Amorphous silica application. Silicon: aplikasyon, kemikal at pisikal na katangian. Mga kalamangan at kawalan

Ang amorphous (non-crystalline) na silicon dioxide na may mataas na tiyak na lugar sa ibabaw ay halos hindi na matagpuan sa kalikasan sa dalisay nitong anyo. Makukuha lamang ito sa pamamagitan ng teknolohiya. Ang high-purity synthetic silica (amorphous silicon dioxide) na ginawa namin sa ilalim ng trademark na KOVELOS ay napakagaan na micronized (laki ng particle, depende sa brand, mula 6 hanggang 40 microns) walang lasa at walang amoy na puting pulbos na may nanoporous na istraktura ng mga particle, na may binibigkas na mga katangian ng sorption. Ang tiyak na lugar sa ibabaw nito ay 350-400 sq.m. bawat 1 gramo. Pagsipsip ng langis - 300-340 g / 100 g.

Sa mga solido, ang amorphous silicon dioxide ay may pinakamababang thermal conductivity (0.02 W / (m. K)), bilis ng pagpapalaganap ng tunog (100 m / s) at dielectric constant. Ang amorphous silica ay pinainit (sa mga temperaturang higit sa 1000 degrees C) sa isang mala-kristal na anyo.

Ang sintetikong silica (amorphous silicon dioxide) ay kailangang-kailangan sa maraming sektor ng modernong ekonomiya ng mundo dahil sa katotohanan na

ito ay neutral at chemically resistant sa halos lahat ng mineral at organic substance na umiiral sa ating planeta. Iyon ay, ito ay hindi nakakapinsala sa mga buhay na organismo, hindi nakakalason, apoy at pagsabog-patunay sa panlabas na kapaligiran.

ay may isang mataas na tiyak na lugar sa ibabaw, dahil sa ang katunayan na ang maliit na butil ng amorphous silicon dioxide ay naglalaman ng isang malaking bilang ng mga nanosized pores. Ang kumplikadong istraktura ng nanopore (mataas na binuo na ibabaw) ng particle ay tumutukoy sa mahusay na mga katangian ng sorption ng synthetic silica. Maaari itong piliing sumipsip o magbigkis ng mga gas, singaw at solute mula sa kapaligiran. Kapansin-pansin, sa panahon ng synthesis ng amorphous silicon dioxide, posible na itakda ang mga parameter ng ibabaw nang maaga (baguhin ang ibabaw), at sa gayon ay makakuha ng isang produkto na may pumipili na sorption.

Kaya, ang neutralidad ng kemikal at isang malaking tiyak na lugar sa ibabaw (highly developed surface) ng amorphous (non-crystalline) na silicon dioxide ay maaaring magbigay ng mga bagong katangian sa iba't ibang komposisyon, materyales, produkto nang hindi binabago ang kanilang mga kemikal na katangian. Sa partikular, ang high-purity fine synthetic silica na may nabuong surface ay maaaring:

pampalapot (pataasin ang lagkit) mga formulations ng likido hanggang sa isang free-flowing state (depende sa kinakailangang antas ng pampalapot, mula 1.5% hanggang 33% synthetic silica ay ipinakilala sa komposisyon). Ang ari-arian na ito ay ginagamit sa paggawa ng mga pintura, barnis, adhesive, sealant, pastes, ointment, lubricant, atbp.;

dagdagan ang flowability dinurog at/o pulbos na solids (mga pampalasa, chips, crackers, tinapay, gatas na pulbos, dry mix, feed ng hayop, washing powder, toner, gamot, atbp.) at protektahan ang mga ito mula sa pagkumpol, sa gayo'y pinapataas ang kanilang buhay sa istante .

pagbutihin ang mga katangian ng lakas at wear resistance mga materyales (plastik, dagta, goma, goma, kongkreto, aspalto, atbp.)

pagbutihin ang thermodynamickatangian(heat resistance, thermal conductivity) ng mga materyales;

pagbutihin ang tribological katangian(pinapataas ang paglaban sa abrasion);

gamitin bilang isang additive sa mga langis at pampadulas para sa anumang mga yunit at mekanismo kung saan mayroong mga pares ng metal friction. Sa kasong ito, mula sa amorphous silicon dioxide sa panahon ng pagpapatakbo ng mga mekanismo sa ibabaw ng mga pares ng rubbing tungkol sa nabuo ang mga silicate na pelikula, na nagpapanumbalik ng mga geometric na sukat ng mga yunit at mekanismo sa kanilang orihinal na estado, na binabawasan ang antas ng pagsusuot ng maraming beses.

maging tagapagdala ng mga aktibong sangkap sa mga produktong parmasyutiko at kosmetiko;

gamitin bilang isang banayad na nakasasakit sa pabango at mga pampaganda (pagbabalat ng balat, pagsipsip ng dumi sa balat), sa paggawa ng mga wafer ng silikon na semiconductor, atbp. (bilang isang polishing suspension);

para sa paglakimalalaking kristal, na hindi maaaring lumaki sa tubig. Sa kasong ito, ginagamit ang isang medium na silica gel para sa paglaki. Pinipigilan ng istraktura ng silica gel ang kombeksyon at pinapayagan ang proseso ng pagsasabog ng mga sangkap na magpatuloy nang pantay;

para sa paghahanda ng mga sintetikong materyales na luad. Kaya, ang kaolin sa pagkakaroon ng amorphous silicon dioxide ay nabuo sa ilalim ng hydrothermal na mga kondisyon sa 200-300 ° C.

itali at ilabas hayop at tao iba't ibang mga lason, mga asing-gamot ng mabibigat na metal, radionuclides;

gagamitin bilang isang hilaw na materyal para sa paggawa ng mga espesyal na baso ng kuwarts na may transparency na higit sa 99.5% para sa optical radiation na may wavelength na 248 nm at higit sa 98% para sa optical radiation na may wavelength na 193 nm, para sa produksyon ng optical fibers;

gamitin bilang isang hilaw na materyal para sa paggawa ng high-purity silicates ginagamit upang takpan ang telebisyon at mga tubo ng ilaw;

sa paggawa ng mga microcircuits at iba pang mga elektronikong sangkap gamitin bilang isang insulator, inilapat sa pamamagitan ng pag-spray o bilang isang espesyal na. mga pelikula;

nagsisilbing mapagkukunang materyal upang makakuha ng mataas na kadalisayan na silikon na ginagamit sa paggawa ng mga solar cell at sa synthesis ng mga organosilicon compound;

ginagamit bilang heat insulator at sound absorber sa mga rocket at jet engine. Ito ay isang mahusay na insulator ng init para sa iba't ibang uri ng mga sistema ng pagsasagawa na may temperatura ng pag-init hanggang sa 1000 °C;

ginagamit sa mga pulbos na pamatay ng apoy para sa pag-apula ng apoy ng mga klase A (nagpapabagal na materyales), B (nasusunog na likido), C (nasusunog na mga gas), pati na rin ang mga electrical installation sa ilalim ng boltahe hanggang sa 1000 V.

Gayundin, ang paggamit ng amorphous silicon dioxide ay nagpapabilis sa proseso ng produksyon (sa pamamagitan ng pagpapasimple sa mga teknolohikal na siklo, pagbabawas ng oras ng ikot ng produksyon) at nangangailangan ng mas kaunting enerhiya. Halimbawa, upang mapalapot ang mga likidong formulasyon na may sintetikong silica, sapat na ang temperatura ng silid.

Ang saklaw ng aplikasyon ng high-purity amorphous silicon dioxide sa ekonomiya ng mundo ay lumalawak bawat taon, ang papel nito sa pag-unlad ng mga modernong industriya at sa paglikha ng mga bagong materyales ay lumalaki.

Ang Silicon dioxide (silica, Silicon dioxide, silica) ay isang sangkap na binubuo ng walang kulay na mga kristal na may mataas na lakas, tigas at refractoriness. Ang Silicon dioxide ay lumalaban sa mga acid at hindi nakikipag-ugnayan sa tubig. Sa isang pagtaas sa temperatura ng reaksyon, ang sangkap ay nakikipag-ugnayan sa alkalis, natutunaw sa hydrofluoric acid, at isang mahusay na dielectric.

Sa likas na katangian, ang silikon dioxide ay lubos na laganap: ang mala-kristal na silikon na oksido ay kinakatawan ng mga mineral tulad ng jasper, agata (fine-crystalline compound ng silikon dioxide), rock crystal (malaking kristal ng sangkap), kuwarts (libreng silikon dioxide), chalcedony, amethyst, morion, topaz (kulay na kristal na silikon dioxide).

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon (sa natural na ambient temperature at pressure), mayroong tatlong crystalline modification ng silicon dioxide - tridymite, quartz at cristobalite. Kapag tumaas ang temperatura, ang silicon dioxide ay unang nagiging coesite, at pagkatapos ay stishovite (isang mineral na natuklasan noong 1962 sa isang meteorite crater). Ayon sa pananaliksik, ito ay stishovite - isang derivative ng silicon dioxide - na naglinya sa isang mahalagang bahagi ng mantle ng Earth.

