Ứng dụng silica vô định hình. Silicon: ứng dụng, tính chất hóa học và vật lý. Ưu điểm và nhược điểm

Điôxít silic vô định hình (không kết tinh) với diện tích bề mặt riêng cao hầu như không bao giờ được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng nguyên chất. Nó chỉ có thể đạt được thông qua công nghệ. Silica tổng hợp có độ tinh khiết cao (silicon dioxide vô định hình) được sản xuất bởi chúng tôi với nhãn hiệu KOVELOS là một dạng bột rất nhẹ (kích thước hạt, tùy thuộc vào nhãn hiệu, từ 6 đến 40 micron) không vị và không mùi với cấu trúc dạng nano của các hạt, với đặc tính hấp phụ rõ rệt. Diện tích bề mặt cụ thể của nó là 350-400 mét vuông. trên 1 gam. Hấp thụ dầu - 300-340 g / 100 g.

Trong số các chất rắn, silicon dioxide vô định hình có hệ số dẫn nhiệt thấp nhất (0,02 W / (m. K)), tốc độ truyền âm (100 m / s) và hằng số điện môi. Silica vô định hình được nung nóng (ở nhiệt độ trên 1000 độ C) thành dạng tinh thể.

Silica tổng hợp (silicon dioxide vô định hình) không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế thế giới hiện đại do thực tế là

nó trung tính và có tính kháng hóa học đối với hầu hết các chất khoáng và hữu cơ tồn tại trên hành tinh của chúng ta. Tức là nó vô hại đối với cơ thể sống, không độc hại, chống cháy nổ ở môi trường bên ngoài.

có diện tích bề mặt riêng cao, do thực tế là các hạt silic điôxít vô định hình có chứa một số lượng lớn các lỗ chân lông có kích thước nano. Cấu trúc lỗ nano phức tạp này (bề mặt phát triển cao) của hạt quyết định các đặc tính hấp phụ tuyệt vời của silica tổng hợp. Nó có thể hấp thụ hoặc liên kết có chọn lọc các chất khí, hơi và chất hòa tan từ môi trường. Điều thú vị là trong quá trình tổng hợp silicon dioxide vô định hình, có thể thiết lập trước các thông số bề mặt (sửa đổi bề mặt), và do đó thu được sản phẩm có khả năng hấp phụ chọn lọc.

Do đó, tính trung tính hóa học và diện tích bề mặt riêng rất lớn (bề mặt phát triển cao) của silicon dioxide vô định hình (không kết tinh) có thể truyền đạt các đặc tính mới cho các chế phẩm, vật liệu, sản phẩm khác nhau mà không làm thay đổi tính chất hóa học của chúng. Đặc biệt, silica tổng hợp mịn có độ tinh khiết cao với bề mặt được phát triển có thể:

làm đặc (tăng độ nhớt) công thức chất lỏngđến trạng thái chảy tự do (tùy thuộc vào mức độ đặc cần thiết, từ 1,5% đến 33% silica tổng hợp được đưa vào chế phẩm). Thuộc tính này được sử dụng trong sản xuất sơn, vecni, chất kết dính, chất bịt kín, bột nhão, thuốc mỡ, chất bôi trơn, v.v.;

tăng khả năng chảy nghiền và / hoặc chất rắn dạng bột (gia vị, khoai tây chiên, bánh quy giòn, bánh mì, sữa bột, hỗn hợp khô, thức ăn gia súc, bột giặt, toner, thuốc, v.v.) và bảo vệ chúng khỏi vón cục, do đó tăng thời hạn sử dụng.

cải thiện đặc điểm sức mạnh và chống mài mòn vật liệu (nhựa, nhựa, cao su, cao su, bê tông, nhựa đường, v.v.)

cải thiện nhiệt động lực họcđặc trưng(khả năng chịu nhiệt, dẫn nhiệt) của vật liệu;

cải thiện hệ thống cống rãnh đặc trưng(tăng khả năng chống mài mòn);

được sử dụng như một chất phụ gia trong dầu và chất bôi trơn cho bất kỳ đơn vị và cơ cấu nào có cặp ma sát kim loại. Trong trường hợp này, từ silicon dioxide vô định hình trong quá trình hoạt động của các cơ chế trên bề mặt của các cặp cọ xát xung quanh màng silicat được hình thành, giúp khôi phục kích thước hình học của các đơn vị và cơ cấu về trạng thái ban đầu, làm giảm mức độ mài mòn đi vài lần.

là một chất mang hoạt chất trong các sản phẩm dược phẩm và mỹ phẩm;

được sử dụng như một chất mài mòn nhẹ nhàng trong nước hoa và mỹ phẩm (lột da, hấp thụ chất bẩn trên da), trong sản xuất tấm bán dẫn silicon, v.v. (như một chất huyền phù đánh bóng);

để phát triểntinh thể lớn, mà không thể phát triển trong nước. Trong trường hợp này, môi trường silica gel được sử dụng để tăng trưởng. Cấu trúc của silica gel ngăn cản sự đối lưu và cho phép quá trình khuếch tán của các thành phần diễn ra đồng đều;

để chuẩn bị các vật liệu đất sét tổng hợp. Do đó, cao lanh với sự có mặt của silicon dioxide vô định hình được hình thành trong điều kiện thủy nhiệt ở 200–300 ° C.

liên kết và bài tiết các chất độc khác nhau của động vật và con người, muối của kim loại nặng, hạt nhân phóng xạ;

được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất kính thạch anh đặc biệt có độ trong hơn 99,5% đối với bức xạ quang có bước sóng 248 nm và hơn 98% đối với bức xạ quang có bước sóng 193 nm đối với sản xuất sợi quang;

được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất silicat có độ tinh khiết cao dùng để che ti vi và ống chiếu sáng;

trong sản xuất vi mạch và các linh kiện điện tử khácđược sử dụng như một chất cách điện, áp dụng bằng cách phun hoặc như một chất đặc biệt. phim xet;

đóng vai trò là nguồn nguyên liệuđể thu được silicon có độ tinh khiết cao được sử dụng trong sản xuất pin mặt trời và tổng hợp các hợp chất organosilicon;

được sử dụng như một chất cách nhiệt và hấp thụ âm thanh trong động cơ tên lửa và máy bay phản lực. Nó là chất cách nhiệt tốt cho các loại hệ thống dẫn điện có nhiệt độ gia nhiệt lên đến 1000 ° C;

được sử dụng trong bột chữa cháyđể dập tắt đám cháy cấp A (vật liệu cháy âm ỉ), B (chất lỏng dễ cháy), C (khí dễ cháy), cũng như lắp đặt điện dưới điện áp đến 1000 V.

Ngoài ra, việc sử dụng silicon dioxide vô định hình đẩy nhanh quá trình sản xuất (bằng cách đơn giản hóa các chu trình công nghệ, giảm thời gian chu kỳ sản xuất) và cần ít năng lượng hơn. Ví dụ, để làm đặc các công thức lỏng bằng silica tổng hợp, nhiệt độ phòng là đủ.

Phạm vi ứng dụng của silicon dioxide vô định hình có độ tinh khiết cao trong nền kinh tế thế giới hàng năm được mở rộng, vai trò của nó trong sự phát triển của các ngành công nghiệp hiện đại và trong việc tạo ra các vật liệu mới ngày càng lớn.

Silicon dioxide (silica, Silicon dioxide, silica) là một chất bao gồm các tinh thể không màu, có độ bền, độ cứng và độ khúc xạ cao. Silicon dioxide có khả năng chống lại axit và không tương tác với nước. Khi nhiệt độ phản ứng tăng lên, chất tương tác với kiềm, tan trong axit flohydric, và là một chất điện môi tuyệt vời.

Trong tự nhiên, silic điôxít khá phổ biến: ôxít silic kết tinh được đại diện bởi các khoáng chất như jasper, mã não (hợp chất tinh thể mịn của silic điôxít), tinh thể đá (tinh thể lớn của chất), thạch anh (silic điôxít tự do), chalcedony, thạch anh tím, morion, topaz (tinh thể màu silicon dioxide).

Trong điều kiện bình thường (ở nhiệt độ và áp suất môi trường tự nhiên), có ba dạng biến đổi tinh thể của silic điôxít - tridymit, thạch anh và cristobalit. Khi nhiệt độ tăng, silicon dioxide đầu tiên biến thành coesite, và sau đó thành stishovite (một khoáng chất được phát hiện vào năm 1962 trong một hố thiên thạch). Theo nghiên cứu, chính stishovite - một dẫn xuất của silicon dioxide - tạo nên một phần quan trọng của lớp phủ Trái đất.

