1. Karakteristik kalium silikat cair dan analisis sumber tidak larut
Sebagai salah satu produk penting Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd., kalium silikat cair (modulus 3.10-3.40) banyak digunakan dalam pelapis berbahan dasar air anorganik, bahan pengawet lantai, perekat batang las, dan bidang lainnya karena kinerjanya yang sangat baik (seperti transparansi tampilan yang tinggi dan alkalinitas yang kuat). Namun, jika terdapat zat yang tidak larut dalam produk, hal ini tidak hanya akan mempengaruhi kualitas tampilannya, tetapi juga dapat berdampak negatif pada kinerja aplikasi hilir, seperti menyumbat nosel cat dan mengurangi keseragaman perekat. Oleh karena itu, mengurangi kandungan tidak larut merupakan kunci utama dalam meningkatkan kualitas produk.
Dilihat dari komposisi kimia dan proses produksinya, zat yang tidak larut dalam kalium silikat cair dengan modulus (M): 3,10-3,40 terutama berasal dari aspek berikut:
Pengotor bahan baku: Bahan baku utama produksi kalium silikat adalah pasir kuarsa (mengandung SiO₂), kalium hidroksida (KOH), dll. Jika pasir kuarsa mengandung mineral pengotor seperti Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO (seperti feldspar, mika, dll.), atau kalium hidroksida mengandung pengotor seperti karbonat dan sulfat, pengotor ini mungkin tidak dapat berpartisipasi penuh dalam reaksi selama peleburan suhu tinggi atau reaksi fase cair, membentuk residu yang tidak larut.
Produk reaksi tidak lengkap: Kalium silikat biasanya dibuat dengan melebur pasir kuarsa dan kalium hidroksida pada suhu tinggi (metode kering) atau reaksi fase cair dalam kondisi bertekanan (metode basah). Jika parameter proses seperti suhu reaksi, tekanan, dan waktu tidak dikontrol dengan baik, pasir kuarsa mungkin tidak larut sempurna, membentuk partikel SiO₂ yang tidak bereaksi.
Polusi proses produksi: Produk korosi (seperti oksida besi) pada dinding bagian dalam peralatan produksi (seperti reaktor dan saluran pipa), kotoran mekanis (seperti debu dan serpihan logam) yang tercampur selama pengangkutan, dan polutan di lingkungan produksi dapat menimbulkan zat yang tidak larut.
Perubahan dalam penyimpanan dan transportasi: Selama penyimpanan, jika kalium silikat cair bersentuhan dengan CO₂ di udara, karbonasi dapat terjadi untuk menghasilkan endapan K₂CO₃ dan SiO₂; selain itu, jika bahan wadah penyimpanan bereaksi secara kimia dengan produk, bahan yang tidak larut juga dapat dihasilkan.
2. Cara teknis untuk mengurangi kandungan zat tidak larut
(I) Optimalisasi bahan baku dan pretreatment
Pilih bahan baku dengan kemurnian tinggi
Pasir kuarsa: Pilih pasir kuarsa dengan kemurnian tinggi dengan kandungan SiO₂ ≥99% untuk mengurangi kandungan pengotor seperti Fe₂O₃ (≤0,01%) dan Al₂O₃ (≤0,05%). Misalnya, menghilangkan pengotor feromagnetik dalam pasir kuarsa melalui pemisahan magnetik, atau menggunakan pengawetan (seperti perlakuan asam fluorida) untuk menghilangkan oksida logam yang menempel pada permukaan.
Kalium hidroksida: Gunakan kelas satu industri (kemurnian ≥ 85%), dan kendalikan secara ketat karbonatnya (≤ 1,0% dalam hal K₂CO₃) dan sulfat (≤ 0,1% dalam hal K₂SO₄). Kalium hidroksida dapat dimurnikan lebih lanjut dengan proses rekristalisasi untuk mengurangi masuknya pengotor.
Proses pretreatment bahan baku
Penghancuran dan klasifikasi pasir kuarsa: hancurkan pasir kuarsa hingga ukuran partikel yang sesuai (seperti D90 ≤ 50μm) untuk meningkatkan area kontak reaksi. Pada saat yang sama, hilangkan partikel kasar dan mineral pengotor dengan penyaringan atau klasifikasi aliran udara untuk memastikan keseragaman ukuran partikel bahan mentah.