Ang chemical formula ng substance ay SiO2

Pagkuha ng silikon dioxide

Ang silikon dioxide ay pang-industriya na ginawa sa mga pabrika ng quartz na gumagawa ng purong quartz concentrate, na pagkatapos ay ginagamit sa mga kemikal at elektronikong industriya, sa paggawa ng mga optika, mga filler para sa goma at pintura, alahas, atbp. Ang natural na silicon dioxide, kung hindi man ay tinatawag na silica, ay malawakang ginagamit sa konstruksyon (kongkreto, buhangin, tunog at mga materyales sa pagkakabukod ng init).

Ang pagkuha ng silikon dioxide sa isang sintetikong paraan ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagkilos ng mga acid sa sodium silicate, sa ilang mga kaso - sa iba pang natutunaw na silicates, o sa pamamagitan ng paraan ng coagulation ng colloidal silica sa ilalim ng impluwensya ng mga ions. Bilang karagdagan, ang silikon dioxide ay nakuha sa pamamagitan ng pag-oxidize ng silikon na may oxygen sa temperatura na humigit-kumulang 500 degrees Celsius.

Paglalapat ng silikon dioxide

Ang mga materyales na naglalaman ng silikon ay malawakang ginagamit kapwa sa larangan ng matataas na teknolohiya at sa pang-araw-araw na buhay. Ginagamit ang Silicon dioxide sa paggawa ng salamin, keramika, kongkretong produkto, nakasasakit na materyales, gayundin sa radio engineering, ultrasonic device, lighter, atbp. Sa kumbinasyon ng isang bilang ng mga sangkap, ang silicon dioxide ay ginagamit sa paggawa ng mga fiber optic cable.

Ang non-porous amorphous silicon dioxide ay ginagamit din sa industriya ng pagkain bilang isang additive, na nakarehistro sa ilalim ng numerong E551, na pumipigil sa clumping at caking ng pangunahing produkto. Ang silicon dioxide ng pagkain ay ginagamit sa industriya ng parmasyutiko bilang isang enterosorbent na gamot, sa paggawa ng mga toothpastes. Ang substance ay matatagpuan sa chips, crackers, corn sticks, instant coffee, atbp.

Ang pinsala ng silikon dioxide

Opisyal na nakumpirma na ang sangkap ng silikon dioxide ay dumadaan sa gastrointestinal tract na hindi nagbabago, pagkatapos nito ay ganap na pinalabas mula sa katawan. Ayon sa isang 15-taong pag-aaral ng mga eksperto sa Pransya, ang pag-inom ng tubig na may mataas na nilalaman ng dietary silicon dioxide ay nakakabawas ng panganib na magkaroon ng Alzheimer's disease ng 10%.

Kaya, ang impormasyon tungkol sa mga panganib ng silicon dioxide, na isang chemically inert substance, ay mali: ang food supplement na E551, na iniinom nang pasalita, ay ganap na ligtas para sa kalusugan.

Ang imbensyon ay nauugnay sa teknolohiya ng pagproseso ng kemikal ng mga hilaw na materyales ng mineral, lalo na sa mga pamamaraan para sa paggawa ng mataas na dispersed na silikon dioxide - isang analogue ng puting soot, na ginagamit bilang isang tagapuno ng mineral sa mga industriya na gumagamit ng mataas na dispersed fillers. Kasama sa pamamaraan ang mga yugto ng paggiling ng paunang hilaw na materyal na naglalaman ng silikon, na ginagamit bilang isang natural na bato - diatomite na may mataas, hanggang sa 70-75%, nilalaman ng nakagapos na amorphous silica, na naghahanda ng singil sa isang ratio ng W: T katumbas ng 4-6:1, pinoproseso ang huli upang makakuha ng isang solusyon na likidong baso, na naghihiwalay sa nabuong namuo, nagpapalabas ng silikon dioxide mula sa nagresultang likidong bahagi na may mineral na acid sa mga yugto sa ilalim ng kontrol ng pH ng daluyan, na naghihiwalay sa nabuo target na produkto sa pamamagitan ng pagsasala na sinusundan ng paulit-ulit na paghuhugas gamit ang tubig at pagpapatuyo, habang ang diatomite ay dinudurog upang makakuha ng isang fraction na may grinding fineness na hindi hihigit sa 0, 01 mm at preliminarily subjected sa pagpapaputok sa temperatura na 600-900°C para sa 1- 1.5 na oras, at ang pagproseso ng singil ay isinasagawa sa mode ng isang cavitating medium na nilikha ng isang electric pulse o hydrodynamic na paraan. Ang teknikal na resulta ng imbensyon ay upang gawing simple ang proseso sa pamamagitan ng paglikha ng isang non-autoclave, prosesong matipid sa enerhiya at pagkuha ng isang produkto na may mataas na reaktibiti at malawak na hanay ng mga katangiang pang-industriya. 6 w.p. f-ly, 3 tab., 4 ill., 13 pr.

Mga guhit sa RF patent 2474535

Ang amorphous silica ay isang multi-purpose na materyal at ginagamit sa iba't ibang industriya. Ito ay pinaka-malawak na ginagamit para sa paggawa ng isang espesyal na uri ng silicone goma, bilang isang adsorbent, o bilang isang mahalagang bahagi ng pagbuo ng mga dry mix at sa industriya ng pintura at barnisan, bukod dito, ito ay isang pare-parehong bahagi para sa maraming mga produkto at produkto ng industriya ng pabango. Para sa ilang mga uri ng goma ng gulong na ginagamit para sa paggawa ng mga de-kalidad na gulong, ang amorphous silica na may medyo mahigpit na teknikal na katangian ay maaaring gamitin bilang isang tagapuno.

Ang silica ay isang pangkalahatang termino para sa mga compound na mayroong chemical formula na SiO 2 . Ang amorphous silica (highly dispersed silica - VDS) ay isang highly dispersed chemical compound, na isang maluwag na puting pulbos na naglalaman ng hindi bababa sa 95-99.8% silicon dioxide. Ang mga tampok nito ay isang mataas na tiyak na ibabaw, maluwag na pag-iimpake ng mga pangunahing particle at aggregates, na humahantong sa isang malaking dami ng butas at, nang naaayon, mataas na kahalumigmigan at pagsipsip ng langis, mahusay na pampalapot at mga katangian ng pagbuo ng istraktura.

Ang buong VDC ay nahahati sa dalawang klase - pyrogenic at precipitated.

Ang Pyrogenic VDC ay nakukuha sa pamamagitan ng pagsunog ng silicon tetrachloride sa isang stream ng oxygen at hydrogen, na nagreresulta sa mataas na dispersed amorphous silicon dioxide at hydrogen chloride sa isang gas na estado. Ang produksyon na ito ay nangangailangan ng mataas na pagkonsumo ng enerhiya at seryosong mga hakbang para sa kaligtasan ng pagsabog. Hindi tulad ng pyrogenic, precipitated VDC ay nakuha, halimbawa, mula sa natural na mineral na hilaw na materyales - mga bato tulad ng perlite, obsidian, diatomite, nepheline, tripoli, mula sa silicate na hilaw na materyales, quartz sand [patent RU No. 2085488, cl. C01B 33/18, publ. 27.07.97] at mula sa "semi-finished na mga produkto" - high-silicon ferrosilicon waste [patent RU No. 2036836, class. C01B 33/12, publ. 06/09/95], ang produksyon ng boron o borosilicate na materyales [patent RU No. 2170211, klase. C01B 33/12, 07/10/2001], mula sa basura ng apatite production [ed. sertipiko SU No. 856981 30.01.93] at produksyon ng ferroalloy [RF patent No. 2237015, klase. C01B 33/18, publ. 27.09.2004], mula sa flue dust mula sa proseso ng paglilinis ng gas ng produksyon ng electrothermal silicon sa mga negosyo ng industriya ng aluminyo [patent RU No. 2031838, 27.03.95] at iba pa.

Ang isang kilalang paraan ay ang paghihiwalay ng silicon dioxide mula sa malasalamin na bato ng bulkan, na ginagamit bilang perlite, obsidian, pumice na may silica content na 69-75% [Patent RU No. 1791383, C01B 33/12, 30.01.93 g] .

Kasama sa pamamaraan ang paggiling ng mga hilaw na materyales na naglalaman ng silica upang makakuha ng isang bahagi ng pagkakasunud-sunod ng 0.1 mm, paggamot na may solusyon sa alkali sa isang konsentrasyon ng Na 2 O - 100-200 g/l at isang ratio W:T=2-4 para sa 1-5 na oras, na sinusundan ng pag-alis ng namuo mula sa mga phase ng likido. Ang huli ay sumasailalim sa magnetic treatment sa isang electromagnetic field strength na 500-1100 kA/m at isang liquid phase velocity na 2-4 m/s, ang solusyon na ginagamot ay pinainit hanggang kumukulo, ang calcium oxide at aluminum nitrate ay idinagdag at pinakuluan. . Ang masa ay sinala, at ang nagresultang likidong baso ay ginagamot ng mineral acid. Ang precipitated silica ay sinala, hinugasan at pinatuyo.

Ang oras ng buong proseso - 8-10 h, ang ani ng target na produkto - (sa bigat ng feedstock) - 30-60%, ang nilalaman ng SiO 2 sa huling produkto hanggang sa 98%.