Công thức hóa học của chất là SiO 2

Thu nhận silicon dioxide

Điôxít silic được sản xuất công nghiệp trong các nhà máy sản xuất thạch anh để sản xuất cô đặc thạch anh tinh khiết, sau đó được sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất và điện tử, trong sản xuất quang học, chất độn cho cao su và sơn, đồ trang sức, v.v. Điôxít silic tự nhiên, còn được gọi là silica, được sử dụng rộng rãi trong xây dựng (bê tông, cát, vật liệu cách âm và cách nhiệt).

Việc thu nhận silicon dioxide theo cách tổng hợp được thực hiện nhờ tác dụng của axit với natri silicat, trong một số trường hợp - trên các silicat hòa tan khác, hoặc bằng phương pháp đông tụ silica dạng keo dưới ảnh hưởng của các ion. Ngoài ra, silic điôxít còn thu được bằng cách ôxy hoá silic bằng ôxy ở nhiệt độ khoảng 500 độ C.

Ứng dụng của silicon dioxide

Vật liệu chứa silicon được sử dụng rộng rãi cả trong lĩnh vực công nghệ cao và đời sống hàng ngày. Silicon dioxide được sử dụng trong sản xuất thủy tinh, gốm sứ, sản phẩm bê tông, vật liệu mài mòn, cũng như trong kỹ thuật vô tuyến, thiết bị siêu âm, bật lửa, v.v. Kết hợp với một số thành phần, silicon dioxide được sử dụng trong sản xuất cáp quang.

Silicon dioxide vô định hình không xốp cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm như một chất phụ gia, được đăng ký theo số E551, giúp ngăn ngừa sự vón cục và đóng cục của sản phẩm chính. Thực phẩm silicon dioxide được sử dụng trong ngành công nghiệp dược phẩm như một loại thuốc hấp thụ đường ruột, trong sản xuất kem đánh răng. Chất này được tìm thấy trong khoai tây chiên, bánh quy giòn, bánh ngô, cà phê hòa tan, v.v.

Tác hại của silicon dioxide

Người ta chính thức xác nhận rằng chất silicon dioxide đi qua đường tiêu hóa không thay đổi, sau đó nó được đào thải hoàn toàn ra khỏi cơ thể. Theo một nghiên cứu kéo dài 15 năm của các chuyên gia Pháp, uống nước có hàm lượng silicon dioxide cao trong chế độ ăn uống giúp giảm 10% nguy cơ phát triển bệnh Alzheimer.

Như vậy, thông tin về sự nguy hiểm của silicon dioxide, một chất trơ về mặt hóa học là sai sự thật: TPCN E551 dùng đường uống hoàn toàn an toàn cho sức khỏe.

Sáng chế liên quan đến công nghệ xử lý hóa học nguyên liệu khoáng, đặc biệt là các phương pháp sản xuất silicon dioxide phân tán cao - một chất tương tự của muội trắng, được sử dụng làm chất độn khoáng trong các ngành công nghiệp sử dụng chất độn phân tán cao. Phương pháp này bao gồm các giai đoạn nghiền nguyên liệu thô ban đầu chứa silic, được sử dụng là đá tự nhiên - diatomit với hàm lượng silic vô định hình liên kết cao, lên đến 70-75%, điều chế điện tích theo tỷ lệ W: T bằng 4-6: 1, xử lý sau để thu được dung dịch thủy tinh lỏng, tách kết tủa tạo thành, kết tủa silic đioxit từ pha lỏng thu được bằng axit khoáng từng bước dưới sự kiểm soát của pH của môi trường, cô lập tạo thành sản phẩm mục tiêu bằng cách lọc, tiếp theo là rửa nhiều lần bằng nước và làm khô, trong khi diatomit được nghiền nhỏ để thu được một phần với độ mịn nghiền không quá 0,1 mm và được nung sơ bộ ở nhiệt độ 600-900 ° C để 1-1,5 giờ, và quá trình xử lý điện tích được thực hiện trong chế độ của môi trường cavitating được tạo ra bằng phương pháp xung điện hoặc thủy động lực học. Kết quả kỹ thuật của sáng chế là đơn giản hóa quy trình bằng cách tạo ra quy trình không dùng nồi hấp, tiết kiệm năng lượng và thu được sản phẩm có độ phản ứng cao và nhiều tính chất công nghiệp. 6 tuần f-ly, 3 tab., 4 ill., 13 pr.

Bản vẽ bằng sáng chế RF 2474535

Silica vô định hình là một vật liệu đa dụng và được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau. Nó được sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất một loại cao su silicone đặc biệt, làm chất hấp phụ, hoặc là một phần không thể thiếu trong việc xây dựng hỗn hợp khô và trong công nghiệp sơn và vecni, hơn nữa, nó là một thành phần không đổi cho nhiều sản phẩm và sản phẩm của ngành công nghiệp nước hoa. Đối với một số loại cao su lốp được sử dụng để sản xuất lốp xe chất lượng cao, silica vô định hình với các đặc tính kỹ thuật khá nghiêm ngặt có thể được sử dụng làm chất độn.

Silica là một thuật ngữ chung để chỉ các hợp chất có công thức hóa học là SiO 2. Silica vô định hình (silica phân tán cao - VDS) là một hợp chất hóa học có tính phân tán cao, là một chất bột màu trắng lỏng có chứa ít nhất 95-99,8% silicon dioxide. Các tính năng của nó là bề mặt riêng cao, đóng gói lỏng lẻo các hạt và cốt liệu sơ cấp, dẫn đến thể tích lỗ xốp lớn và do đó, độ ẩm và độ hút dầu cao, đặc tính tạo cấu trúc và độ dày tốt.

Toàn bộ VDC có điều kiện được chia thành hai lớp - gây nhiệt và kết tủa.

Pyrogenic VDC thu được bằng cách đốt silicon tetraclorua trong dòng oxy và hydro, tạo ra silicon dioxide và hydro clorua vô định hình phân tán cao ở trạng thái khí. Việc sản xuất này đòi hỏi mức tiêu thụ năng lượng cao và các biện pháp nghiêm túc về an toàn cháy nổ. Không giống như pyrogenic, VDC kết tủa thu được, ví dụ, từ nguyên liệu khoáng tự nhiên - đá như đá trân châu, obsidian, diatomit, nepheline, tripoli, từ nguyên liệu thô silicat, cát thạch anh [bằng sáng chế RU số 2085488, cl. C01B 33/18, publ. 27.07.97] và từ "bán thành phẩm" - chất thải ferrosilicon silic cao [bằng sáng chế RU số 2036836, hạng. C01B 33/12, publ. 06/09/95], sản xuất vật liệu boron hoặc borosilicat [bằng sáng chế RU số 2170211, hạng. C01B 33/12, 07/10/2001], từ phế thải của quá trình sản xuất apatit [ed. giấy chứng nhận SU số 856981 30.01.93] và sản xuất ferroalloy [bằng sáng chế RF số 2237015, hạng. C01B 33/18, publ. 27.09.2004], từ bụi thải từ quá trình làm sạch khí của quá trình sản xuất silicon điện nhiệt tại các doanh nghiệp công nghiệp nhôm [bằng sáng chế RU số 2031838, 27.03.95] và các cơ sở khác.

Một phương pháp đã biết là cô lập silicon dioxide từ đá núi lửa thủy tinh, được sử dụng làm đá trân châu, obsidian, đá bọt với hàm lượng silica từ 69-75% [Bằng sáng chế RU số 1791383, C01B 33/12, 30.01,93 g] .

Phương pháp này bao gồm nghiền nguyên liệu thô có chứa silica để thu được một phần nhỏ theo thứ tự 0,1 mm, xử lý bằng dung dịch kiềm ở nồng độ Na 2 O - 100-200 g / l và tỷ lệ W: T = 2-4 cho 1-5 giờ, tiếp theo là loại bỏ kết tủa khỏi các pha lỏng. Sau đó được xử lý từ tính ở cường độ trường điện từ 500-1100 kA / m và tốc độ pha lỏng 2-4 m / s, dung dịch được xử lý do đó được làm nóng đến sôi, canxi oxit và nhôm nitrat được thêm vào và đun sôi. . Khối lượng được lọc, và thủy tinh lỏng thu được được xử lý bằng axit khoáng. Silica kết tủa được lọc bỏ, rửa sạch và làm khô.