Optimalisasi pembubaran kalium hidroksida: Saat melarutkan kalium hidroksida, gunakan air deionisasi dan kendalikan suhu pembubaran (seperti 60-80℃) dan kecepatan pengadukan (seperti 200-300r/menit) untuk memastikan pembubaran sempurna dan menghindari sisa partikel yang tidak larut.
(II) Optimalisasi parameter proses produksi
Optimalisasi proses basah (mengambil contoh metode fase cair)
Suhu dan tekanan reaksi: Kalium silikat dengan modulus 3,10-3,40 biasanya dibuat melalui reaksi fase cair bertekanan. Penelitian telah menunjukkan bahwa ketika suhu reaksi meningkat dari 120℃ menjadi 150℃ dan tekanan meningkat dari 0,3MPa menjadi 0,6MPa, laju disolusi pasir kuarsa dapat ditingkatkan sebesar 30%-50%, sehingga secara signifikan mengurangi partikel SiO₂ yang tidak bereaksi. Disarankan untuk mengontrol suhu reaksi pada 140-150℃, mempertahankan tekanan pada 0,5-0,6MPa, dan memperpanjang waktu reaksi hingga 4-6 jam untuk memastikan pasir kuarsa larut sepenuhnya.
Rasio bahan: Kontrol secara ketat rasio molar (modulus) KOH dan SiO₂. Untuk produk dengan modulus target 3,10-3,40, rasio molar teoritis (K₂O:SiO₂) adalah 1:3,10-1:3,40. Dalam produksi sebenarnya, proporsi KOH dapat ditingkatkan secara tepat (misalnya kelebihan 5%-10%) untuk mendorong pembubaran SiO₂, namun KOH yang berlebihan harus dihindari karena menyebabkan produk menjadi terlalu basa dan meningkatkan biaya.
Intensitas dan metode pengadukan: Kombinasi pengaduk jangkar dan pengaduk turbin digunakan. Pada tahap awal reaksi (0-2 jam), kecepatan tinggi (seperti 400r/menit) digunakan untuk meningkatkan perpindahan massa. Pada tahap selanjutnya (2-6 jam), kecepatan dikurangi menjadi 200r/menit untuk menghindari pengadukan berlebihan, yang menyebabkan peningkatan konsumsi energi dan keausan peralatan serta kotoran.
Optimalisasi proses kering (metode peleburan)
Suhu dan waktu leleh: Reaksi kering memerlukan pasir kuarsa dan kalium hidroksida untuk dicairkan pada suhu tinggi (biasanya ≥300℃). Meningkatkan suhu leleh hingga 350-400℃ dan memperpanjang waktu isolasi hingga 2-3 jam dapat membuat reaksi lebih sempurna. Misalnya, pada suhu 380℃ selama 2,5 jam, tingkat konversi pasir kuarsa dapat mencapai lebih dari 98%, sehingga secara signifikan mengurangi kandungan tidak larut.
Pemilihan peralatan peleburan: Gunakan tungku peleburan yang dilapisi korundum atau kuarsa untuk mengurangi reaksi kimia antara bahan peralatan dan reaktan (seperti pelarutan besi). Pada saat yang sama, bersihkan perlengkapan pada dinding tungku secara teratur untuk menghindari penumpukan kotoran.
(III) Teknologi pemurnian dan pemisahan
Proses filtrasi
Kombinasi filtrasi multi-tahap:
Filtrasi awal: Setelah cairan reaksi didinginkan, pelat dan bingkai filter (bahan kain saring adalah polipropilena, ukuran pori 20-50μm) digunakan untuk menghilangkan pengotor partikel yang lebih besar (seperti pasir kuarsa yang tidak bereaksi, produk korosi peralatan).
Filtrasi halus: Filtrasi halus dilakukan melalui teknologi filtrasi membran (seperti membran keramik atau membran organik). Membran keramik (ukuran pori 0,1-0,5μm) dapat menahan lebih dari 99% bahan tidak larut, tahan terhadap suhu tinggi dan memiliki stabilitas kimia yang baik. Sangat cocok untuk larutan kalium silikat yang sangat basa. Misalnya, menggunakan membran keramik dengan ukuran pori 0,2μm dan penyaringan pada tekanan 0,2-0,3MPa dapat secara efektif menghilangkan partikel tidak larut berukuran mikron.