Ang kawalan ng pamamaraang ito ay ang pagiging kumplikado ng proseso, na kinokontrol ng feedstock na ginamit, ang mababang antas ng pagkuha ng silikon dioxide mula sa mga hilaw na materyales ng mineral at ang hindi sapat na mataas na tiyak na lugar sa ibabaw ng nagresultang produkto.

Isang kilalang paraan para sa paggawa ng amorphous silicon dioxide, kabilang ang paggiling ng mga hilaw na materyales na naglalaman ng silikon, pagpoproseso ng huli gamit ang isang alkaline reagent sa 150-170°C, paghihiwalay sa nabuong precipitate at precipitating silicon dioxide mula sa nakuhang bahagi ng likido na may mineral acid, na naghihiwalay sa nagreresulta ng silicon dioxide sa pamamagitan ng pagsasala, na sinusundan ng paghuhugas at pagpapatuyo [Patent No. 2261840, klase. C01B 33/12, C01B 33/18, publ. 2005.10.10].

Bilang paunang hilaw na materyal na naglalaman ng silica, ginagamit ang natural na bato - marshalite, ang paggiling ay isinasagawa sa isang centrifugal apparatus na may bilis na hindi bababa sa 10,000 rpm at isang centrifugal factor na hindi bababa sa 20 g. upang makakuha ng isang fraction na may nakakagiling na fineness ng 10-15 microns, ang huli ay sumasailalim sa alkaline treatment sa isang presyon ng 4.5-5.5 atm. 8-10% sodium hydroxide solution, kinuha sa ratio W:T=4.5-5.5:1, ang pag-ulan ng silicon dioxide ay isinasagawa na may 45-50% nitric acid sa ratio W:K=3-3.5 :1 by dosed loading ng nitric acid para sa 0.5-1 h hanggang sa isang neutral na halaga ng pH ay nakuha, una, ang target na produkto ay hugasan ng 10-12% nitric acid, at pagkatapos ay may hindi bababa sa limang beses ang halaga ng mainit na tubig at tuyo.

Ang kawalan ng pamamaraang ito ay ang limitadong hilaw na materyal na base para sa produksyon ng silikon dioxide.

Bilang karagdagan, ang kilalang pamamaraan ay hindi nagpapahintulot upang makakuha ng isang pangwakas na produkto na may paunang natukoy na mga katangian, halimbawa, na may isang tiyak na lugar ng ibabaw ng silicon dioxide, at ang pahayag na posible na makakuha ng isang produkto na may malawak na hanay ng mga tiyak. ang lugar sa ibabaw ay hindi nakumpirma sa eksperimento.

Ang pinakamalapit na teknikal na solusyon ay isang paraan para sa paggawa ng amorphous silicon dioxide, kung saan ang mga natural na bato na may mataas na nilalaman ng bound amorphous silica hanggang 70-75% ay ginagamit bilang paunang hilaw na materyal na naglalaman ng silikon, halimbawa, perlite, obsidian, pumice , vitroclastic tuff, diatomite, kieselguhr, volcanic ash na may pinakamababang nilalaman ng crystalline phase, hindi hihigit sa 10-15%, atbp. [US Pat. RF No. 2261840, C01B 33/12, 33/18, 06/18/2004].

Kasama sa pamamaraan ang mga yugto ng paggiling ng mga hilaw na materyales na naglalaman ng silikon, na isinasagawa sa isang vibrating mill na may mga ceramic o agate na bola upang makakuha ng isang fraction na may grinding fineness na hindi hihigit sa 10 μm, na pinoproseso ang huli gamit ang isang alkaline agent sa isang autoclave sa nakataas na presyon at temperatura (180-200°C at 6.5 atm) upang makakuha ng solusyon ng likidong salamin, at upang makakuha ng amorphous dioxide na may partikular na lugar sa ibabaw, ang paggamot na may alkaline na ahente ay isinasagawa na may napiling konsentrasyon ayon sa nomogram , paghihiwalay ng nabuong precipitate, pag-ulan ng silikon dioxide mula sa nakuha na likidong bahagi na may mineral acid, habang ang pag-ulan ng silikon dioxide mula sa nakuha na likidong bahagi ay isinasagawa kasama ng mineral acid sa pamamagitan ng paunang paglo-load nito sa isang halaga na nagsisiguro ng pH na 12 ng pinaghalong, hinahawakan ang timpla na may patuloy na pagpapakilos sa loob ng 10-15 minuto, at pagkatapos ay i-load ang acid sa isang halaga na nagbibigay ng pH na 10 ng pinaghalong, paulit-ulit na pagkakalantad ng pinaghalong may patuloy na pagpapakilos para sa 10- 15 min at huling pag-download sa acid upang makakuha ng isang pH ng 7 halo, habang bago ang bawat pagpapakilala ng acid sa likidong bahagi ay nagdaragdag din ng tubig sa halagang 8-10%.

Ang resultang target na produkto ay pinaghihiwalay sa pamamagitan ng pagsasala, na sinusundan ng paulit-ulit na paghuhugas ng mainit na tubig at pagpapatuyo.

Upang matukoy ang konsentrasyon ng isang alkaline na ahente, iminungkahi na gumamit ng isang nomogram na binubuo ng dalawang ordinate axes, ang isa ay nagpapahiwatig ng tiyak na lugar sa ibabaw ng amorphous dioxide, at ang isa pa ay ang halaga ng konsentrasyon ng alkali, ang karaniwang abscissa. axis, na nagpapahiwatig ng modulus ng nakuhang likidong baso, at dalawang eksperimento na ginawang kurba, ang una ay nagpapakita ng pagdepende ng partikular na ibabaw sa conditional glass modulus, at ang pangalawa ay nagpapakita ng pag-asa ng glass modulus sa alkali na konsentrasyon na ginamit. .

Ang paggamot na may isang alkaline agent ay isinasagawa sa isang ratio W: T katumbas ng 6-6.5: 1 para sa 1-2.5 na oras sa temperatura ng 170-200 ° C, isang presyon ng 6.5-7 atm.

Ginagawang posible ng pamamaraang ito na makakuha ng isang produkto na may paunang natukoy na pisikal at teknikal na mga katangian, gayunpaman, sa pangkalahatan, ang pamamaraan ay medyo kumplikado upang ipatupad, nangangailangan ito ng napaka-tumpak na pagpapatupad ng teknolohikal na iskedyul, ang paglikha ng mataas na temperatura at presyon.

Ang layunin ng imbensyon ay pasimplehin ang proseso sa pamamagitan ng paglikha ng isang non-autoclave, enerhiya-efficient na paraan para sa paggawa ng amorphous silicon dioxide.

Ang layunin ng imbensyon ay upang makakuha ng isang produkto na may mataas na reaktibiti at malawak na hanay ng mga pang-industriyang katangian.

Ang mga gawain ay nalutas sa pamamagitan ng ang katunayan na sa paraan para sa pagkuha ng amorphous silikon dioxide, kabilang ang mga yugto ng paggiling ng silikon na naglalaman ng mga hilaw na materyales, upang makakuha ng isang bahagi na may grinding fineness na hindi hihigit sa 0.01 mm, naghahanda ng singil sa isang ratio ng W:T katumbas ng 4-6:1, pinoproseso ang huli sa pagkuha ng isang solusyon ng likidong salamin, na naghihiwalay sa nabuong precipitate, nag-precipitate ng silikon dioxide mula sa nakuha na likidong bahagi na may mineral acid na hakbang-hakbang sa ilalim ng kontrol ng pH ng medium , ihiwalay ang nabuong target na produkto sa pamamagitan ng pagsasala, na sinusundan ng paulit-ulit na paghuhugas ng tubig at pagpapatuyo, ang durog na hilaw na materyal na naglalaman ng silikon ay unang sasailalim sa pagpapaputok sa temperatura na 600-900 ° C, at ang pagproseso ng pinaghalong ay isinasagawa sa ang mode ng isang cavitating medium na nilikha ng isang electric pulse o hydrodynamic na paraan.

Mas mainam na gumamit ng mga natural na bato na may mataas na nilalaman ng nakatali na amorphous na silica, hanggang sa 70-75%, pangunahin ang diatomite, bilang paunang hilaw na materyal na naglalaman ng silikon.

Maipapayo na inihaw ang durog na hilaw na materyales na naglalaman ng silikon sa loob ng 1-1.5 na oras.

Mas mainam na iproseso ang singil sa temperatura na 80-90°C sa isang electric pulse reactor sa boltahe at kapangyarihan na 5-10 kV at 1.2-1.5 kW, ayon sa pagkakabanggit, at isang rate ng pag-uulit ng pulso na 2-7 Hz o sa isang cavitation disperser sa loob ng 2.5 -3.5 h sa 1500-3000 rpm at 80-90°C.

Maipapayo na iproseso sa isang electric pulse reactor sa loob ng 1.0-2.0 h na may panaka-nakang paghahalo ng singil tuwing 0.5 h, at gumamit ng nitric, sulfuric o hydrochloric acid bilang mineral acid, higit sa lahat 40-50% nitric acid, at paghuhugas ng target na produkto ay karagdagan na isinasagawa na may mahinang 2-5% na solusyon ng nitric acid.

Ipinapakita ng Figure 1 ang IR spectra ng silica na idineposito mula sa water glass, na na-synthesize ng autoclave.

Figure 2 - IR spectra ng silica na idineposito mula sa likidong salamin, na synthesize sa pamamagitan ng electropulse method.

