persiapan campuran.

Campuran dapat dibuat langsung di dalam reaktor. Bergantung pada parameter gelas cair (terutama modul) yang diperlukan oleh resep, komponen awal dimasukkan ke dalam reaktor dalam jumlah berikut:

- air	- 4000cm3.
- diatomit	- 1000 gram,
- NaOH padat	- 500 gram.
Perbandingan	P:T=8:3

Urutan pencampuran komponen adalah sebagai berikut: air padat NaOH tanah diatom. Selanjutnya, campuran diaduk dengan cara apa pun yang memungkinkan pada suhu kamar selama 10-15 menit. Suspensi yang sudah jadi disegel dalam alat pulsa listrik untuk sintesis gelas cair.

4. Pemrosesan muatan dalam reaktor EI.

Untuk membuat kejut elektro-hidrolik, diperlukan sumber daya berupa kapasitor yang merupakan penyimpan energi listrik. Tegangan pada kapasitor naik ke nilai di mana kerusakan spontan dari celah pembentukan udara terjadi, dan semua energi yang tersimpan dalam kapasitor langsung memasuki celah kerja dalam cairan, di mana ia dilepaskan dalam bentuk pulsa listrik pendek. dari kekuatan tinggi. Selanjutnya, proses pada kapasitansi dan tegangan tertentu diulang dengan frekuensi tergantung pada kekuatan sumber pulsa. Cairan, setelah menerima percepatan dari saluran pembuangan yang berkembang dengan kecepatan tinggi, bergerak darinya ke segala arah, membentuk rongga dengan volume yang cukup besar, yang disebut kavitasi, dan menyebabkan kejutan hidrolik (utama) aktif. Kemudian rongga juga menutup dengan kecepatan tinggi, menciptakan kejutan hidraulik kavitasi kedua. Di sinilah siklus tunggal dari efek elektrohidraulik berakhir, dan dapat diulangi dalam jumlah yang tidak terbatas, sesuai dengan tingkat pengulangan debit yang diberikan.

Sebagai sumber pulsa elektromagnetik, digunakan instalasi ZEVS-25 yang merupakan perangkat penyimpan energi listrik kapasitif dengan energi yang tersimpan dalam satu pulsa hingga 600 J. Tegangan pada kapasitor penyimpanan dengan kapasitansi listrik total 8 F dapat diatur dari 5 hingga 12 kV.

Tingkat pengulangan pulsa adalah 2-7 Hz. Selama pengoperasian unit, daya yang dikonsumsi dari jaringan 220 V tidak lebih dari 1,5 kW.

Suhu di dalam reaktor tidak melebihi 80-90 °C.

Waktu sintesis gelas cair adalah 1-2,0 jam.Untuk mengurangi waktu sintesis dan mengurangi jumlah diatomit awal yang tidak bereaksi maka dilakukan proses secara periodik (setiap 0,5 jam) setelah dimulainya proses, stop sampai aduk suspensi selama 15-20 menit.

modus pertama.

Tegangan - 10 kV,

Jarak antara elektroda - 10 mm.

Frekuensi pulsa 7 Hz.

Daya - 1,5 kW.

Waktu sintesis - 1 jam.

modus ke-2.

Tegangan - 5 kV.

Jarak antara elektroda adalah 5 mm.

Frekuensi pulsa 4 Hz.

Daya, - 1,2 kW.

Waktu sintesis - 1,5 jam.

Sebagai hasil percobaan dalam salah satu mode di atas, suspensi dihasilkan: gelas cair + diatomit yang tidak bereaksi dalam bentuk partikel padat.

Dalam mode pertama, semua proses yang terjadi di reaktor diintensifkan, yang memungkinkan untuk mengurangi waktu percobaan dan mengurangi jumlah diatomit yang tidak bereaksi.

Pendinginan selama 15-20 menit diperlukan untuk pembukaan reaktor yang aman.

Pemisahan gelas cair dari fase padat dilakukan dengan menggunakan pompa vakum dan filter keramik atau dengan dekantasi lambat cairan setelah terpapar selama 10-12 jam.