Thời gian của toàn bộ quá trình - 8-10 giờ, sản lượng của sản phẩm mục tiêu - (theo trọng lượng của nguyên liệu) - 30-60%, hàm lượng SiO 2 trong sản phẩm cuối cùng lên đến 98%.

Nhược điểm của phương pháp này là sự phức tạp của quy trình, được điều chỉnh bởi nguyên liệu đầu vào được sử dụng, mức độ chiết xuất silic điôxít từ nguyên liệu khoáng thấp và diện tích bề mặt riêng không đủ cao của sản phẩm tạo thành.

Một phương pháp đã biết để sản xuất silicon dioxide vô định hình, bao gồm nghiền nguyên liệu thô có chứa silicon, xử lý nguyên liệu thô bằng thuốc thử kiềm ở 150-170 ° C, tách kết tủa được tạo thành và kết tủa silicon dioxide từ pha lỏng thu được bằng axit khoáng, tách tạo ra silicon dioxide bằng cách lọc, tiếp theo là rửa và làm khô [Bằng sáng chế số 2261840, hạng. C01B 33/12, C01B 33/18, publ. 2005.10.10].

Vì nguyên liệu thô ban đầu có chứa silica, đá tự nhiên - marshalite được sử dụng, quá trình nghiền được thực hiện trong thiết bị ly tâm với tốc độ ít nhất 10.000 vòng / phút và hệ số ly tâm ít nhất là 20 g. để thu được một phần có độ mịn nghiền 10-15 micron, phần sau được xử lý kiềm ở áp suất 4,5-5,5 atm. Dung dịch natri hydroxit 8-10%, theo tỷ lệ W: T = 4,5-5,5: 1, kết tủa silic đioxit được thực hiện với axit nitric 45-50% theo tỷ lệ W: R = 3-3,5: 1 bằng Nạp từng liều lượng axit nitric trong 0,5-1 giờ cho đến khi đạt được giá trị pH trung tính, trước tiên, sản phẩm mục tiêu được rửa bằng axit nitric 10-12%, sau đó với lượng nước nóng ít nhất gấp năm lần và làm khô.

Nhược điểm của phương pháp này là nguồn nguyên liệu thô hạn chế để sản xuất silicon dioxide.

Ngoài ra, phương pháp đã biết không cho phép thu được sản phẩm cuối cùng với các đặc tính xác định trước, ví dụ, với một diện tích bề mặt cụ thể nhất định của silicon dioxide và tuyên bố rằng có thể thu được sản phẩm với nhiều bề mặt cụ thể. khu vực chưa được xác nhận bằng thực nghiệm.

Giải pháp kỹ thuật gần nhất là phương pháp sản xuất silicon dioxide vô định hình, trong đó đá tự nhiên có hàm lượng silica vô định hình cao lên đến 70-75% được sử dụng làm nguyên liệu thô ban đầu chứa silicon, ví dụ đá trân châu, obsidian, đá bọt , tuff vitroclastic, diatomit, kieselguhr, tro núi lửa với hàm lượng tối thiểu của pha tinh thể, không quá 10-15%, v.v. [US Pat. RF số 2261840, C01B 33/12, 33/18, 18/06/2004].

Phương pháp này bao gồm các giai đoạn nghiền nguyên liệu thô có chứa silicon, được thực hiện trong máy nghiền rung với các viên bi gốm hoặc mã não để thu được phần có độ mịn nghiền không quá 10 μm, xử lý phần sau với tác nhân kiềm trong nồi hấp ở tăng áp suất và nhiệt độ (180-200 ° C và 6,5 atm) để thu được dung dịch thủy tinh lỏng và để thu được điôxít vô định hình với diện tích bề mặt cụ thể nhất định, việc xử lý với tác nhân kiềm được thực hiện với nồng độ của nó được chọn theo biểu đồ , tách kết tủa được tạo thành, kết tủa silic đioxit từ pha lỏng thu được bằng axit khoáng, trong khi kết tủa silic đioxit từ pha lỏng thu được được thực hiện với axit khoáng bằng cách ban đầu nạp nó vào một lượng cung cấp độ pH bằng 12 của hỗn hợp, giữ hỗn hợp bằng cách khuấy liên tục trong 10-15 phút, và sau đó nạp axit vào một lượng cung cấp độ pH bằng 10 của hỗn hợp, tiếp xúc nhiều lần hỗn hợp với khuấy liên tục trong 10-15 phút và cuối cùng tải xuống axit để thu được hỗn hợp có pH = 7, trong khi trước mỗi lần đưa axit vào pha lỏng cần đưa thêm nước vào với lượng 8 - 10%.

Sản phẩm mục tiêu thu được được tách ra bằng cách lọc, tiếp theo là rửa nhiều lần bằng nước nóng và làm khô.

Để xác định nồng độ của một tác nhân kiềm, người ta đề xuất sử dụng biểu đồ bao gồm hai trục tọa độ, một trong số đó cho biết diện tích bề mặt cụ thể của điôxít vô định hình, và một là giá trị của nồng độ kiềm, abscissa thông thường. trục, biểu thị môđun của thủy tinh lỏng thu được và hai đường cong được xây dựng bằng thực nghiệm, đường cong thứ nhất hiển thị sự phụ thuộc của bề mặt cụ thể vào môđun thủy tinh có điều kiện, và đường thứ hai hiển thị sự phụ thuộc của môđun thủy tinh vào nồng độ kiềm được sử dụng .

Xử lý bằng tác nhân kiềm được thực hiện với tỷ lệ W: T bằng 6-6,5: 1 trong 1-2,5 giờ ở nhiệt độ 170-200 ° C, áp suất 6,5-7 atm.

Phương pháp này cho phép thu được sản phẩm với các đặc tính vật lý kỹ thuật đã xác định trước, tuy nhiên nhìn chung phương pháp thực hiện khá phức tạp, đòi hỏi phải thực hiện rất chính xác tiến độ công nghệ, tạo ra nhiệt độ và áp suất cao.

Mục tiêu của sáng chế là đơn giản hóa quy trình bằng cách tạo ra một phương pháp không dùng nồi hấp, tiết kiệm năng lượng để sản xuất silicon dioxide vô định hình

Mục tiêu của sáng chế cũng là thu được một sản phẩm có độ phản ứng cao và một loạt các đặc tính công nghiệp.

Các nhiệm vụ được giải quyết bằng thực tế là trong phương pháp thu được silic điôxít vô định hình, bao gồm các công đoạn nghiền nguyên liệu thô có chứa silic, để thu được một phần có độ mịn mài không quá 0,01 mm, điều chế điện tích theo tỷ lệ W: T bằng 4-6: 1, xử lý sau này thu được dung dịch thủy tinh lỏng, tách kết tủa được tạo thành, kết tủa silic đioxit từ pha lỏng thu được bằng axit khoáng từng bước dưới sự kiểm soát của pH của môi trường , cô lập sản phẩm mục tiêu đã hình thành bằng cách lọc, sau đó rửa lại bằng nước và làm khô, nguyên liệu thô chứa silicon đã nghiền trước tiên được nung ở nhiệt độ 600-900 ° C, và quá trình xử lý hỗn hợp được thực hiện trong chế độ của một môi trường cavitating được tạo ra bởi một phương pháp xung điện hoặc thủy động lực học.

Ưu tiên sử dụng các loại đá tự nhiên có hàm lượng silic vô định hình liên kết cao, lên đến 70-75%, chủ yếu là diatomit, làm nguyên liệu thô ban đầu chứa silic.

Nên rang các nguyên liệu có chứa silic đã được nghiền nhỏ trong 1-1,5 giờ.

Nên xử lý điện tích ở nhiệt độ 80-90 ° C trong lò phản ứng xung điện ở điện áp và công suất lần lượt là 5-10 kV và 1,2-1,5 kW và tốc độ lặp lại xung là 2-7 Hz hoặc trong máy phân tán tạo bọt trong 2,5 -3,5 giờ ở 1500-3000 vòng / phút và 80-90 ° C.

Nên xử lý trong lò phản ứng xung điện trong 1,0-2,0 giờ với việc trộn điện tích định kỳ cứ sau 0,5 giờ, và sử dụng axit nitric, sulfuric hoặc hydrochloric như axit khoáng, chủ yếu là axit nitric 40-50%, và rửa sản phẩm mục tiêu. được thực hiện thêm với dung dịch axit nitric 2-5% yếu.