Figure 3 - electron microscopic na imahe ng silica na na-synthesize sa pamamagitan ng electropulse method.

a) electron microscopic na imahe ng silica na na-synthesize ng electropulse method,

b) electron microscopic na imahe ng silica na nakuha sa isang autoclave.

Ang spark discharge na ginamit sa prosesong ito ay hindi lamang isang malaking mapanirang kapangyarihan, ngunit nakakaapekto rin sa likas na katangian ng kurso ng mga resultang kemikal na reaksyon at ang kanilang mga huling resulta.

Ilista natin sa madaling sabi ang mga salik na kumikilos sa panahon ng paglabas ng pulso ng kuryente:

(a) Lumalabas ang mataas at napakataas na impulsive hydraulic pressure, kung saan nauugnay ang mga shock wave, na gumagalaw sa sonic at supersonic na bilis ng pagkakasunud-sunod ng daan-daang metro bawat segundo.

(b) Bilang karagdagan, ang makapangyarihang mga proseso ng pulsed cavitation ay nagsisimulang kumilos, na may kakayahang sumaklaw sa medyo malalaking volume ng likido. Ang pagbuo ng mga cavitation cavities ay nangyayari tulad ng sumusunod. Sa mga lugar kung saan tumagos ang mga ultrasonic wave, pana-panahong nangyayari ang compression o tensyon. Ang mga ultrasonic wave sa mga lugar ng rarefaction ay nagdudulot ng pagkabasag ng likido sa pagbuo ng isang microscopic na lukab. Ang mga singaw at gas na natunaw dito ay tumagos sa cavity na ito mula sa nakapalibot na likido. Ang mga nagresultang cavity ay mabilis na bumagsak sa ilalim ng impluwensya ng kasunod na compression. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na cavitation. Ang tagal ng buhay ng isang cavitation bubble ay halos katumbas ng panahon ng isang tunog na panginginig ng boses. Sa hanay ng mataas na mga frequency ng ultrasonic, ito ay milyon-milyong ng isang segundo. Ipinapalagay na ang malalaking electrical stress at mataas na temperatura ay nangyayari sa cavity ng cavitation. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang mga molekula at atomo ng mga gas na naroroon sa cavitation cavity ay sumasailalim sa mga proseso ng ionization at dissociation. Sa cavitation cavity, halimbawa, H 2 O at OH molecules dissociate. Dahil sa katotohanan na ang mga sangkap na mayaman sa enerhiya (ionized at activated molecules at free radicals) ay lumabas sa cavity ng cavitation, natuklasan ang isang bilang ng mga phenomena na nagpapahiwatig ng paglitaw ng panimula ng mga bagong reaksyon. Hanggang ngayon, ang bahaging ito ng electropulse effect ay hindi pa ganap na pinag-aralan.

(d) Ang isang electric shock ay maaaring magdulot ng delamination ng isang solid sa antas ng molekular, halimbawa, na nauugnay sa mga detalye ng istruktura ng kristal na sala-sala ng mineral, kabilang ang polimerisasyon, pagkasira ng sorption at mga bono ng kemikal, at pagbabago ng iba pang mga detalye ng synthesis.

Ang mga prosesong ito ay nag-aambag sa isang mas pinong pagkawatak-watak ng paunang sangkap sa panahon ng paglipat ng diatomite sa likidong salamin at nagbibigay ng karagdagang mga impulses ng enerhiya sa likidong salamin. Ang pag-aaral ng mga proseso ng electrochemical na nauugnay sa synthesis ng silica ay nagmumungkahi na ang epekto ng electropulse ay nakakaapekto sa mga kemikal na katangian ng mga pangkat ng istruktura ng SiO 4 na bahagi ng likidong salamin na na-synthesize sa ilalim ng pagkilos nito, marahil ito ay nagpapakita mismo sa pagpapalakas ng mga bono ng silonol. Kasabay nito, ang isang espesyal na "crystal-chemical memory" ay napanatili, na nakakaapekto sa istraktura ng precipitated silica. Ang electrical impulse effect ay lumilikha ng karagdagang Si-O-Si bond sa likidong salamin, na pagkatapos ay lilitaw sa silica. Bilang karagdagan, ang silica na na-synthesize mula sa mataas na reaktibong likidong baso ay may mas mataas na negatibong singil sa ibabaw ng particle.

Ang proseso ng synthesizing silica mula sa diatomite ay kinabibilangan ng mga sumusunod na hakbang:

1 - paggiling ng diatomite sa isang bahagi ng 0-0.01 mm,

2 - pagpapaputok ng ground diatomite sa isang electric furnace,

3 - paghahanda ng batch,

4 - pagproseso ng singil sa EI reactor,

5 - paglamig at pag-filter ng suspensyon;

6 - pag-ulan ng silica,

7 - pagsasala ng suspensyon: silica + Na sulfate,

8 - paghuhugas ng silica,

Para sa pagpapatupad ng mga proseso ng electrochemical na nauugnay sa synthesis ng silica, kapag pumipili ng isang bato, kinakailangang tandaan ang dalawang tampok: ang reaktibiti ng bato at ang komposisyon ng kemikal nito. Ang reaktibidad ay tumutukoy sa kakayahan ng isang bato na tumugon sa mga solusyong alkalina.

Ang pangalawang tampok ng bato, na angkop para sa pagkuha ng likidong salamin, ay ang nilalaman ng SiO 2 silica sa bato ay hindi bababa sa 70-80%. Natutugunan din ng Diatomite ang dalawang kundisyong ito.

Sa macroscopically, ang diatomite ay kinakatawan ng isang mahinang semento na bato ng mapusyaw na kulay abo na may hindi malinaw na ipinahayag na layered texture.

Ang talahanayan 1 ay nagpapakita ng kemikal na komposisyon ng mga natural na sample ng diatomite mula sa Akhmetovsky deposit (wt.%), kung saan 1, 2 - natural na diatomite mula sa Akhmetovsky deposit, a - sa natural na anyo nito, b - sa mga tuntunin ng dry matter.

Talahanayan 1
mga oksido	1	2
ngunit	b	ngunit	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
KAYA 3	0,84	0,93	0,12	0,13
P.p.p.	8,9	-	9,44	-
Sum	100	100	100	100

Ang hindi nasusunog na silica rock ay naglalaman ng medyo makabuluhang halaga ng mga pangkat ng OHn sa anyo ng hydroxyl, molekular na tubig at organikong bagay sa anyo ng mga pangkat ng CHn. Ang organikong bagay, na tumutugon sa isang alkaline na solusyon sa panahon ng eksperimento, ay nagbibigay sa likidong baso ng isang itim na kulay at ginagawang mahirap na linisin ang synthesized SiO 2, na makabuluhang pinatataas ang proseso ng paghuhugas. Sa temperaturang 600° pataas, nasusunog ang organikong bagay at sa gayo'y tinitiyak ang mataas na kadalisayan ng synthesized amorphous silica. Sa kasong ito, ang target na produkto ng isang light cream shade na may pinakamababang nilalaman ng mga organic na impurities ay nakuha.

Kung sakaling kailanganin na bawasan ang mga iron oxide sa diatomite, maaaring irekomendang ihain ang diatomite powder sa temperatura na humigit-kumulang 900°C. Kasabay nito, ang mga iron oxide na nasa diatomite ay nagbabago sa mineral na anyo ng hematite at madaling maalis sa pamamagitan ng electromagnetic separation nang hindi nakontamina ang target na produkto.

Kaya, malinaw na ipinapakita ng data sa itaas ang pangangailangan para sa pre-firing sa 600-900°C.

Ang pamamaraan ay isinasagawa bilang mga sumusunod.

1. Ang hilaw na diatomite sa isang bukol na estado ay pinatuyo sa temperatura na 100-105°C, pagkatapos ay dinurog sa isang gilingan sa isang bahagi ng 0.2 mm.

2. Ang litson ng ground diatomite ay isinasagawa sa isang electric furnace sa mga espesyal na karwahe ng metal na may mababang panig, sa temperatura na hindi bababa sa 600 ° C sa loob ng 1 oras.

4. Paghahanda ng pinaghalong.

Ang halo ay maaaring ihanda nang direkta sa reaktor. Depende sa mga parameter ng likidong baso (pangunahin na module) na kinakailangan ng recipe, ang mga paunang bahagi ay ipinakilala sa reaktor sa mga sumusunod na dami:

- tubig	- 4000 cm 3.
- diatomite	- 1000 g,
- solid NaOH	- 500 g.
ratio	W:T=8:3

Ang pagkakasunud-sunod ng paghahalo ng mga bahagi ay ang mga sumusunod: tubig solid NaOH diatomaceous earth. Susunod, ang halo ay hinalo sa anumang posibleng paraan sa temperatura ng silid sa loob ng 10-15 minuto. Ang natapos na suspensyon ay selyadong sa isang electric pulse apparatus para sa synthesis ng likidong salamin.