Sebagai hasil filtrasi atau dekantasi, diperoleh endapan, yang merupakan campuran kuarsa, zeolit jenis analsim dan besi hidroksida, dan gelas cair yang relatif homogen berwarna krem kekuningan.

6. Pengendapan silika.

Asam sulfat perlahan-lahan ditambahkan ke wadah dengan gelas cair dalam dua cara yang mungkin: pengendapan: cepat dan lambat. Akibatnya, silika mengendap dari gelas cair. Untuk presipitasi cepat, asam sulfat 35% digunakan, untuk presipitasi lambat, asam sulfat 14% digunakan. Tidak hanya keadaan agregasi silika tergantung pada mode pengendapan, tetapi juga sifat-sifat seperti luas permukaan spesifik dan adanya pengotor mineral asing. Kriteria kelengkapan rezim presipitasi adalah nilai pH.

Selama netralisasi dua tahap, pengendapan silika dilakukan dalam urutan berikut.

1 tahap. Sejumlah besar asam sulfat yang sangat encer ditambahkan ke dalam larutan gelas air. Jumlah asam diatur oleh pH larutan dan tergantung pada volume gelas cair. PH larutan harus sekitar 8-9. Ini diikuti dengan pemaparan selama 20-30 menit dan kemudian sisa asam sulfat ditambahkan secara perlahan dengan pengadukan konstan dan pengukuran pH yang sering. Proses berhenti pada pH=7-7,5.

Dengan netralisasi multi-tahap, 14% asam sulfat ditambahkan secara bertahap ke volume gelas cair yang dihasilkan, sama dengan 3-3,5 liter.

Tahap 1: tambahkan 200 cm3 asam sulfat encer, diikuti dengan pemaparan selama 20 menit.

Tahap 2: 50 cm 3 asam sulfat ditambahkan, ditahan selama 20 menit, pengendapan endapan silika langka diamati. Proses netralisasi selesai pada pH 7.

Prinsip umum netralisasi kaca cair dan pengendapan silika adalah sebagai berikut. Sebelum presipitasi silika yang masif, perlu diciptakan kondisi untuk presipitasi yang seragam dan cepat. Oleh karena itu, tahapan tertentu dari proses diperlukan. Secara konvensional, dua tahap utama presipitasi dapat dibedakan. Pada tahap pertama, alkalinitas larutan gelas air menurun dari 12-13 menjadi sekitar 9-10 pH. Jadi, kita mendekati kesetimbangan endapan - larutan.

Pada tahap ini terjadi pembentukan inti silika secara masif. Agar nukleasi terjadi sepenuhnya, diperlukan paparan sekitar 3-0-40 menit. Tahap kedua diikuti dengan penambahan asam dan pengendapan masif.

Beberapa varian netralisasi pulp telah dikembangkan: pada suhu kamar dan suhu 60-80 °C. Jika modulus kaca tinggi, di atas 2,3, maka pengendapan silika dianjurkan dilakukan pada suhu kamar, dengan modulus yang relatif rendah (<2,3). Кремнезем более интенсивно осаждается при 60-80°C.

7. Filtrasi dilakukan di bawah tekanan tereduksi (vakum 0,01 atm). Penyaringan dilakukan dalam 2 tahap.

Tahap pertama adalah penyaringan melalui filter keramik. Setelah memisahkan filtrat dari partikel yang relatif besar, gelas air yang disaring disaring melalui saringan kain dan kertas.

8. Mencuci.

Pencucian dilakukan dengan air suling dalam 3 tahap.

9. Pengeringan dilakukan pada suhu 600oC selama 1 jam.

penuaan silika.

Telah ditetapkan secara eksperimental bahwa sifat silika dapat berubah jika, sebelum pengeringan, endapan silika agar-agar disimpan selama beberapa waktu (1-2 hari) di bawah kondisi stasioner.

Studi yang dilakukan juga menunjukkan bahwa mode pelaksanaan proses sintesis gelas cair berikut ini sangat stabil untuk mendapatkan gelas cair:

Untuk mendapatkan silika dengan luas permukaan spesifik 150-200 m 2 /g

Tanah diatom 1000 g

Air 4000 cm 3

Tegangan V=5 kV

Waktu 1,5 jam.