Hình 1 cho thấy phổ IR của silica lắng đọng từ thủy tinh nước, được tổng hợp bằng nồi hấp.

Hình 2 - Phổ IR của silica lắng đọng từ thủy tinh lỏng, được tổng hợp bằng phương pháp electropulse.

Hình 3 - hình ảnh hiển vi điện tử của silica được tổng hợp bằng phương pháp electropulse.

a) hình ảnh hiển vi điện tử của silica được tổng hợp bằng phương pháp electropulse,

b) Ảnh hiển vi điện tử của silica thu được trong nồi hấp.

Sự phóng tia lửa điện được sử dụng trong quá trình này không chỉ có sức công phá lớn mà còn ảnh hưởng đến bản chất của quá trình tạo ra các phản ứng hóa học và kết quả cuối cùng của chúng.

Hãy để chúng tôi liệt kê ngắn gọn các yếu tố tác động trong quá trình phóng xung điện:

(a) Áp suất thủy lực xung cao và cực cao phát sinh, trong đó các sóng xung kích được kết hợp, di chuyển với tốc độ siêu âm và siêu âm hàng trăm mét mỗi giây.

(b) Ngoài ra, các quá trình tạo lỗ hổng xung mạnh bắt đầu hoạt động, có khả năng bao phủ một lượng chất lỏng tương đối lớn. Sự hình thành các lỗ sâu răng xảy ra như sau. Ở những nơi sóng siêu âm xuyên qua, hiện tượng nén hoặc căng xảy ra theo chu kỳ. Sóng siêu âm ở những nơi hiếm gặp làm cho chất lỏng bị vỡ và hình thành một khoang cực nhỏ. Hơi và khí hòa tan trong nó xâm nhập vào khoang này từ chất lỏng xung quanh. Các lỗ sâu răng nhanh chóng xẹp xuống dưới tác động của lực nén tiếp theo. Hiện tượng này được gọi là cavitation. Tuổi thọ của bong bóng cavitation gần như tương xứng với chu kỳ rung động của âm thanh. Trong dải tần số siêu âm cao, nó là phần triệu giây. Giả thiết rằng ứng suất điện lớn và nhiệt độ cao xảy ra trong khoang tạo bọt. Trong điều kiện này, các phân tử và nguyên tử của chất khí có trong khoang tạo ra các quá trình ion hóa và phân ly. Ví dụ, trong khoang tạo bọt, các phân tử H 2 O và OH phân ly. Do thực tế là các chất giàu năng lượng (các phân tử bị ion hóa và hoạt hóa và các gốc tự do) phát sinh trong khoang tạo bọt, một số hiện tượng đã được phát hiện cho thấy về cơ bản sự xuất hiện của các phản ứng mới. Cho đến nay, phần này của hiệu ứng electropulse vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ.

(d) Một cú sốc điện có thể gây ra sự tách lớp của chất rắn ở cấp độ phân tử, ví dụ, liên quan đến các chi tiết của cấu trúc mạng tinh thể của khoáng chất, bao gồm sự trùng hợp, phá vỡ sự hấp thụ và liên kết hóa học, và thay đổi các chi tiết khác của sự tổng hợp.

Các quá trình này góp phần làm cho chất ban đầu phân hủy tốt hơn trong quá trình chuyển đổi diatomit sang thủy tinh lỏng và tạo ra xung năng lượng bổ sung cho thủy tinh lỏng. Việc nghiên cứu các quá trình điện hóa liên quan đến quá trình tổng hợp silica cho thấy rằng hiệu ứng electropulse ảnh hưởng đến các tính chất hóa học của nhóm cấu trúc SiO 4 là một phần của thủy tinh lỏng được tổng hợp dưới tác dụng của nó, có lẽ điều này thể hiện ở việc tăng cường liên kết silonol. Đồng thời, một "bộ nhớ tinh thể-hóa học" đặc biệt được bảo tồn, ảnh hưởng đến cấu trúc của silica kết tủa. Hiệu ứng xung điện tạo ra các liên kết Si-O-Si bổ sung trong thủy tinh lỏng, sau đó xuất hiện trong silica. Ngoài ra, silica được tổng hợp từ thủy tinh lỏng có phản ứng cao có điện tích âm cao hơn trên bề mặt hạt.

Quá trình tổng hợp silica từ diatomite bao gồm các bước sau:

1 - nghiền diatomit thành phần 0-0,01 mm,

2 - nung điatomit đất trong lò điện,

3 - chuẩn bị hàng loạt,

4 - xử lý điện tích trong lò phản ứng EI,

5 - làm mát và lọc huyền phù;

6 - kết tủa silica,

7 - lọc huyền phù: silica + Na sulfat,

8 - rửa silica,

Để thực hiện các quá trình điện hóa liên quan đến quá trình tổng hợp silica, khi lựa chọn một loại đá, cần lưu ý hai đặc điểm: khả năng phản ứng của đá và thành phần hóa học của nó. Khả năng phản ứng đề cập đến khả năng của đá phản ứng với các dung dịch kiềm.

Đặc điểm thứ hai của đá, thích hợp để lấy thủy tinh lỏng là hàm lượng SiO 2 silica trong đá ít nhất là 70 - 80%. Diatomite cũng thỏa mãn hai điều kiện này.

Xét về mặt vĩ mô, diatomite được thể hiện bằng một loại đá kết dính yếu có màu xám nhạt với kết cấu phân lớp được thể hiện rõ ràng.

Bảng 1 cho thấy thành phần hóa học của các mẫu tự nhiên của diatomit từ mỏ Akhmetovsky (% trọng lượng), trong đó 1, 2 - diatomit tự nhiên từ mỏ Akhmetovsky, a - ở dạng tự nhiên, b - về chất khô.

Bảng 1
ôxít	1	2
Nhưng	b	Nhưng	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
SO 3	0,84	0,93	0,12	0,13
P.p.p.	8,9	-	9,44	-
Tổng	100	100	100	100

Đá silica chưa nung chứa một lượng khá lớn các nhóm OHn ở dạng hydroxyl, nước phân tử và chất hữu cơ ở dạng nhóm CHn. Chất hữu cơ phản ứng với dung dịch kiềm trong quá trình thí nghiệm làm cho thủy tinh lỏng có màu đen và khó tinh chế SiO 2 tổng hợp được, làm tăng đáng kể quá trình rửa. Ở nhiệt độ từ 600 ° trở lên, chất hữu cơ cháy hết và do đó đảm bảo độ tinh khiết cao của silica vô định hình được tổng hợp. Trong trường hợp này, thu được sản phẩm mục tiêu là bóng kem nhạt với hàm lượng tạp chất hữu cơ tối thiểu.

Trong trường hợp cần thiết để khử oxit sắt trong diatomit, có thể nên rang bột diatomit ở nhiệt độ khoảng 900 ° C. Đồng thời, các oxit sắt có trong diatomit chuyển thành dạng khoáng chất của hematit và dễ dàng bị loại bỏ bằng cách tách điện từ mà không làm ô nhiễm sản phẩm mục tiêu.

Như vậy, dữ liệu trên cho thấy rõ ràng nhu cầu nung sơ bộ ở 600-900 ° C.

Phương pháp được thực hiện như sau.

1. Diatomit thô ở trạng thái vón cục được làm khô ở nhiệt độ 100-105 ° C, sau đó được nghiền trong máy nghiền thành phần 0,2 mm.

2. Điatomit mặt đất được nung trong lò điện trong các toa kim loại đặc biệt có thành thấp, ở nhiệt độ ít nhất 600 ° C trong 1 giờ.

4. Điều chế hỗn hợp.

Hỗn hợp có thể được chuẩn bị trực tiếp trong lò phản ứng. Tùy thuộc vào các thông số của thủy tinh lỏng (chủ yếu là mô-đun) theo yêu cầu của công thức, các thành phần ban đầu được đưa vào lò phản ứng với số lượng sau:

- nước	- 4000 cm 3.
- diatomite	- 1000 g,
- NaOH rắn	- 500 g.
Tỉ lệ	W: T = 8: 3

Trình tự trộn các thành phần như sau: đất rắn NaOH rắn trong nước. Tiếp theo, hỗn hợp được khuấy theo bất kỳ cách nào có thể ở nhiệt độ phòng trong 10-15 phút. Hỗn dịch thành phẩm được niêm phong trong một thiết bị xung điện để tổng hợp thủy tinh lỏng.