4. Pagproseso ng singil sa EI reactor.

Upang lumikha ng mga electro-hydraulic shock, kinakailangan ang isang mapagkukunan ng kapangyarihan sa anyo ng isang kapasitor, na isang tindahan ng elektrikal na enerhiya. Ang boltahe sa kapasitor ay tumataas sa isang halaga kung saan nangyayari ang isang kusang pagkasira ng puwang na bumubuo ng hangin, at ang lahat ng enerhiya na nakaimbak sa kapasitor ay agad na pumapasok sa gumaganang puwang sa likido, kung saan ito ay inilabas sa anyo ng isang maikling electric pulse ng mataas na kapangyarihan. Dagdag pa, ang proseso sa isang ibinigay na kapasidad at boltahe ay paulit-ulit na may dalas depende sa kapangyarihan ng pinagmulan ng pulso. Ang likido, na nakatanggap ng acceleration mula sa discharge channel na lumalawak sa mataas na bilis, ay gumagalaw mula dito sa lahat ng direksyon, na bumubuo sa lugar kung saan ang discharge ay, isang lukab ng malaking dami, na tinatawag na cavitation, at nagiging sanhi ng aktibong (pangunahing) hydraulic shock. Pagkatapos ang lukab ay nagsasara din sa mataas na bilis, na lumilikha ng pangalawang cavitation hydraulic shock. Sa puntong ito, nagtatapos ang solong cycle ng electrohydraulic effect, at maaari itong ulitin ng walang limitasyong bilang ng beses, ayon sa ibinigay na rate ng pag-uulit ng discharge.

Bilang pinagmumulan ng mga electromagnetic pulse, ginamit ang isang pag-install ng ZEVS-25, na isang capacitive electrical energy storage device na may nakaimbak na enerhiya sa isang pulso hanggang 600 J. Ang boltahe sa mga storage capacitor na may kabuuang electrical capacitance na 8 μF ay maaaring iakma mula 5 hanggang 12 kV.

Ang rate ng pag-uulit ng pulso ay 2-7 Hz. Sa panahon ng pagpapatakbo ng yunit, ang kapangyarihan na natupok mula sa 220 V network ay hindi hihigit sa 1.5 kW.

Ang temperatura sa reactor ay hindi lalampas sa 80-90°C.

Ang oras para sa synthesis ng likidong baso ay 1-2.0 na oras. Upang bawasan ang oras ng synthesis at bawasan ang dami ng unreacted na paunang diatomite, ang proseso ay isinasagawa nang may panaka-nakang (bawat 0.5 h) pagkatapos ng pagsisimula ng proseso, huminto sa pukawin ang suspensyon sa loob ng 15-20 minuto.

1st mode.

Boltahe - 10 kV,

Distansya sa pagitan ng mga electrodes - 10 mm.

Dalas ng pulso 7 Hz.

Kapangyarihan - 1.5 kW.

Oras ng synthesis - 1 oras.

2nd mode.

Boltahe - 5 kV.

Ang distansya sa pagitan ng mga electrodes ay 5 mm.

Dalas ng pulso 4 Hz.

Kapangyarihan, - 1.2 kW.

Oras ng synthesis - 1.5 oras.

Bilang resulta ng mga eksperimento sa alinman sa mga mode sa itaas, ang isang suspensyon ay ginawa: likidong baso + hindi na-react na diatomite sa anyo ng mga solidong particle.

Sa unang mode, ang lahat ng mga proseso na nagaganap sa reaktor ay pinatindi, na ginagawang posible na bawasan ang oras ng eksperimento at bawasan ang dami ng hindi na-react na diatomite.

Ang paglamig ng 15–20 min ay kinakailangan para sa ligtas na pagbubukas ng reaktor.

Ang paghihiwalay ng likidong baso mula sa solid phase ay isinasagawa gamit ang isang vacuum pump at isang ceramic filter o sa pamamagitan ng mabagal na decantation ng likido pagkatapos ng pagkakalantad sa loob ng 10-12 oras.

Bilang resulta ng pagsasala o decantation, ang isang precipitate ay nakuha, na isang pinaghalong kuwarts, analcime-type na zeolite at iron hydroxides, at isang medyo homogenous na likidong baso ng isang kulay na madilaw-dilaw na cream.

6. Silica precipitation.

Ang sulfuric acid ay dahan-dahang idinaragdag sa isang lalagyan na may likidong baso sa dalawang posibleng paraan: pag-ulan: mabilis at mabagal. Bilang resulta, ang silica ay namuo mula sa likidong baso. Para sa mabilis na pag-ulan, 35% sulfuric acid ang ginagamit, para sa mabagal na precipitation, 14% sulfuric acid ang ginagamit. Hindi lamang ang estado ng pagsasama-sama ng silica ay nakasalalay sa mode ng pagtitiwalag, kundi pati na rin ang mga katangian tulad ng tiyak na lugar sa ibabaw at ang pagkakaroon ng mga extraneous na impurities ng mineral. Ang pamantayan para sa pagkakumpleto ng rehimen ng pag-ulan ay ang halaga ng pH.

Sa panahon ng dalawang yugto ng neutralisasyon, ang pag-ulan ng silica ay isinagawa sa sumusunod na pagkakasunud-sunod.

1 yugto. Ang isang makabuluhang halaga ng mataas na dilute sulfuric acid ay idinagdag sa isang solusyon ng baso ng tubig. Ang dami ng acid ay kinokontrol ng pH ng solusyon at depende sa dami ng likidong baso. Ang pH ng solusyon ay dapat nasa paligid ng 8-9. Ito ay sinusundan ng pagkakalantad sa loob ng 20-30 minuto at pagkatapos ang natitirang bahagi ng sulfuric acid ay dahan-dahang idinagdag na may patuloy na pagpapakilos at madalas na pagsukat ng pH. Huminto ang proseso sa pH=7-7.5.

Sa multi-stage neutralization, 14% sulfuric acid ay unti-unting idinagdag sa nagresultang dami ng likidong baso, katumbas ng 3-3.5 litro.

Stage 1: magdagdag ng 200 cm 3 ng dilute sulfuric acid, na sinusundan ng pagkakalantad ng 20 minuto.

Stage 2: 50 cm 3 ng sulfuric acid ay idinagdag, na humahawak ng 20 minuto, ang pag-ulan ng mga bihirang silica precipitates ay sinusunod. Ang proseso ng neutralisasyon ay nakumpleto sa pH na 7.

Ang pangkalahatang prinsipyo ng neutralisasyon ng likidong salamin at pag-ulan ng silica ay ang mga sumusunod. Bago ang napakalaking pag-ulan ng silica, kinakailangan na lumikha ng mga kondisyon para sa pare-pareho at mabilis na pag-ulan. Samakatuwid, ang isang tiyak na yugto ng proseso ay kinakailangan. Conventionally, dalawang pangunahing yugto ng pag-ulan ay maaaring makilala. Sa unang yugto, ang alkalinity ng water glass solution ay bumababa mula 12-13 hanggang humigit-kumulang 9-10 pH. Kaya, papalapit na tayo sa equilibrium precipitate - solusyon.

Sa yugtong ito, nangyayari ang napakalaking pagbuo ng silica nuclei. Upang ganap na maganap ang nucleation, kinakailangan ang pagkakalantad ng humigit-kumulang 3-0-40 minuto. Ang pangalawang hakbang ay sinusundan ng pagdaragdag ng acid at napakalaking pag-ulan.

Ang ilang mga variant ng pulp neutralization ay binuo: sa temperatura ng silid at sa temperatura na 60-80 ° C. Kung ang glass modulus ay mataas, higit sa 2.3, kung gayon ang silica deposition ay inirerekomenda na isagawa sa temperatura ng silid, na may medyo mababang modulus (<2,3). Кремнезем более интенсивно осаждается при 60-80°C.

7. Ang pagsasala ay isinasagawa sa ilalim ng pinababang presyon (ang vacuum ay 0.01 atm). Ang pagsasala ay isinasagawa sa 2 yugto.

Ang unang yugto ay pagsasala sa pamamagitan ng isang ceramic filter. Matapos ihiwalay ang filtrate mula sa medyo malalaking particle, ang na-filter na baso ng tubig ay sinasala sa pamamagitan ng isang filter na basahan at papel.

8. Paglalaba.

Ang paghuhugas ay isinasagawa gamit ang distilled water sa 3 yugto.

9. Ang pagpapatuyo ay isinasagawa sa 600°C sa loob ng 1 oras.

pagtanda ng silica.

Eksperimento na itinatag na ang mga katangian ng silica ay maaaring magbago kung, bago ang pagpapatayo, ang gelatinous precipitate ng silica ay pinananatili ng ilang oras (1-2 araw) sa ilalim ng nakatigil na mga kondisyon.

Ipinakita din ng mga isinagawang pag-aaral na ang mga sumusunod na mode ng pagsasagawa ng proseso ng synthesis ng likidong salamin ay napakatatag para sa pagkuha ng likidong baso:

Upang makakuha ng silica na may isang tiyak na lugar sa ibabaw na 150-200 m 2 / g

Diatomaceous earth 1000 g

Tubig 4000 cm 3

Boltahe V=5 kV

Oras 1.5 h.

Mode: 0.5 h (paghinto, paghalo) 0.5 h (paghinto, paghalo) 0.5 h (pagkumpleto ng eksperimento, pagbubukas ng reaktor) pag-draining ng pulp sa isa pang lalagyan

Dalas ng pulso 5 Hz

Kapangyarihan - 1.5 W.

Oras ng synthesis - 1.5 oras.

Pag-ulan sa 2 yugto. Sa pagtaas ng oras, ang ani ng likidong baso ng kinakailangang module ay tumaas nang malaki.