Modus: 0,5 jam (penghentian, pengadukan) 0,5 jam (penghentian, pengadukan) 0,5 jam (penyelesaian percobaan, pembukaan reaktor) pengurasan pulp ke wadah lain

Frekuensi pulsa 5 Hz

Daya - 1,5 W.

Waktu sintesis - 1,5 jam.

Curah hujan dalam 2 tahap. Dengan bertambahnya waktu, hasil gelas cair dari modul yang dibutuhkan meningkat secara signifikan.

Dengan peningkatan konsentrasi alkali dalam gelas cair, peningkatan permukaan spesifik silika yang diendapkan terjadi. Luas permukaan spesifik minimum silika yang diendapkan diperoleh pada konsentrasi alkali 6%.

Luas permukaan spesifik tertinggi - 700 m 2 /g diperoleh dengan kandungan NaOH 600-700 g per 1000 g diatomit, parameter lainnya sama.

Diatomit mentah dari deposit Akhmatovsky (komposisi SiO 2 - 78,16, TiO 2 - 0,52, Al 2 O 3 - 5,6, Fe 2 O 3 - 3,07, CaO - 0,42, MgO - 0,80, Na 2 O - 0,00, K 2 O - 1,61, SO 3 - 0,84, Ppp - 8,9) dalam keadaan menggumpal dikeringkan pada suhu 100 ° C, dihancurkan dalam penggilingan hingga fraksi - 0,2 mm, diatomit tanah dibakar dalam tungku listrik pada suhu 600 ° C selama 1 jam.

Air - 4000 cm 3,

Tanah diatom - 1000 g,

NaOH padat - 500 g,

Rasio W:T=8:3.

Aduk pada suhu kamar selama 10 menit. Suspensi yang sudah jadi disegel dalam alat pulsa listrik untuk sintesis gelas cair.

Sebagai sumber pulsa elektromagnetik, digunakan instalasi ZEVS-25 dengan energi tersimpan dalam satu pulsa hingga 600 J. Tegangan pada kapasitor penyimpan dengan kapasitansi listrik total 8 F, jarak antar elektroda 5 mm, tegangan adalah 5kV.

Tingkat pengulangan pulsa adalah 4 Hz. Saat unit beroperasi, daya yang dikonsumsi dari jaringan 220 V tidak lebih dari 1,2 kW.

Suhu di dalam reaktor adalah 85 °C.

Waktu untuk sintesis gelas cair adalah 1,5 jam, dengan secara periodik (setiap 0,5 jam) setelah dimulainya proses, berhenti untuk mengaduk suspensi selama 15 menit.

Pemisahan gelas cair dari fase padat dilakukan dengan dekantasi cairan secara perlahan setelah ditahan selama 10 jam.

Dalam wadah dengan gelas cair 3 l pada suhu 75 ° C secara bertahap tambahkan 14% asam sulfat. Pertama ditambahkan asam sulfat encer 200 cm3, dilanjutkan dengan pemaparan 20 menit, kemudian ditambahkan asam sulfat 50 cm3, pemaparan 20 menit. Proses netralisasi selesai pada pH 7.

Filtrasi dilakukan di bawah tekanan tereduksi (vakum 0,01 atm). Filtrasi dilakukan pertama melalui filter keramik, dan kemudian melalui filter kain dan kertas. Selanjutnya, cuci dengan air suling dalam 3 tahap.

Endapan agar-agar silika disimpan selama satu hari di bawah kondisi stasioner dan dikeringkan pada 600 ° C selama 1 jam.

Akibatnya, silika dengan sifat-sifat berikut diperoleh:

bubuk putih salju, kerapatan curah 250 kg/m 3 , kandungan SiO 2 - 99,93%; kandungan pengotor (Al, Fe) tidak melebihi 0,07%. Permukaan spesifik, menurut BET - 670 m 2 /g, partikelnya bulat, ukurannya berdiameter 8-10 nm, 40% dari pori-pori memiliki diameter<2 нм, остальные 60% >2nm.