4. Xử lý điện tích trong lò phản ứng EI.

Để tạo ra các cú sốc điện - thủy lực, cần có một nguồn điện ở dạng tụ điện, đây là nơi lưu trữ năng lượng điện. Điện áp trên tụ điện tăng lên đến giá trị mà tại đó xảy ra đánh thủng tự phát khe hở tạo thành không khí và tất cả năng lượng tích trữ trong tụ điện ngay lập tức đi vào khe hở làm việc trong chất lỏng, nơi nó được giải phóng dưới dạng xung điện ngắn. công suất cao. Hơn nữa, quá trình ở điện dung và điện áp nhất định được lặp lại với tần số phụ thuộc vào công suất của nguồn xung. Chất lỏng, sau khi nhận được gia tốc từ kênh phóng điện đang mở rộng ở tốc độ cao, di chuyển từ nó theo mọi hướng, tạo thành tại nơi xả ra một khoang có thể tích đáng kể, được gọi là cavitation, và gây ra chấn động thủy lực (chính). Sau đó, khoang này cũng đóng lại ở tốc độ cao, tạo ra một chấn động thủy lực lần thứ hai. Đây là nơi kết thúc chu kỳ đơn của hiệu ứng điện thủy lực và nó có thể được lặp lại không giới hạn số lần, theo tốc độ lặp lại phóng điện đã cho.

Để làm nguồn phát xung điện từ, người ta đã sử dụng cài đặt ZEVS-25, đây là thiết bị lưu trữ năng lượng điện dung với năng lượng tích trữ trong một xung lên đến 600 J. Có thể điều chỉnh điện áp trên tụ điện lưu trữ có tổng điện dung là 8 μF. từ 5 đến 12 kV.

Tốc độ lặp lại xung là 2-7 Hz. Trong quá trình vận hành tổ máy, công suất tiêu thụ từ mạng 220 V không quá 1,5 kw.

Nhiệt độ trong lò phản ứng không vượt quá 80-90 ° C.

Thời gian để tổng hợp thủy tinh lỏng là 1-2,0 giờ. Để giảm thời gian tổng hợp và giảm lượng diatomit ban đầu chưa phản ứng, quá trình được thực hiện định kỳ (cứ sau 0,5 giờ) sau khi bắt đầu quá trình, dừng lại để khuấy hỗn dịch trong 15-20 phút.

Chế độ thứ nhất.

Điện áp - 10 kV,

Khoảng cách giữa các điện cực - 10 mm.

Tần số xung 7 Hz.

Công suất - 1,5 kW.

Thời gian tổng hợp - 1 giờ.

Chế độ thứ 2.

Điện áp - 5 kV.

Khoảng cách giữa các điện cực là 5 mm.

Tần số xung 4 Hz.

Công suất, - 1,2 kW.

Thời gian tổng hợp - 1,5 giờ.

Kết quả của các thí nghiệm ở bất kỳ chế độ nào ở trên, một huyền phù được tạo ra: thủy tinh lỏng + điatomit không phản ứng ở dạng hạt rắn.

Trong chế độ đầu tiên, tất cả các quá trình xảy ra trong lò phản ứng được tăng cường, điều này có thể làm giảm thời gian của thí nghiệm và giảm lượng diatomite chưa phản ứng.

Làm lạnh trong 15–20 phút là cần thiết để mở lò phản ứng một cách an toàn.

Tách thủy tinh lỏng khỏi pha rắn được thực hiện bằng cách sử dụng bơm chân không và bộ lọc sứ hoặc bằng cách gạn chậm chất lỏng sau khi tiếp xúc trong 10-12 giờ.

Kết quả của quá trình lọc hoặc gạn, thu được kết tủa, là hỗn hợp của thạch anh, zeolit thuộc loại analcime và hydroxit sắt, và một thủy tinh lỏng tương đối đồng nhất có màu kem hơi vàng.

6. Kết tủa silica.

Cho từ từ axit sunfuric vào bình chứa thuỷ tinh lỏng theo hai cách: kết tủa: nhanh và chậm. Kết quả là, silica kết tủa ra khỏi thủy tinh lỏng. Đối với kết tủa nhanh, axit sunfuric 35% được sử dụng, để kết tủa chậm, axit sunfuric 14% được sử dụng. Không chỉ trạng thái kết tụ của silica phụ thuộc vào phương thức lắng đọng, mà còn cả các tính chất như diện tích bề mặt cụ thể và sự hiện diện của các tạp chất khoáng ngoại lai. Tiêu chí cho sự hoàn chỉnh của chế độ kết tủa là giá trị pH.

Trong quá trình trung hòa hai giai đoạn, sự kết tủa của silica được thực hiện theo trình tự sau.

1 giai đoạn. Một lượng đáng kể axit sunfuric loãng được thêm vào dung dịch thủy tinh. Lượng axit được điều chỉnh bởi độ pH của dung dịch và phụ thuộc vào thể tích của thủy tinh lỏng. Độ pH của dung dịch phải trong khoảng 8-9. Tiếp theo là phơi trong 20-30 phút và sau đó phần còn lại của axit sulfuric được thêm vào từ từ với sự khuấy liên tục và đo pH thường xuyên. Quá trình dừng lại ở pH = 7-7,5.

Với quá trình trung hòa nhiều giai đoạn, axit sunfuric 14% được thêm dần vào thể tích thủy tinh lỏng thu được, bằng 3-3,5 lít.

Giai đoạn 1: thêm 200 cm 3 axit sunfuric loãng, tiếp theo là phơi trong 20 phút.

Giai đoạn 2: 50 cm 3 axit sunfuric được thêm vào, giữ trong 20 phút, kết tủa silica hiếm được quan sát thấy. Quá trình trung hòa được hoàn thành ở pH = 7.

Nguyên tắc chung của quá trình trung hòa thủy tinh lỏng và kết tủa silica như sau. Trước sự kết tủa ồ ạt của silica, cần tạo điều kiện để kết tủa đồng đều và nhanh chóng. Vì vậy, một giai đoạn nhất định của quá trình là cần thiết. Thông thường, có thể phân biệt hai giai đoạn chính của quá trình kết tủa. Trong giai đoạn đầu, độ kiềm của dung dịch thủy tinh giảm từ 12-13 đến xấp xỉ 9-10 pH. Như vậy, chúng ta đang tiến đến cân bằng kết tủa - dung dịch.

Trong giai đoạn này, sự hình thành lớn của hạt nhân silica xảy ra. Để quá trình tạo mầm xảy ra hoàn toàn nhất, cần phải phơi nhiễm khoảng 3-0-40 phút. Bước thứ hai được tiếp theo bằng cách thêm axit và kết tủa lớn.

Một số biến thể của trung hòa bột giấy đã được phát triển: ở nhiệt độ phòng và ở nhiệt độ 60-80 ° C. Nếu mô đun thủy tinh cao, trên 2,3, thì nên tiến hành lắng đọng silica ở nhiệt độ phòng, với mô đun tương đối thấp (<2,3). Кремнезем более интенсивно осаждается при 60-80°C.

7. Quá trình lọc được thực hiện dưới áp suất giảm (độ chân không là 0,01 atm). Quá trình lọc được thực hiện qua 2 giai đoạn.

Công đoạn đầu tiên là lọc qua bộ lọc gốm. Sau khi tách dịch lọc ra khỏi các hạt có kích thước tương đối lớn, ly nước lọc được lọc qua màng lọc bằng giẻ và giấy.

8. Giặt giũ.

Quá trình rửa được thực hiện bằng nước cất trong 3 giai đoạn.

9. Sấy khô được thực hiện ở 600 ° C trong 1 giờ.

lão hóa silica.

Thực nghiệm đã chứng minh rằng các đặc tính của silica có thể thay đổi nếu trước khi làm khô, kết tủa sền sệt của silica được giữ trong một thời gian (1-2 ngày) trong điều kiện tĩnh.

Các nghiên cứu đã tiến hành cũng chỉ ra rằng các phương thức thực hiện quá trình tổng hợp thủy tinh lỏng sau đây rất ổn định để thu được thủy tinh lỏng:

Để thu được silica với diện tích bề mặt cụ thể là 150-200 m 2 / g

Đất tảo cát 1000 g

Nước 4000 cm 3

Điện áp V = 5 kV

Thời gian 1,5 giờ.

Chế độ: 0,5 h (dừng, khuấy) 0,5 h (dừng, khuấy) 0,5 h (hoàn thành thí nghiệm, mở lò phản ứng) xả bã sang một thùng chứa khác

Tần số xung 5 Hz

Công suất - 1,5 W.

Thời gian tổng hợp - 1,5 giờ.