Sa isang pagtaas sa konsentrasyon ng alkali sa likidong salamin, ang isang pagtaas sa tiyak na ibabaw ng precipitated silica ay nangyayari. Ang minimum na tiyak na lugar sa ibabaw ng precipitated silica ay nakuha sa isang alkali na konsentrasyon na 6%.

Ang pinakamataas na tiyak na lugar sa ibabaw - 700 m 2 / g ay nakuha na may nilalaman ng NaOH 600-700 g bawat 1000 g ng diatomite, ang iba pang mga parameter ay pareho.

Raw diatomite ng Akhmatovsky deposit (komposisyon 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 1.61, SO 3 - 0.84, Ppp - 8.9) sa isang bukol na estado ay tuyo sa temperatura na 100 ° C, dinurog sa isang gilingan sa isang fraction - 0.2 mm, ang ground diatomite ay pinaputok sa isang electric furnace sa temperatura na 600 ° C sa loob ng 1 oras.

Tubig - 4000 cm 3,

Diatomaceous earth - 1000 g,

Solid NaOH - 500 g,

Ratio W:T=8:3.

Gumalaw sa temperatura ng kuwarto para sa 10 min. Ang natapos na suspensyon ay selyadong sa isang electric pulse apparatus para sa synthesis ng likidong salamin.

Bilang isang mapagkukunan ng mga electromagnetic pulse, ang isang pag-install ng ZEVS-25 ay ginagamit na may naka-imbak na enerhiya sa isang pulso hanggang sa 600 J. Ang boltahe sa mga capacitor ng imbakan na may kabuuang kapasidad ng kuryente ay 8 μF, ang distansya sa pagitan ng mga electrodes ay 5 mm, ang boltahe ay 5 kV.

Ang rate ng pag-uulit ng pulso ay 4 Hz. Kapag ang yunit ay gumagana, ang kapangyarihan na natupok mula sa 220 V network ay hindi hihigit sa 1.2 kW.

Ang temperatura sa reactor ay 85°C.

Ang oras para sa synthesis ng likidong salamin ay 1.5 na oras, na may panaka-nakang (bawat 0.5 h) pagkatapos ng pagsisimula ng proseso, huminto upang pukawin ang suspensyon sa loob ng 15 minuto.

Ang paghihiwalay ng likidong baso mula sa solid phase ay isinasagawa sa pamamagitan ng mabagal na decantation ng likido pagkatapos na humawak ng 10 oras.

Sa isang lalagyan na may likidong salamin 3 l sa temperatura na 75°C dahan-dahang magdagdag ng 14% sulfuric acid. Una, idinagdag ang 200 cm 3 ng dilute sulfuric acid, na sinusundan ng pagkakalantad ng 20 minuto, pagkatapos ay idinagdag ang 50 cm 3 ng sulfuric acid, isang pagkakalantad ng 20 minuto. Ang proseso ng neutralisasyon ay nakumpleto sa pH na 7.

Ang pagsasala ay isinasagawa sa ilalim ng pinababang presyon (ang vacuum ay 0.01 atm). Ang pagsasala ay isinasagawa muna sa pamamagitan ng isang ceramic filter, at pagkatapos ay sa pamamagitan ng isang rag-and-paper filter. Susunod, hugasan ng distilled water sa 3 yugto.

Ang gelatinous precipitate ng silica ay pinananatili sa loob ng isang araw sa ilalim ng nakatigil na mga kondisyon at tuyo sa 600°C sa loob ng 1 oras.

Bilang resulta, nakuha ang silica ng mga sumusunod na katangian:

snow-white powder, bulk density 250 kg/m 3 , nilalaman ng SiO 2 - 99.93%; ang nilalaman ng mga impurities (Al, Fe) ay hindi hihigit sa 0.07%. Tukoy na ibabaw, ayon sa BET - 670 m 2 /g, ang mga particle ay spherical, ang laki ay 8-10 nm ang lapad, 40% ng mga pores ay may diameter<2 нм, остальные 60% >2 nm.

Ang talahanayan 2 ay nagpapakita ng mga resulta ng 11 eksperimento gamit ang isang electric pulse installation (mga halimbawa 2-12). Ang unang 2 sa kanila ay panandaliang 5 at 10 min sa 5 at 10 kV at naglalayong patunayan na ang pamamaraang ito ay maaaring gamitin sa prinsipyo para sa synthesis ng SiO 2 . Bilang isang resulta, ang sodium trisilicate ay nakuha na may napakababang densidad at naaayon sa mababang mga katangian ng rheolohiko. Kapag na-neutralize sa sulfuric acid, ang mga bihirang natuklap at hugis-karayom na silica na kristal ay nahulog mula sa solusyon.

Ay nakuha IR spectra ng kwats idineposito mula sa tubig glass, synthesize sa pamamagitan ng electropulse pamamaraan (figure 2), mula sa kung saan ito ay makikita na ang bono Si-O-Si ghb 1161-1211, characterizing ang kemikal na aktibidad ng kwats ay napakalinaw.

Para sa paghahambing, ang IR spectra ay nakuha ng silica na idineposito mula sa baso ng tubig na synthesize ng autoclave (figure 1). Ang Si-O-Si bond ay pinaka-malinaw na ipinakita sa 1084 cm -1 , ang pangalawang bono sa 1161 cm -1 ay umuusbong lamang.

Bilang karagdagan, ang mga electron microscopic na pag-aaral ay isinagawa. Ipinapakita ng Figure 3 ang imahe ng silica na na-synthesize ng electropulse method. Ang mga spherical particle ay homogenous. Ang average na laki ay 6-8 nm. Ang mga micropores ay nakikita, na nag-aambag sa pagtaas sa partikular na lugar sa ibabaw. Ang laki ng butas na ito ay pinaka-kanais-nais para sa mga catalytic na reaksyon. Ang nilalaman ng SiO 2 ay higit sa 99.2%.

Bilang karagdagan, ang figure 4 ay nagpapakita ng: a) - electron microscopic na imahe ng silica na na-synthesize sa pamamagitan ng electropulse method, b) electron microscopic na imahe ng silica na nakuha sa isang autoclave. Sa figa) ay nagpapakita na ang mga nagresultang spherical particle ay hindi lalampas sa 6-8 nm ang lapad, kapag tulad ng sa figa) ay nagpapakita na ang laki ng butil ay hindi pare-pareho tungkol sa 100-200 nm.

Ang epekto ng cavitation sa isang likido ay maaaring mangyari hindi lamang sa ilalim ng pagkilos ng isang spark discharge, kundi pati na rin sa isang lokal na pagbaba sa presyon na dulot ng pagpasa ng isang likido mula sa isang rehiyon na may mataas na potensyal na enerhiya sa isang rehiyon na may mababang potensyal na enerhiya. Sa panahon ng pagbuo ng likidong salamin, ang cavitation ay ginagamit upang homogenize ang suspensyon at ilipat ang mga nasuspinde na particle sa isang colloidal na likidong estado. Ang halo ay naproseso sa isang cavitation disperser na tumatakbo sa isang closed cycle.

Mula sa working chamber ng dispersant, ang alkali solution ay pinapakain sa block na may spinnerets. Ang mga dies ay makitid na cylindrical na butas sa isang blangko ng metal na umiikot sa paligid ng isang axis. Mula sa bloke na may mga namatay, ang likido ay pumapasok sa silid, kung saan, dahil sa laki at hugis ng ejector, ang isang makabuluhang mas mababang presyon ay maaaring ibigay kaysa sa silid ng mataas na presyon. Sa pagitan ng working chamber at ng block na may dies ay may damper na autonomously rotates. Kinokontrol nito ang diameter ng pumapasok. Ang tampok na ito ng mekanismo ay nagbibigay-daan sa iyo upang ayusin ang proseso ng trabaho sa iba't ibang mga kapaligiran.

Kapag pinupunan ang working chamber, ang pump ay naka-on, habang ang damper ay nagsasara sandali. Sa sandaling bumukas ito, ang solusyon ay nagmamadali sa silid na may mababang presyon. Ang bilis ng pagpasa ng likido sa pamamagitan ng mga dies ay napakataas, habang pinapanatili ang isang mataas na presyon.

Ang ground diatomite na may isang tiyak na dami ng tubig ay preliminarily na inilagay sa working chamber. Dahil sa pagkakaiba-iba ng presyon sa silid na may mataas na presyon at sa silid ng pagtatrabaho, ang mga cavitation ay lumitaw, na nagiging sanhi ng pagkadurog ng materyal. Sa kasong ito, tulad ng sa electric pulse, ang mga gas ay pumapasok sa mga cavity. Ang mga cavity ay nagsasara at gumagawa ng trabaho sa isang bahagi ng isang segundo dahil sa haydroliko na alon. Ang operasyon ay paulit-ulit nang maraming beses ayon sa kinakailangan ng mga regulasyon.

Para sa eksperimento, kinuha ang bukol na diatomite ng deposito ng Akhmatovsky (komposisyon 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).

Sa isang bukol na estado, ang diatomite ay tuyo sa temperatura na 200°C at dinurog sa isang gilingan sa isang fraction.<0,2 мм.