Tabel 2 menyajikan hasil dari 11 percobaan menggunakan instalasi pulsa listrik (contoh 2-12). 2 yang pertama adalah jangka pendek 5 dan 10 menit pada 5 dan 10 kV dan bertujuan untuk membuktikan bahwa metode ini dapat digunakan pada prinsipnya untuk sintesis SiO 2 . Akibatnya, natrium trisilikat diperoleh dengan kepadatan yang sangat rendah dan sifat reologi yang rendah pula. Ketika dinetralkan dengan asam sulfat, serpihan langka dan kristal silika berbentuk jarum jatuh dari larutan.

Diperoleh spektrum IR silika yang diendapkan dari gelas air, disintesis dengan metode elektropulsa (gambar 2), dari situ terlihat bahwa ikatan Si-O-Si ghb 1161-1211, yang mencirikan aktivitas kimia silika sangat jelas.

Sebagai perbandingan, spektrum IR diperoleh dari silika yang diendapkan dari gelas air yang disintesis dengan autoklaf (gambar 1). Ikatan Si-O-Si paling jelas dimanifestasikan pada 1084 cm -1 , ikatan kedua pada 1161 cm -1 baru saja muncul.

Selain itu, studi mikroskopis elektron dilakukan. Gambar 3 menunjukkan gambar silika yang disintesis dengan metode elektropulsa. Partikel berbentuk bola adalah homogen. Ukuran rata-rata adalah 6-8 nm. Mikropori terlihat, berkontribusi pada peningkatan luas permukaan spesifik. Ukuran pori ini paling disukai untuk reaksi katalitik. Kandungan SiO2 lebih dari 99,2%.

Selain itu, gambar 4 menunjukkan: a) - gambar mikroskopis elektron silika yang disintesis dengan metode elektropulsa, b) gambar mikroskopis elektron silika yang diperoleh dalam autoklaf. Pada gambar) menunjukkan bahwa partikel berbentuk bola yang dihasilkan tidak melebihi diameter 6-8 nm, sedangkan seperti pada gambar) menunjukkan bahwa ukuran partikel tidak konstan sekitar 100-200 nm.

Efek kavitasi dalam cairan dapat terjadi tidak hanya di bawah aksi pelepasan percikan api, tetapi juga dengan penurunan tekanan lokal yang disebabkan oleh aliran cairan dari daerah dengan potensi energi tinggi ke daerah dengan potensi energi rendah. Selama pembentukan kaca cair, kavitasi digunakan untuk menghomogenkan suspensi dan mentransfer partikel tersuspensi ke dalam keadaan cair koloid. Campuran diproses dalam pendispersi kavitasi yang beroperasi dalam siklus tertutup.

Dari ruang kerja dispersan, larutan alkali dimasukkan ke dalam blok dengan pemintal. Dies adalah lubang silinder sempit di logam kosong yang berputar di sekitar sumbu. Dari blok dengan cetakan, cairan memasuki ruang, di mana, karena ukuran dan bentuk ejektor, tekanan yang jauh lebih rendah dapat diberikan daripada di ruang bertekanan tinggi. Antara ruang kerja dan blok dengan cetakan ada peredam yang berputar secara mandiri. Ini mengontrol diameter saluran masuk. Fitur mekanisme ini memungkinkan Anda untuk menyesuaikan proses kerja di berbagai lingkungan.

Saat mengisi ruang kerja, pompa dihidupkan, sementara peredam menutup sebentar. Segera setelah terbuka, larutan mengalir ke ruang bertekanan rendah. Kecepatan lewatnya cairan melalui cetakan sangat tinggi, sambil mempertahankan tekanan tinggi.

Diatomite tanah dengan sejumlah air terlebih dahulu ditempatkan di ruang kerja. Karena perbedaan tekanan di ruang bertekanan tinggi dan di ruang kerja, rongga kavitasi muncul, menyebabkan material hancur. Dalam hal ini, seperti pada pulsa listrik, gas memasuki rongga. Rongga menutup dan menghasilkan kerja dalam sepersekian detik karena gelombang hidrolik. Operasi ini diulang sebanyak yang dipersyaratkan oleh peraturan.