Kết tủa trong 2 giai đoạn. Với thời gian tăng dần, sản lượng thủy tinh lỏng của mô-đun yêu cầu tăng lên đáng kể.

Với sự gia tăng nồng độ kiềm trong thủy tinh lỏng, sự gia tăng bề mặt cụ thể của silica kết tủa xảy ra. Diện tích bề mặt riêng tối thiểu của silica kết tủa thu được ở nồng độ kiềm là 6%.

Diện tích bề mặt riêng cao nhất - 700 m 2 / g thu được với hàm lượng NaOH 600-700 g trên 1000 g diatomit, các thông số khác giống nhau.

Điatomit thô của mỏ Akhmatovsky (thành phần 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) ở trạng thái vón cục được làm khô ở nhiệt độ 100 ° C, nghiền nhỏ trong máy nghiền thành phần nhỏ - 0,2 mm, điatomit nghiền được nung trong lò điện ở nhiệt độ 600 ° C trong 1 giờ.

Nước - 4000 cm 3,

Đất tảo cát - 1000 g,

NaOH rắn - 500 g,

Tỷ lệ W: T = 8: 3.

Khuấy ở nhiệt độ phòng trong 10 phút. Hỗn dịch thành phẩm được niêm phong trong một thiết bị xung điện để tổng hợp thủy tinh lỏng.

Là nguồn phát xung điện từ, một bộ ZEVS-25 được sử dụng với năng lượng dự trữ trong một xung lên đến 600 J. Điện áp trên tụ lưu có tổng điện dung là 8 μF, khoảng cách giữa các điện cực là 5 mm, hiệu là 5 kV.

Tốc độ lặp lại của xung là 4 Hz. Khi tổ máy đang hoạt động, công suất tiêu thụ từ mạng 220 V không quá 1,2 kw.

Nhiệt độ trong lò phản ứng là 85 ° C.

Thời gian để tổng hợp thủy tinh lỏng là 1,5 giờ, với một chu kỳ (cứ sau 0,5 giờ) sau khi bắt đầu quá trình, dừng khuấy hỗn dịch trong 15 phút.

Việc tách thủy tinh lỏng khỏi pha rắn được thực hiện bằng cách gạn chậm chất lỏng sau khi giữ trong 10 giờ.

Trong bình thuỷ tinh lỏng 3 l ở nhiệt độ 75 ° C thêm từ từ axit sunfuric 14%. Đầu tiên, 200 cm 3 axit sulfuric loãng được thêm vào, tiếp theo là tiếp xúc trong 20 phút, sau đó thêm 50 cm 3 axit sulfuric, tiếp xúc trong 20 phút. Quá trình trung hòa được hoàn thành ở pH = 7.

Quá trình lọc được thực hiện dưới áp suất giảm (độ chân không là 0,01 atm). Việc lọc được thực hiện trước tiên qua bộ lọc gốm, sau đó qua bộ lọc giấy và giẻ. Tiếp theo, rửa bằng nước cất theo 3 giai đoạn.

Kết tủa sền sệt của silica được giữ trong một ngày ở điều kiện tĩnh và được làm khô ở 600 ° C trong 1 giờ.

Kết quả là, silica có các tính chất sau thu được:

bột màu trắng tuyết, khối lượng riêng 250 kg / m 3, hàm lượng SiO 2 - 99,93%; hàm lượng tạp chất (Al, Fe) không quá 0,07%. Bề mặt riêng, theo BET - 670 m 2 / g, các hạt có hình cầu, kích thước đường kính 8-10 nm, 40% lỗ xốp có đường kính<2 нм, остальные 60% >2 nm.

Bảng 2 trình bày kết quả của 11 thí nghiệm sử dụng bộ xung điện (ví dụ 2-12). Hai phương pháp đầu tiên trong số họ là ngắn hạn 5 và 10 phút ở 5 và 10 kV và nhằm mục đích chứng minh rằng phương pháp này về nguyên tắc có thể được sử dụng để tổng hợp SiO 2. Kết quả là, natri trisilicat thu được với mật độ rất thấp và các đặc tính lưu biến tương ứng thấp. Khi được trung hòa bằng axit sunfuric, các mảnh hiếm và tinh thể silica hình kim rơi ra khỏi dung dịch.

Thu được phổ IR của silica lắng từ thủy tinh nước, được tổng hợp bằng phương pháp electropulse (hình 2), từ đó người ta thấy rằng liên kết Si-O-Si ghb 1161-1211, đặc trưng cho hoạt tính hóa học của silica là rất rõ ràng.

Để so sánh, phổ IR thu được của silica lắng đọng từ thủy tinh nước được tổng hợp bằng nồi hấp (hình 1). Liên kết Si-O-Si biểu hiện rõ ràng nhất ở 1084 cm -1, liên kết thứ hai ở 1161 cm -1 mới xuất hiện.

Ngoài ra, các nghiên cứu về kính hiển vi điện tử đã được thực hiện. Hình 3 cho thấy hình ảnh của silica được tổng hợp bằng phương pháp electropulse. Các hạt hình cầu đồng nhất. Kích thước trung bình là 6-8 nm. Các vi hạt có thể nhìn thấy được, góp phần làm tăng diện tích bề mặt cụ thể. Kích thước lỗ xốp này là thuận lợi nhất cho các phản ứng xúc tác. Hàm lượng SiO 2 trên 99,2%.

Ngoài ra, hình 4 cho thấy: a) - ảnh hiển vi điện tử của silica được tổng hợp bằng phương pháp electropulse, b) ảnh hiển vi điện tử của silica thu được trong nồi hấp. Trên figa) cho thấy rằng các hạt hình cầu thu được có đường kính không vượt quá 6-8 nm, khi như trong figa) cho thấy rằng kích thước hạt không đổi khoảng 100-200 nm.

Hiệu ứng tạo bọt trong chất lỏng có thể xảy ra không chỉ dưới tác dụng của phóng tia lửa điện mà còn với sự giảm áp suất cục bộ do chất lỏng đi từ vùng có thế năng cao sang vùng có thế năng thấp. Trong quá trình hình thành thủy tinh lỏng, cavitation được sử dụng để đồng nhất huyền phù và chuyển các hạt lơ lửng sang trạng thái lỏng keo. Hỗn hợp được xử lý trong thiết bị phân tán cavitation hoạt động theo chu trình khép kín.

Từ buồng làm việc của chất phân tán, dung dịch kiềm được đưa vào khối bằng các ống quay. Khuôn đúc là những lỗ hình trụ hẹp trên một trống kim loại quay quanh một trục. Từ khối có khuôn, chất lỏng đi vào buồng, trong đó, do kích thước và hình dạng vòi phun, có thể tạo ra một áp suất thấp hơn đáng kể so với trong buồng áp suất cao. Giữa buồng làm việc và khối có khuôn có một van điều tiết tự động quay. Nó kiểm soát đường kính của đầu vào. Tính năng này của cơ chế cho phép bạn điều chỉnh quá trình làm việc trong nhiều môi trường khác nhau.

Khi làm đầy buồng làm việc, máy bơm được bật, trong khi van điều tiết đóng lại trong giây lát. Ngay khi mở ra, dung dịch sẽ tràn vào buồng áp suất thấp. Tốc độ truyền chất lỏng qua khuôn rất cao, đồng thời duy trì áp suất cao.

Điatomit đất với một lượng nước nhất định được đặt sơ bộ vào buồng làm việc. Do sự chênh lệch áp suất trong buồng cao áp và trong buồng làm việc phát sinh các khoang tạo bọt làm cho nguyên liệu bị dập nát. Trong trường hợp này, giống như trong xung điện, các khí đi vào các khoang. Các khoang đóng lại và tạo ra hoạt động trong một phần của giây do sóng thủy lực. Thao tác được lặp lại nhiều lần theo yêu cầu của quy định.

Đối với thí nghiệm, điatomit dạng cục của mỏ Akhmatovsky được lấy (thành phần 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).

Ở trạng thái vón cục, diatomit được làm khô ở nhiệt độ 200 ° C và được nghiền trong máy nghiền thành một phần nhỏ<0,2 мм.

Hỗn hợp được điều chế trong bình phản ứng với số lượng sau:

Nước - 180 l,

Đất tảo cát - 50 kg,

NaOH rắn - 20 kg,

Tỷ lệ W: T = 3: 1.

Hỗn hợp được trộn trước trong 15 phút ở nhiệt độ phòng và được đặt trong máy phân tán cavitation quay (thể tích tải có thể là 300 l, công suất 100 kW, nguồn điện 3 pha 380 V).