Ang halo ay inihanda sa reaktor sa mga sumusunod na dami:

Tubig - 180 l,

Diatomaceous earth - 50 kg,

Solid NaOH - 20 kg,

Ratio W:T=3:1.

Ang halo ay pre-mixed para sa 15 min sa temperatura ng silid at inilagay sa isang rotary cavitation disperser (posibleng loading volume 300 l, power 100 kW, power supply 3 phase 380 V).

Ang pinaghalong halo ay ginagamot sa pamamagitan ng cyclic pumping sa isang closed loop sa cavitation mode sa temperatura na 90°C sa loob ng 3 oras 40 minuto na may rotor na umiikot sa 3000 rpm.

Kumuha ng 100 litro ng likidong baso ng maliwanag na pulang kulay.

Ang silica precipitation ay isinasagawa bilang mga sumusunod.

Ang sistema ay pinalamig ng 1 oras hanggang sa temperatura na 35°C.

Ang likidong salamin ay pinaghihiwalay mula sa solid phase sa mga bahagi (5 l sa 1 bahagi) gamit ang isang vacuum pump at isang ceramic filter.

Ang silica ay namuo rin mula sa likidong salamin sa mga bahaging nakuha pagkatapos ng pagsasala. May kabuuang 20 servings ang naproseso.

1.5 kg ng silica ay nakuha mula sa bawat paghahatid. Ang pagtatanghal na ito ay sanhi lamang ng mga paghihirap na lumitaw kapag naghuhugas ng malalaking halaga ng silica.

Ang sumusunod na pamamaraan ng neutralisasyon ay pinagtibay. Sa unang yugto, idinagdag ang 3000 cm 3 ng dilute sulfuric acid, na sinusundan ng pagkakalantad ng 20 minuto, pagkatapos ay idinagdag ang 1000 cm 3 ng sulfuric acid, isang pagkakalantad ng 20 minuto. Ang proseso ng neutralisasyon ay nakumpleto sa pH na 7.

Ang pagsasala ay isinasagawa sa ilalim ng pinababang presyon (ang vacuum ay 0.01 atm).

Ang gelatinous precipitate ng silica ay pinananatili sa loob ng isang araw sa ilalim ng mga nakatigil na kondisyon at pinatuyo sa 500°C sa loob ng isang oras.

Bilang resulta, nakuha ang 30 kg ng silica na may mga sumusunod na katangian:

bulk density ng silica 250 kg/m 3, nilalaman ng SiO 2 - 97.92%; ang nilalaman ng mga impurities (Al at higit sa lahat Fe) ay hindi lalampas sa 2.17%, ang tiyak na ibabaw ayon sa BET ay 512 m 2 / g, ang mga particle ng silica proper ay spherical.

Ang silica, tulad ng salamin, ay may kulay na pula na may kayumangging kulay.

Ang isang high-resolution na pag-aaral ng electron microscope ay nagpakita na ang pangunahing pigment na responsable para sa pulang kulay ng mga produkto ng synthesis ay isang admixture ng isang bagong nabuo na ferruginous mineral ng goethite type. Ang goethite penetrating silica crystals ay may anyo ng mga karayom na hanggang 2-3 nm ang haba at hanggang sampu ng nm ang kapal. Ang nilalaman ng mga karayom ay 15-20% ng kabuuang halaga ng silica na nakuha.

Ang talahanayan 3 ay nagpapakita ng mga halimbawa 14-16 ng pagpapatupad ng pamamaraan gamit ang isang rotary cavitation disperser.

Kaya, ang binuo na electropulse at hydrodynamic na mga pamamaraan para sa paggawa ng likidong salamin ay ginagawang posible na ibukod ang mamahaling proseso ng pagkuha ng isang "silica block" mula sa kung saan ang likidong baso ay ginawa.

Ang binuo na pamamaraan ay mas mura at mas progresibo, at ang paggamit ng high-silicon rock - diatomite ay nagpapahintulot sa iyo na palawakin ang hanay ng mga hilaw na materyales na ginamit, ang mga reserbang kung saan ay halos walang limitasyon sa rehiyon.

Ang paggamit ng mga electropulse at hydrodynamic na pamamaraan para sa paggawa ng likidong baso ay mas masiglang mas kanais-nais na mga proseso kumpara sa autoclave dahil sa pagtitipid ng oras, at ginagawang posible na magbigay sa panghuling produkto, lalo na, nadagdagan ang reaktibiti, na nagpapakita ng sarili sa tiyak. industriya, at isang mataas na tiyak na lugar sa ibabaw (tingnan ang Fig. 3-4).

Ang pagpili ng mga varieties ay idinidikta ng pangunahing pangangailangan ng produksyon: para sa industriya ng gulong, para sa industriya ng pintura at barnis, ang paggawa ng iba't ibang mga komposisyon ng gusali at mga produktong may mataas na kadalisayan na ginagamit sa pharmacology at gamot.

Ayon sa iminungkahing pamamaraan, posible na makakuha ng 3 grado ng silica, na naiiba sa laki ng tiyak na ibabaw at nilalaman ng SiO 2:

Ang unang uri ng produkto ay inilaan para sa paggamit sa mga pampaganda at pabango, lalo na sa paggawa ng mga silicone paste.

Ang Grade At-2 ay pinaka-epektibo sa paggawa ng isang espesyal na uri ng mga barnis at pintura.

Maaaring matagumpay na magamit ang Grade At-3 sa paggawa ng silicone rubber, adhesives at sealant, silicone elastomer at sa pagproseso ng rubbers para sa iba't ibang layunin.

Ang binuo na pamamaraan ay nagpapahintulot sa mga panghuling katangian ng silica na mailagay sa yugto ng pagkuha ng likidong baso at kasunod na mga mode ng pag-aalis at paghuhugas, at natutukoy ng mga tiyak na pangangailangan ng produksyon.

CLAIM

1. Isang paraan para sa paggawa ng amorphous silicon dioxide, kabilang ang mga yugto ng paggiling ng paunang hilaw na materyal na naglalaman ng silikon, na ginagamit bilang isang natural na bato na may mataas na nilalaman ng nakagapos na amorphous silica, hanggang sa 70-75%, na naghahanda ng singil sa isang ratio W:T katumbas ng 4-6:1 , pinoproseso ang huli upang makakuha ng isang solusyon ng likidong salamin, na naghihiwalay sa nabuong namuo, na nagpapalabas ng silikon dioxide mula sa nagresultang likidong bahagi na may mineral acid sa mga yugto sa ilalim ng kontrol ng pH ng medium, isolating ang resultang target na produkto sa pamamagitan ng pagsasala na sinusundan ng paulit-ulit na paghuhugas gamit ang tubig at pagpapatuyo, na nailalarawan sa bilang na ang tinukoy na mga bato sa bundok ay gumagamit ng diatomite, na dinurog upang makakuha ng isang fraction na may grinding fineness na hindi hihigit sa 0.01 mm, ang durog na diatomite ay preliminarily fired sa isang temperatura ng 600-900 ° C, at ang singil ay naproseso sa mode ng isang cavitating medium na nilikha ng isang electropulse o hydrodynamic na paraan.

2. Ang pamamaraan ayon sa claim 1, na nailalarawan sa na ang pagpapaputok ng diatomaceous earth ay isinasagawa sa loob ng 1-1.5 na oras.

3. Ang pamamaraan ayon sa claim 1, na nailalarawan sa na ang pagproseso ng pinaghalong ay isinasagawa sa isang electric pulse reactor sa 80-90 ° C, sa isang boltahe at kapangyarihan ng 5-10 kV at 1.2-1.5 kW, ayon sa pagkakabanggit, at isang rate ng pag-uulit ng pulso - 2-7 Hz.

4. Ang pamamaraan ayon sa alinman sa mga claim 1 at 3, na nailalarawan sa na ang pagproseso sa isang electric pulse reactor ay isinasagawa para sa 1.0-2.0 na oras na may panaka-nakang paghahalo ng pinaghalong bawat 0.5 na oras.

5. Ang pamamaraan ayon sa claim 1, nailalarawan sa na ang timpla ay naproseso sa isang cavitation disperser para sa 2.5-3.5 na oras sa 1500-3000 rpm at isang temperatura na 80-90°C.

6. Ang pamamaraan ayon sa claim 1, na nailalarawan sa nitric, sulfuric o hydrochloric acid, mas mabuti na 40-50% nitric acid, ay ginagamit bilang mineral acid.

7. Ang pamamaraan ayon sa claim 1, na nailalarawan sa na ang target na produkto ay dagdag na hugasan ng isang mahinang 2-5% na solusyon ng nitric acid.

Inilalarawan ng artikulo ang isang additive ng pagkain (anti-caking agent at anti-caking agent) amorphous silicon dioxide (E551), ang paggamit nito, mga epekto sa katawan, pinsala at mga benepisyo, komposisyon, mga review ng consumer

Ginawa ang mga function

anti-caking agent at anti-caking agent

Legalidad ng paggamit

Ukraine

Russia

Ano ang food additive E551 - amorphous silicon dioxide?

Ang Silicon dioxide ay isang inorganikong compound na may kaunting aktibidad sa ilalim ng normal na mga kondisyon. Sa temperatura ng silid, hindi ito natutunaw sa tubig, hindi nakikipag-ugnayan dito at sa iba pang mga sangkap. Ang oxide na ito ay acidic at sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay maaaring bumuo ng mga salts ng silicic acid, na tinatawag na silicates.