Untuk percobaan diambil gumpalan diatomit dari endapan Akhmatovsky (komposisi SiO 2 - 79,58, TiO 2 - 0,37, Al 2 O 3 - 5,6, Fe 2 O 3 - 3,11, CaO - 0,27, MgO - 0,79, Na 2 O - 0,00, K 2 O - 1,16, SO 3 - 0,12, Ppp - 9,44).

Dalam keadaan menggumpal, diatomit dikeringkan pada suhu 200 °C dan dihancurkan dalam penggilingan hingga menjadi pecahan<0,2 мм.

Campuran disiapkan dalam reaktor dalam jumlah berikut:

Air - 180 liter,

Tanah diatom - 50 kg,

NaOH padat - 20 kg,

Rasio W:T=3:1.

Campuran tersebut dicampur terlebih dahulu selama 15 menit pada suhu kamar dan ditempatkan dalam penyebar kavitasi putar (volume pemuatan mungkin 300 l, daya 100 kW, catu daya 3 fase 380 V).

Campuran campuran diperlakukan dengan pemompaan siklik dalam loop tertutup dalam mode kavitasi pada suhu 90°C selama 3 jam 40 menit dengan rotor berputar pada 3000 rpm.

Dapatkan 100 liter gelas cair warna merah cerah.

Pengendapan silika dilakukan sebagai berikut.

Sistem didinginkan selama 1 jam sampai suhu 35°C.

Gelas cair dipisahkan dari fase padat dalam porsi (5 l dalam 1 porsi) menggunakan pompa vakum dan filter keramik.

Silika juga diendapkan dari gelas cair dalam porsi yang diperoleh setelah penyaringan. Sebanyak 20 porsi diproses.

Dari setiap sajian diperoleh 1,5 kg silika. Pementasan ini semata-mata disebabkan oleh kesulitan yang timbul saat mencuci silika dalam jumlah besar.

Skema netralisasi berikut diadopsi. Pada tahap pertama ditambahkan 3000 cm3 asam sulfat encer, dilanjutkan dengan pemaparan 20 menit, kemudian ditambahkan 1000 cm3 asam sulfat, waktu pemaparan 20 menit. Proses netralisasi selesai pada pH 7.

Filtrasi dilakukan di bawah tekanan tereduksi (vakum 0,01 atm).

Endapan agar-agar silika disimpan selama satu hari di bawah kondisi stasioner dan dikeringkan pada 500 ° C selama satu jam.

Hasilnya, diperoleh 30 kg silika dengan sifat-sifat berikut:

berat jenis silika 250 kg/m 3 , kandungan SiO 2 - 97,92%; kandungan pengotor (Al dan terutama Fe) tidak melebihi 2,17%, permukaan spesifik menurut BET adalah 512 m 2 /g, partikel silika yang tepat berbentuk bulat.

Silika, seperti kaca, berwarna merah dengan semburat kecoklatan.

Sebuah studi mikroskop elektron resolusi tinggi menunjukkan bahwa pigmen utama yang bertanggung jawab untuk warna merah dari produk sintesis adalah campuran mineral besi yang baru terbentuk dari jenis goethite. Kristal silika penembus goetit berbentuk jarum dengan panjang hingga 2-3 nm dan tebal hingga sepersepuluh nm. Kandungan jarum adalah 15-20% dari jumlah total silika yang diperoleh.

Tabel 3 menyajikan contoh 14-16 penerapan metode menggunakan penyebar kavitasi putar.

Dengan demikian, metode elektropulsa dan hidrodinamik yang dikembangkan untuk memproduksi kaca cair memungkinkan untuk mengecualikan proses mahal untuk mendapatkan "blok silika" dari mana kaca cair diproduksi.

Metode yang dikembangkan jauh lebih murah dan lebih progresif, dan penggunaan batu silikon tinggi - diatomit memungkinkan Anda untuk memperluas jangkauan bahan baku yang digunakan, yang cadangannya praktis tidak terbatas di wilayah tersebut.

Penggunaan metode elektropulsa dan hidrodinamik untuk produksi gelas cair adalah proses yang lebih menguntungkan secara energi dibandingkan dengan autoklaf karena penghematan waktu, dan memungkinkan untuk memberikan produk akhir, khususnya, peningkatan reaktivitas, yang memanifestasikan dirinya secara spesifik. industri, dan luas permukaan spesifik yang tinggi (lihat Gambar 3-4).