Hỗn hợp đã trộn được xử lý bằng cách bơm tuần hoàn trong một vòng kín ở chế độ xâm thực ở nhiệt độ 90 ° C trong 3 giờ 40 phút với rôto quay với tốc độ 3000 vòng / phút.

Được 100 lít thuỷ tinh lỏng có màu đỏ tươi.

Quá trình kết tủa silica được thực hiện như sau.

Hệ thống được làm mát trong 1 giờ đến nhiệt độ 35 ° C.

Thủy tinh lỏng được tách khỏi pha rắn theo từng phần (5 l trong 1 phần) bằng cách sử dụng bơm chân không và bộ lọc bằng sứ.

Silica cũng được kết tủa từ thủy tinh lỏng theo các phần thu được sau khi lọc. Tổng cộng có 20 phần ăn được chế biến.

1,5 kg silica thu được từ mỗi khẩu phần. Tình trạng này chỉ do những khó khăn phát sinh khi rửa một lượng lớn silica.

Kế hoạch trung hòa sau đây đã được thông qua. Trong giai đoạn đầu tiên, 3000 cm 3 axit sulfuric loãng được thêm vào, tiếp theo là tiếp xúc trong 20 phút, sau đó 1000 cm 3 axit sulfuric được thêm vào, tiếp xúc trong 20 phút. Quá trình trung hòa được hoàn thành ở pH = 7.

Quá trình lọc được thực hiện dưới áp suất giảm (độ chân không là 0,01 atm).

Kết tủa sền sệt của silica được giữ trong một ngày ở điều kiện tĩnh và được làm khô ở 500 ° C trong một giờ.

Kết quả thu được 30 kg silica có các tính chất sau:

mật độ khối của silica 250 kg / m 3, hàm lượng SiO 2 - 97,92%; Hàm lượng tạp chất (Al và chủ yếu là Fe) không vượt quá 2,17%, bề mặt riêng theo BET là 512 m 2 / g, các hạt silica thích hợp có hình cầu.

Silica, giống như thủy tinh, có màu đỏ với một chút nâu.

Một nghiên cứu trên kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao cho thấy rằng sắc tố chính tạo ra màu đỏ của các sản phẩm tổng hợp là một hỗn hợp của một khoáng chất sắt mới hình thành thuộc loại goethit. Tinh thể silica xuyên thấu goethit có dạng hình kim dài tới 2-3 nm và dày tới phần mười nm. Hàm lượng của kim châm là 15-20% tổng lượng silica thu được.

Bảng 3 trình bày các ví dụ 14-16 về việc thực hiện phương pháp sử dụng máy phân tán tạo bọt quay.

Do đó, các phương pháp điện động lực học và thủy động lực học được phát triển để sản xuất thủy tinh lỏng giúp loại bỏ quá trình tốn kém để thu được “khối silica” mà từ đó thủy tinh lỏng được sản xuất.

Phương pháp được phát triển rẻ hơn và tiến bộ hơn nhiều, và việc sử dụng đá silic cao - diatomite cho phép bạn mở rộng phạm vi nguyên liệu thô được sử dụng, trữ lượng của chúng thực tế là không giới hạn trong khu vực.

Việc sử dụng các phương pháp điện động và thủy động lực học để sản xuất thủy tinh lỏng là các quá trình thuận lợi hơn về mặt năng lượng so với phương pháp hấp tiệt trùng do tiết kiệm thời gian và có thể truyền đạt đến sản phẩm cuối cùng, đặc biệt, tăng khả năng phản ứng, biểu hiện cụ thể. các ngành công nghiệp và diện tích bề mặt cụ thể cao (xem Hình 3-4).

Việc lựa chọn các giống được quyết định bởi nhu cầu chính của sản xuất: cho ngành sản xuất lốp xe, cho ngành sơn và vecni, sản xuất các vật liệu tổng hợp xây dựng khác nhau và các sản phẩm có độ tinh khiết cao được sử dụng trong dược lý và y học.

Theo phương pháp đã đề xuất, có thể thu được 3 cấp silica, khác nhau về kích thước của bề mặt cụ thể và hàm lượng của SiO 2:

Loại sản phẩm đầu tiên được thiết kế để sử dụng trong mỹ phẩm và nước hoa, đặc biệt là trong sản xuất bột nhão silicone.

Lớp At-2 hiệu quả nhất trong việc sản xuất một loại vecni và sơn đặc biệt.

Lớp At-3 có thể được sử dụng thành công trong sản xuất cao su silicone, chất kết dính và chất bịt kín, chất đàn hồi silicone và trong chế biến cao su cho các mục đích khác nhau.

Phương pháp được phát triển cho phép các đặc tính cuối cùng của silica được thể hiện ở giai đoạn thu được thủy tinh lỏng và các chế độ lắng đọng và rửa tiếp theo, và được xác định theo các yêu cầu cụ thể của sản xuất.

YÊU CẦU

1. Phương pháp sản xuất silic điôxít vô định hình, bao gồm các công đoạn nghiền nguyên liệu thô ban đầu chứa silic, được sử dụng làm đá tự nhiên với hàm lượng silic vô định hình cao, lên đến 70-75%, chuẩn bị điện tích ở tỷ lệ W: T bằng 4-6: 1, xử lý chất sau để thu được dung dịch thủy tinh lỏng, tách kết tủa được tạo thành, kết tủa silic đioxit từ pha lỏng thu được với axit khoáng theo từng giai đoạn dưới sự kiểm soát của pH của môi trường, cô lập sản phẩm mục tiêu thu được bằng cách lọc, sau đó rửa nhiều lần bằng nước và làm khô, có đặc điểm là đá núi được chỉ định sử dụng diatomit, được nghiền để thu được một phần với độ mịn nghiền không quá 0,01 mm, diatomit được nghiền nhỏ. được nung sơ bộ ở nhiệt độ 600-900 ° C, và điện tích được xử lý ở chế độ môi trường cavitating được tạo ra bằng phương pháp điện hóa hoặc thủy động lực học.

2. Phương pháp theo điểm 1, có đặc điểm là quá trình nung đất tảo cát được thực hiện trong 1-1,5 giờ.

3. Phương pháp theo điểm 1, có đặc điểm là quá trình xử lý hỗn hợp được thực hiện trong lò phản ứng xung điện ở 80-90 ° C, ở điện áp và công suất lần lượt là 5-10 kV và 1,2-1,5 kW, và tốc độ lặp lại xung - 2-7 Hz.

4. Phương pháp theo điểm bất kỳ trong số các điểm 1 và 3, có đặc điểm là quá trình xử lý trong lò phản ứng xung điện được thực hiện trong 1,0-2,0 giờ với việc trộn hỗn hợp định kỳ cứ 0,5 giờ một lần.

5. Phương pháp theo điểm 1, có đặc điểm là hỗn hợp được xử lý trong thiết bị phân tán cavitation trong 2,5-3,5 giờ ở 1500-3000 vòng / phút và nhiệt độ 80-90 ° C.

6. Phương pháp theo điểm 1, được đặc trưng bởi axit nitric, sulfuric hoặc axit clohydric, tốt nhất là axit nitric 40-50%, được sử dụng làm axit khoáng.

7. Phương pháp theo điểm 1, có đặc điểm là sản phẩm mục tiêu được rửa bổ sung bằng dung dịch axit nitric yếu 2-5%.

Bài báo mô tả phụ gia thực phẩm (chất chống đóng cục và chất chống đóng cục) silicon dioxide vô định hình (E551), cách sử dụng, tác dụng đối với cơ thể, tác hại và công dụng, thành phần, đánh giá của người tiêu dùng

Các chức năng được thực hiện

chất chống đóng cục và chất chống đóng cục

Tính hợp pháp của việc sử dụng

Ukraine

Nga

Phụ gia thực phẩm E551 - silicon dioxide vô định hình là gì?

Silicon dioxide là một hợp chất vô cơ ít hoạt động trong điều kiện bình thường. Ở nhiệt độ phòng, nó không hòa tan trong nước, không tương tác với nó và với các chất khác. Oxit này có tính axit và trong những điều kiện nhất định có thể tạo thành muối của axit silicic, được gọi là silicat.

Điôxít silic phân bố rộng rãi trong tự nhiên, nó là một phần của nhiều loại đá và khoáng chất. Trong cuộc sống hàng ngày, nó được mọi người quen gọi là cát thường (thạch anh). Có một số dạng biến đổi tinh thể của chất này.