Ang silikon dioxide ay malawak na ipinamamahagi sa kalikasan, ito ay bahagi ng maraming mga bato at mineral. Sa pang-araw-araw na buhay, ito ay kilala sa lahat bilang ordinaryong (kuwarts) na buhangin. Mayroong ilang mga uri ng mala-kristal na pagbabago ng sangkap na ito.

Ang amorphous na anyo ng silicon dioxide ay ginagamit sa mga parmasyutiko bilang pantulong at pangunahing sangkap. Ang amorphous silicon dioxide ay isang food additive na E551, na ginagamit sa industriya ng pagkain upang maiwasan ang pag-caking at pagkumpol ng mga produktong dry powder.

Sa industriya, ginagamit ang silicon dioxide sa paggawa ng mga materyales sa gusali, mga produktong ceramic, abrasive, fiber optic cable. Para sa mga teknikal na layunin, ginagamit ang isang produkto mula sa mga likas na mapagkukunan. Sa mga industriya ng pagkain at parmasyutiko, ang silikon dioxide na na-synthesize ng oksihenasyon ng silikon sa napakataas na temperatura ay ginagamit bilang isang additive na E551.

Amorphous silicon dioxide, E551 - epekto sa katawan, pinsala o benepisyo?

Ang Additive E551 ay isa sa pinakaligtas na compound para sa kalusugan. Ang sangkap na ito ay ganap na hindi matutunaw sa esophagus at pinalabas mula sa katawan nang hindi nagbabago. Bilang karagdagan sa isang positibong epekto sa kalidad ng pagkain, ang suplemento ng E551 ay maaaring magkaroon ng epekto sa paglilinis sa mga bituka. Ito ay hindi nagkataon na ang silikon dioxide ay ginagamit sa praktikal na gamot bilang isang enterosorbent. Ang sangkap na ito ay naroroon sa maraming toothpastes at nag-aambag sa mekanikal at microbiological na paglilinis ng oral cavity.

Dahil sa insolubility ng silicon dioxide, ang mga taong may mga problema sa excretory system ay hindi dapat abusuhin ang mga produktong pagkain na may pagdaragdag ng E551. Kapag ang malalaking halaga ng sangkap na ito ay pumasok sa katawan, ang akumulasyon nito sa mga duct ng sistema ng ihi ay hindi maaaring ganap na maibukod, lalo na sa mga kaso kung saan sila ay deformed o spasmodic.

Food additive silica amorphous - application ng pagkain

Pinipigilan ng Additive E551 ang pag-caking ng mga tuyong produkto ng pagkain, ang pagbuo ng mga bukol sa kanila. Ito ay ginagamit para sa pag-iimpake ng mga pampalasa at iba pang mga mixture. Ang pagdaragdag ng amorphous silica ay partikular na nauugnay kapag ang mga produktong tuyong pagkain ay nakabalot sa foil. Ang maximum na konsentrasyon ng E551 sa isang kilo ng pinaghalong pagkain ay hindi dapat lumampas sa 30 gramo. Ang silicone dioxide ay inaprubahan para gamitin bilang food additive sa lahat ng bansa.

Ang amorphous silica ay maaaring uriin sa tatlong uri:

1. Quartz glass na ginawa sa pamamagitan ng pagtunaw ng quartz (pati na rin ang high-temperature hydrolysis ng silicon tetrachloride o ang oksihenasyon nito sa isang low-temperature na plasma).

2. Silica M - amorphous silica na nakuha sa pamamagitan ng irradiation na may mabilis na neutrons ng amorphous o crystalline varieties ng silica. Sa kasong ito, ang density ng paunang amorphous silica ay tumataas, habang ang sa crystalline silica ay bumababa. Ang Silica M ay thermally unstable at nagiging quartz sa 930C sa loob ng 16 na oras. Ang density nito ay 2260 kg / m 3 (para sa quartz glass - 2200).

3. Miroamorphous silica, kabilang ang mga sols, gels, powders at porous na baso, na pangunahing binubuo ng mga pangunahing particle na may sukat na mas mababa sa isang micrometer o may partikular na lugar sa ibabaw na higit sa 3 m 2 /g.

Ang microamorphous silica na na-synthesize sa ilalim ng mga kondisyon ng laboratoryo ay maaaring nahahati sa tatlong klase:

I Ang mga mikroskopikong varieties na nakuha sa pamamagitan ng mga espesyal na proseso sa anyo ng mga dahon, ribbons at fibers.

II Mga conventional amorphous form na binubuo ng elementarya spherical SiO 2 particle na mas maliit sa 100 nm ang laki, ang ibabaw nito ay nabuo alinman sa anhydrous SiO 2 o mula sa mga pangkat ng SiOH. Ang mga naturang particle ay maaaring hiwalay o konektado sa isang three-dimensional na network: a) discrete o isolated (mga particle, gaya ng kaso sa sols; b) three-dimensional aggregates na konektado sa mga chain na may siloxane bond sa mga punto ng contact, tulad ng sa mga gel; c) bulk three-dimensional particle aggregates, gaya ng naobserbahan sa aerogels, silica ng trogenic na pinagmulan, at ilang dispersed na silica powder (tingnan ang Fig. 1.13).

III Hydrated amorphous silica kung saan ang lahat o halos lahat ng mga silicon na atom ay hawak ng isa o higit pang hydroxyl group.

kanin. 1.13. Mga elementarya na particle ng mga karaniwang anyo ng colloidal silica. Ang figure ay ipinakita na flat, ngunit sa katunayan ang pagsasama-sama ng mga particle ay tatlong-dimensional: a - sol, b - gel, c - silica powder

Ang microamorphous silica ng layered, ribbon at fibrous microforms ay nakuha:

1. Ang pagbuo ng mga particle sa gas-liquid interface bilang resulta ng hydrolysis ng SiF 4 sa gas na estado sa 100 o ang hydrolysis ng SiCl 4 vapors sa 100C. Ang mga natuklap ay mga manipis na pelikula ng silica gel na nabuo sa ibabaw ng contact ng mataas na reaktibong SiF 4 na singaw na may mga patak ng tubig. Ang "mahimulmol" na katangian ng pulbos na inihanda mula sa SiF 4 ay makikita sa napakababang maliwanag na halaga ng density na 25 kg/m 3 at gayundin sa "pagkadaloy" ng pulbos, katulad ng sa tubig. Ang hindi regular na silica gel flakes, mga 1 µm ang lapad at 1/10 µm ang kapal, ay naglalaman ng 92.86% SiO 2 at 7.14% H 2 O.

2. Pagbubuo ng silica sols sa pamamagitan ng pagyeyelo. Kapag ang isang solusyon ng colloidal silica o polysilicic acid ay nagyelo, ang lumalagong mga kristal ng yelo ay papalitan ang silica hanggang sa ang huli ay maipon sa pagitan ng mga kristal ng yelo bilang isang puro sol. Ang nasabing silica pagkatapos ay nag-polymerize at bumubuo ng isang siksik na gel. Ang kasunod na pagtunaw ng yelo ay gumagawa ng silica sa anyo ng hindi regular na hugis na mga natuklap na nabuo sa pagitan ng makinis na ibabaw ng mga kristal ng yelo. Ang vacuum dried silica powder ay naglalaman ng humigit-kumulang 10% H 2 O.

Ang pinakakaraniwang silica sa amorphous form ay silica gel at quartz glass. Ang silica gel ay nakukuha sa pamamagitan ng pag-init ng mga silica gel sa temperatura na hindi hihigit sa 1000C. Ang handa na teknikal na silica gel ay mga solidong translucent na butil ng puti o madilaw na kulay. Malawakang ginagamit bilang moisture absorbent.

Ang silica melt ay madaling pinalamig upang bumuo ng quartz glass. Ang quartz glass na ginagamit sa engineering ay isang one-component na silicate glass. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng pagtunaw ng natural o artipisyal na mga uri ng silica na may mataas na kadalisayan.

Sa pagtaas ng presyon, ang mga pagbabago sa pagbabago ay itinatag din para sa non-crystalline silica - quartz glass. Kapag ang salamin ay naka-compress, ang mga Si-O-Si bond sa loob nito ay baluktot. Sa pagtaas ng presyon sa 3100-3300 MPa, ang isang paglipat ay sinusunod, na sinamahan ng isang matalim na pagbabago sa density (pagbabago ng pangalawang uri). Ang salamin na ginawa sa ganitong presyon ay tinatawag suprapiezo na baso(pinaikling S-P-glass).

Habang tumataas ang presyon sa itaas ng 9000 MPa, ang density ng malasalamin na silica ay nagsisimulang tumaas muli at sa 20000 MPa ay nagiging katumbas ng 2.61. 10 3 kg/m 3 , na malapit sa density ng kuwarts, ngunit ang materyal ay nananatiling walang hugis. Ang nasabing baso ay hindi bumabalik sa orihinal na dami nito kapag ang presyon ay tinanggal, at ang mga manipis na disc ng superdense (condensed) na quartz glass ay maaaring mapangalagaan. Tinatawag itong compacted quartz glass condensed.

Ang mga katangian ng polymorphic modification ng SiO 2 ay ibinibigay sa talahanayan 1.1.