Pilihan varietas ditentukan oleh kebutuhan utama produksi: untuk industri ban, untuk industri cat dan pernis, produksi berbagai komposit bangunan dan produk dengan kemurnian tinggi yang digunakan dalam farmakologi dan obat-obatan.

Menurut metode yang diusulkan, dimungkinkan untuk mendapatkan 3 kadar silika, berbeda dalam ukuran permukaan spesifik dan kandungan SiO 2:

Jenis produk pertama dimaksudkan untuk digunakan dalam kosmetik dan wewangian, khususnya dalam produksi pasta silikon.

Grade At-2 paling efektif dalam produksi jenis pernis dan cat khusus.

Grade At-3 dapat berhasil digunakan dalam produksi karet silikon, perekat dan sealant, elastomer silikon dan dalam pemrosesan karet untuk berbagai keperluan.

Metode yang dikembangkan memungkinkan sifat akhir silika untuk diletakkan pada tahap memperoleh gelas cair dan mode pengendapan dan pencucian selanjutnya, dan ditentukan oleh persyaratan khusus produksi.

MENGEKLAIM

1. Suatu metode untuk memproduksi silikon dioksida amorf, termasuk tahapan penggilingan bahan baku awal yang mengandung silikon, yang digunakan sebagai batuan alam dengan kandungan silika amorf terikat yang tinggi, hingga 70-75%, menyiapkan muatan pada rasio W:T sama dengan 4-6:1 , memproses yang terakhir untuk mendapatkan larutan gelas cair, memisahkan endapan yang terbentuk, mengendapkan silikon dioksida dari fase cair yang dihasilkan dengan asam mineral secara bertahap di bawah kendali pH media, mengisolasi produk target yang dihasilkan dengan penyaringan diikuti dengan pencucian berulang dengan air dan pengeringan, ditandai bahwa sebagai batu gunung yang ditentukan menggunakan diatomit, yang dihancurkan untuk mendapatkan fraksi dengan kehalusan penggilingan tidak lebih dari 0,01 mm, diatomit yang dihancurkan awalnya ditembakkan pada suhu 600-900 ° C, dan muatan diproses dalam mode media kavitasi yang dibuat dengan metode elektropulsa atau hidrodinamik.

2. Metode menurut klaim 1, dicirikan bahwa pembakaran tanah diatom dilakukan selama 1-1,5 jam.

3. Metode menurut klaim 1, dicirikan bahwa pengolahan campuran dilakukan dalam reaktor pulsa listrik pada 80-90 ° C, pada tegangan dan daya masing-masing 5-10 kV dan 1,2-1,5 kW, dan tingkat pengulangan pulsa - 2-7 Hz.

4. Metode menurut salah satu klaim 1 dan 3, dicirikan bahwa pemrosesan dalam reaktor pulsa listrik dilakukan selama 1,0-2,0 jam dengan pencampuran berkala campuran setiap 0,5 jam.

5. Metode menurut klaim 1, dicirikan bahwa campuran diproses dalam pendispersi kavitasi selama 2,5-3,5 jam pada 1500-3000 rpm dan suhu 80-90°C.

6. Metode menurut klaim 1, yang dicirikan dalam asam nitrat, asam sulfat atau asam klorida, lebih disukai 40-50% asam nitrat, digunakan sebagai asam mineral.

7. Metode menurut klaim 1, dicirikan bahwa produk target juga dicuci dengan larutan asam nitrat 2-5% yang lemah.

Artikel ini menjelaskan bahan tambahan makanan (zat anti-penggumpalan dan zat anti-penggumpalan) silikon dioksida amorf (E551), penggunaannya, efeknya pada tubuh, bahaya dan manfaat, komposisi, ulasan konsumen

Fungsi yang dilakukan

agen anti-caking dan agen anti-caking

Legalitas penggunaan

Ukraina

Uni Eropa

Rusia

Apa aditif makanan E551 - silikon dioksida amorf?