Dạng vô định hình của silicon dioxide được sử dụng trong dược phẩm như một chất phụ trợ và cơ bản. Điôxít silic vô định hình là một loại phụ gia thực phẩm E551, được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm để ngăn ngừa sự đóng cục và vón cục của các sản phẩm bột khô.

Trong công nghiệp, silicon dioxide được sử dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng, sản phẩm gốm sứ, chất mài mòn, cáp quang. Đối với các mục đích kỹ thuật, một sản phẩm từ các nguồn tự nhiên được sử dụng. Trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm, silicon dioxide được tổng hợp bằng cách oxy hóa silicon ở nhiệt độ rất cao được sử dụng làm chất phụ gia E551.

Silicon dioxide vô định hình, E551 - tác dụng đối với cơ thể, tác hại hay lợi ích?

Phụ gia E551 là một trong những hợp chất an toàn nhất cho sức khỏe. Chất này hoàn toàn không hòa tan trong thực quản và được đào thải ra khỏi cơ thể dưới dạng không đổi. Ngoài tác dụng tích cực đến chất lượng thực phẩm, chất bổ sung E551 có thể có tác dụng làm sạch ruột. Không phải ngẫu nhiên mà silicon dioxide được sử dụng trong y học thực tế như một chất hấp thụ. Chất này có trong nhiều loại kem đánh răng và góp phần làm sạch cơ học và vi sinh trong khoang miệng.

Do silicon dioxide không thể hòa tan, những người có vấn đề với hệ bài tiết không nên lạm dụng các sản phẩm thực phẩm có bổ sung E551. Khi một lượng lớn chất này xâm nhập vào cơ thể, không thể loại trừ hoàn toàn sự tích tụ của nó trong các ống dẫn của hệ tiết niệu, đặc biệt là trong trường hợp chúng bị biến dạng hoặc co thắt.

Phụ gia thực phẩm silica vô định hình - ứng dụng thực phẩm

Chất phụ gia E551 ngăn ngừa các sản phẩm thực phẩm khô bị đóng cục, sự hình thành các cục vón trong đó. Nó được sử dụng để đóng gói gia vị và các hỗn hợp khác. Việc bổ sung silica vô định hình đặc biệt thích hợp khi các sản phẩm thực phẩm khô được bọc trong giấy bạc. Nồng độ tối đa của E551 trong một kg hỗn hợp thực phẩm không được vượt quá 30 gam. Silicon dioxide được chấp thuận để sử dụng làm phụ gia thực phẩm ở tất cả các quốc gia.

Silica vô định hình có thể được phân thành ba loại:

1. Thủy tinh thạch anh được làm bằng cách nấu chảy thạch anh (cũng như thủy phân silic tetraclorua ở nhiệt độ cao hoặc quá trình oxy hóa của nó trong plasma nhiệt độ thấp).

2. Silica M - silica vô định hình thu được bằng cách chiếu xạ với neutron nhanh của các loại silica vô định hình hoặc tinh thể. Trong trường hợp này, mật độ của silica vô định hình ban đầu tăng lên, trong khi mật độ của silica tinh thể giảm. Silica M không bền nhiệt và biến đổi thành thạch anh ở 930C trong 16 giờ. Mật độ của nó là 2260 kg / m 3 (đối với thủy tinh thạch anh - 2200).

3. Silica vô định hình, bao gồm sols, gel, bột và thủy tinh xốp, chủ yếu bao gồm các hạt sơ cấp có kích thước nhỏ hơn một micromet hoặc có diện tích bề mặt riêng lớn hơn 3 m 2 / g.

Silica vi định hình được tổng hợp trong điều kiện phòng thí nghiệm có thể được chia thành ba loại:

I Các giống hiển vi thu được bằng quy trình đặc biệt ở dạng lá, ruy băng và sợi.

II Các dạng vô định hình thông thường bao gồm các hạt SiO 2 hình cầu cơ bản có kích thước nhỏ hơn 100 nm, bề mặt của chúng được hình thành từ SiO 2 khan hoặc từ các nhóm SiOH. Các hạt như vậy có thể tách biệt hoặc kết nối trong một mạng lưới ba chiều: a) rời rạc hoặc cô lập (các hạt, như trường hợp sols; b) các tập hợp ba chiều được kết nối thành chuỗi bằng liên kết siloxan tại các điểm tiếp xúc, như trong gel bôi trơn; c) các tập hợp hạt ba chiều dạng khối, như được quan sát thấy trong aerogel, silica có nguồn gốc trogenic, và một số bột silica phân tán (xem Hình 1.13).

III Silica vô định hình ngậm nước trong đó tất cả hoặc gần như tất cả các nguyên tử silic được giữ bởi một hoặc nhiều nhóm hydroxyl.

Cơm. 1.13. Các hạt cơ bản của các dạng keo silic thông thường. Hình vẽ được trình bày phẳng, nhưng trên thực tế tập hợp các hạt là ba chiều: a - sol, b - gel, c - silica powder

Silica vi định hình của các vi dạng phân lớp, ruy băng và dạng sợi thu được:

1. Sự hình thành các hạt trên mặt phân cách khí - lỏng là kết quả của quá trình thủy phân SiF 4 ở trạng thái khí ở 100 hoặc sự thủy phân của hơi SiCl 4 ở 100C. Các mảnh này là các màng mỏng silica gel được hình thành trên bề mặt tiếp xúc của hơi SiF 4 phản ứng cực mạnh với các giọt nước. Đặc tính "mịn" của bột được chế biến từ SiF 4 được thể hiện ở giá trị tỷ trọng biểu kiến rất thấp của nó là 25 kg / m 3 và cũng ở "tính lưu động" của bột, tương tự như nước. Các mảnh silica gel không đều, đường kính khoảng 1 µm và dày 1/10 µm, chứa 92,86% SiO 2 và 7,14% H 2 O.

2. Hình thành silica sols bằng cách đông lạnh. Khi dung dịch keo silica hoặc axit polysilicic bị đóng băng, các tinh thể nước đá đang phát triển sẽ thay thế silica cho đến khi chất này tích tụ giữa các tinh thể băng dưới dạng sol đậm đặc. Silica như vậy sau đó sẽ polyme hóa và tạo thành một loại gel đặc. Sự tan chảy sau đó của băng tạo ra silica ở dạng các mảnh có hình dạng bất thường được hình thành giữa các bề mặt nhẵn của tinh thể băng. Bột silica được làm khô chân không chứa khoảng 10% H 2 O.

Silica phổ biến nhất ở dạng vô định hình là silica gel và thủy tinh thạch anh. Silica gel thu được bằng cách nung gel silica đến nhiệt độ không quá 1000C. Silica gel kỹ thuật sẵn sàng là những hạt rắn trong mờ có màu trắng hoặc hơi vàng. Được sử dụng rộng rãi như một chất hấp thụ độ ẩm.

Silica nóng chảy dễ dàng siêu lạnh để tạo thành thủy tinh thạch anh. Thủy tinh thạch anh dùng trong kỹ thuật là loại thủy tinh silicat một thành phần. Nó thu được bằng cách nấu chảy các loại silica tự nhiên hoặc nhân tạo có độ tinh khiết cao.

Với sự gia tăng áp suất, các phép biến đổi biến đổi cũng được thiết lập cho thủy tinh thạch anh - silica không kết tinh. Khi thủy tinh bị nén, các liên kết Si-O-Si trong nó bị uốn cong. Với sự gia tăng áp suất lên 3100-3300 MPa, một sự chuyển đổi được quan sát thấy, kèm theo sự thay đổi mạnh về mật độ (sự biến đổi của loại thứ hai). Thủy tinh được tạo ra ở áp suất này được gọi là kính suprapiezo(viết tắt S-P-glass).

Với sự gia tăng áp suất trên 9000 MPa, mật độ của silica thủy tinh lại bắt đầu tăng và ở 20000 MPa trở nên bằng 2,61. 10 3 kg / m 3, gần bằng khối lượng riêng của thạch anh, nhưng vật liệu vẫn vô định hình. Thủy tinh như vậy không thể đàn hồi trở lại thể tích ban đầu khi loại bỏ áp suất, và có thể bảo quản các đĩa mỏng bằng thủy tinh thạch anh siêu dày (đặc). Thủy tinh thạch anh nén này được gọi là cô đọng.

Đặc điểm của các biến đổi đa hình của SiO 2 được cho trong bảng 1.1.