Silikon dioksida adalah senyawa anorganik dengan sedikit aktivitas dalam kondisi normal. Pada suhu kamar, tidak larut dalam air, tidak berinteraksi dengannya dan dengan zat lain. Oksida ini bersifat asam dan dalam kondisi tertentu dapat membentuk garam asam silikat, yang disebut silikat.

Silikon dioksida tersebar luas di alam, merupakan bagian dari banyak batuan dan mineral. Dalam kehidupan sehari-hari, itu dikenal oleh semua orang sebagai pasir biasa (kuarsa). Ada beberapa jenis modifikasi kristal dari zat ini.

Bentuk amorf silikon dioksida digunakan dalam obat-obatan sebagai zat tambahan dan dasar. Silikon dioksida amorf adalah aditif makanan E551, yang digunakan dalam industri makanan untuk mencegah penggumpalan dan penggumpalan produk bubuk kering.

Dalam industri, silikon dioksida digunakan dalam produksi bahan bangunan, produk keramik, abrasive, kabel serat optik. Untuk tujuan teknis, produk dari sumber alami digunakan. Dalam industri makanan dan farmasi, silikon dioksida yang disintesis dengan oksidasi silikon pada suhu yang sangat tinggi digunakan sebagai aditif E551.

Silikon dioksida amorf, E551 - efek pada tubuh, bahaya atau manfaat?

Aditif E551 adalah salah satu senyawa paling aman untuk kesehatan. Zat ini sama sekali tidak larut dalam kerongkongan dan dikeluarkan dari tubuh tidak berubah. Selain efek positif pada kualitas makanan, suplemen E551 dapat memiliki efek pembersihan pada usus. Bukan kebetulan bahwa silikon dioksida digunakan dalam pengobatan praktis sebagai enterosorben. Zat ini hadir di banyak pasta gigi dan berkontribusi pada pembersihan mekanis dan mikrobiologis rongga mulut.

Mengingat ketidaklarutan silikon dioksida, orang yang memiliki masalah dengan sistem ekskresi tidak boleh menyalahgunakan produk makanan dengan penambahan E551. Ketika sejumlah besar zat ini masuk ke dalam tubuh, akumulasinya di saluran sistem kemih tidak dapat sepenuhnya dikecualikan, terutama dalam kasus di mana mereka berubah bentuk atau spasmodik.

Aditif makanan silika amorf - aplikasi makanan

Aditif E551 mencegah penggumpalan produk makanan kering, pembentukan gumpalan di dalamnya. Ini digunakan untuk mengemas rempah-rempah dan campuran lainnya. Penambahan silika amorf sangat relevan bila produk makanan kering dibungkus dengan kertas timah. Konsentrasi maksimum E551 dalam satu kilogram campuran makanan tidak boleh melebihi 30 gram. Silikon dioksida disetujui untuk digunakan sebagai bahan tambahan makanan di semua negara.

Silika amorf dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis:

1. Kaca kuarsa dibuat dengan melelehkan kuarsa (serta hidrolisis suhu tinggi silikon tetraklorida atau oksidasinya dalam plasma suhu rendah).

2. Silika M - silika amorf yang diperoleh dengan iradiasi dengan neutron cepat dari varietas silika amorf atau kristal. Dalam hal ini, densitas silika amorf awal meningkat, sedangkan silika kristalin menurun. Silika M tidak stabil secara termal dan berubah menjadi kuarsa pada 930C selama 16 jam. Kepadatannya adalah 2260 kg / m 3 (untuk kaca kuarsa - 2200).

3. Silika miroamorf, termasuk sol, gel, serbuk dan kaca berpori, yang sebagian besar terdiri dari partikel primer dengan ukuran kurang dari satu mikrometer atau dengan luas permukaan spesifik lebih dari 3 m 2 /g.

Silika mikroamorf yang disintesis di bawah kondisi laboratorium dapat dibagi menjadi tiga kelas:

I Varietas mikroskopis diperoleh dengan proses khusus berupa daun, pita dan serat.

II Bentuk amorf konvensional yang terdiri dari partikel SiO 2 berbentuk bola dasar yang berukuran lebih kecil dari 100 nm, yang permukaannya terbentuk dari SiO 2 anhidrat atau dari gugus SiOH. Partikel tersebut dapat dipisahkan atau dihubungkan dalam jaringan tiga dimensi: a) diskrit atau terisolasi (partikel, seperti halnya di sol; b) agregat tiga dimensi yang terhubung dalam rantai dengan ikatan siloksan pada titik kontak, seperti pada gel; c) agregat partikel tiga dimensi massal, seperti yang diamati pada aerogel, silika asal trogenik, dan beberapa bubuk silika terdispersi (lihat Gambar 1.13).

III Silika amorf terhidrasi di mana semua atau hampir semua atom silikon terikat oleh satu atau lebih gugus hidroksil.

Beras. 1.13. Partikel dasar dari bentuk umum silika koloid. Gambar disajikan datar, tetapi sebenarnya agregasi partikel adalah tiga dimensi: a - sol, b - gel, c - bubuk silika

Silika mikroamorf dari bentuk mikro berlapis, pita dan berserat diperoleh:

1. Pembentukan partikel pada antarmuka gas-cair sebagai hasil hidrolisis SiF 4 dalam bentuk gas pada 100 atau hidrolisis uap SiCl 4 pada 100C. Serpihan adalah film tipis silika gel yang terbentuk pada permukaan kontak uap SiF 4 yang sangat reaktif dengan tetesan air. Karakter "halus" dari bubuk yang dibuat dari SiF 4 dimanifestasikan dalam nilai kerapatan nyata yang sangat rendah yaitu 25 kg/m3 dan juga dalam "kefluiditasan" bubuk, mirip dengan air. Serpihan silika gel tidak beraturan, berdiameter sekitar 1 m dan tebal 1/10 m, mengandung 92,86% SiO 2 dan 7,14% H 2 O.

2. Pembentukan sol silika dengan pembekuan. Ketika larutan silika koloid atau asam polisilik dibekukan, kristal es yang tumbuh akan menggantikan silika sampai silika terakumulasi di antara kristal es sebagai sol pekat. Silika tersebut kemudian berpolimerisasi dan membentuk gel padat. Pencairan es berikutnya menghasilkan silika dalam bentuk serpihan berbentuk tidak beraturan yang terbentuk di antara permukaan kristal es yang halus. Bubuk silika kering vakum mengandung sekitar 10% H2O.

Silika yang paling umum dalam bentuk amorf adalah silika gel dan kaca kuarsa. Silica gel diperoleh dengan memanaskan silika gel hingga suhu tidak melebihi 1000C. Gel silika teknis siap pakai adalah butiran padat transparan berwarna putih atau kekuningan. Banyak digunakan sebagai penyerap kelembaban.

Lelehan silika mudah didinginkan untuk membentuk kaca kuarsa. Kaca kuarsa yang digunakan dalam rekayasa adalah kaca silikat satu komponen. Itu diperoleh dengan melelehkan varietas silika alami atau buatan dengan kemurnian tinggi.

Dengan peningkatan tekanan, transformasi modifikasi juga dibuat untuk silika non-kristal - kaca kuarsa. Ketika kaca dikompresi, ikatan Si-O-Si di dalamnya bengkok. Dengan peningkatan tekanan menjadi 3100-3300 MPa, transisi diamati, disertai dengan perubahan densitas yang tajam (transformasi jenis kedua). Kaca yang dihasilkan pada tekanan ini disebut gelas suprapiezo(disingkat S-P-glass).

Dengan peningkatan tekanan di atas 9000 MPa, kerapatan silika seperti kaca mulai meningkat lagi dan pada 20000 MPa menjadi sama dengan 2,61. 10 3 kg/m 3 , yang mendekati kerapatan kuarsa, tetapi bahannya tetap amorf. Kaca seperti itu tidak secara elastis kembali ke volume aslinya ketika tekanan dihilangkan, dan piringan tipis kaca kuarsa superpadat (terkondensasi) dapat dipertahankan. Kaca kuarsa yang dipadatkan ini disebut kental.

Karakteristik modifikasi polimorfik SiO 2 diberikan pada tabel 1.1.