Penerapan alat bantu filter: Tambahkan alat bantu filter dalam jumlah yang sesuai (seperti tanah diatom dan perlit) sebelum penyaringan. Strukturnya yang berpori dapat menyerap partikel kecil dan meningkatkan efisiensi dan kejernihan filtrasi. Jumlah bantuan filter yang ditambahkan biasanya 0,5%-1,0% dari massa cairan umpan, dan parameter spesifiknya perlu dioptimalkan melalui eksperimen.
Pemisahan sentrifugal: Untuk larutan kalium silikat dengan viskositas rendah (seperti larutan encer dalam kisaran 34,0-37,0 derajat Baume), pemisah cakram dapat digunakan untuk pemisahan sentrifugal. Kecepatan sentrifugal dikontrol pada 3000-5000r/menit, dan waktu sentrifugal adalah 10-20 menit, yang secara efektif dapat memisahkan partikel tidak larut dengan kepadatan lebih tinggi (seperti serbuk besi dan lumpur).
Pertukaran ion dan adsorpsi:
Jika bahan yang tidak larut mengandung ion logam (seperti Fe³ , Al³ ), maka dapat dihilangkan dengan resin penukar ion. Misalnya, penggunaan resin penukar kation asam kuat (seperti resin asam stirena sulfonat) dapat mengadsorpsi kation seperti Fe³ dan Al³ dalam larutan, mengurangi kandungan pengotor logam, dan mengurangi pengendapan hidroksida akibat hidrolisis ion logam.
Adsorpsi karbon aktif: Tambahkan 0,1%-0,3% karbon aktif (luas permukaan spesifik ≥1000m²/g) ke dalam larutan, aduk dan serap selama 30-60 menit pada suhu 50-60℃, yang dapat menghilangkan pigmen, bahan organik dan beberapa ion logam serta meningkatkan transparansi larutan.
(IV) Pengendalian peralatan dan lingkungan produksi
Peningkatan material peralatan: Peralatan yang bersentuhan dengan material, seperti reaktor, saluran pipa, wadah penyimpanan, dll., terbuat dari baja tahan karat (seperti 316L), lapisan kaca atau polytetrafluoroethylene untuk menghindari terbentuknya pengotor seperti Fe² dan Fe³ akibat korosi pada baja karbon biasa. Misalnya, laju korosi baja tahan karat hanya 1/100 dari baja karbon, yang secara signifikan dapat mengurangi bahan tidak larut yang disebabkan oleh keausan peralatan.
Kontrol kebersihan lingkungan produksi: Fasilitas tahan debu (seperti sistem pemurnian udara) dipasang dalam proses batching, reaksi, filtrasi, dll., dan lapisan resin epoksi digunakan di lantai bengkel untuk mengurangi polusi debu. Operator perlu mengenakan pakaian kerja dan sarung tangan yang bebas debu untuk menghindari masuknya kotoran oleh manusia.
Pembersihan dan pemeliharaan peralatan: Tetapkan prosedur pembersihan peralatan yang ketat. Setelah setiap produksi, bilas reaktor dan pipa dengan air deionisasi untuk memastikan tidak ada sisa material. Lakukan pembersihan kimia secara teratur (seperti menggunakan larutan alkali encer atau larutan asam sitrat) pada peralatan filtrasi (seperti komponen membran) untuk mengembalikan kinerja filtrasi dan menghindari kotoran yang menghalangi lubang filter.
(V) Pengendalian proses penyimpanan dan transportasi
Pemilihan wadah penyimpanan: Gunakan tong plastik tertutup (seperti tong HDPE) atau tangki baja tahan karat untuk menyimpan cairan kalium silikat, dan hindari penggunaan wadah korosif seperti tong besi. Lingkungan penyimpanan harus sejuk dan kering, jauh dari gas asam (seperti CO₂, SO₂) untuk mencegah karbonasi produk.
Perlindungan proses pengangkutan: Kendaraan pengangkut harus bersih dan kering untuk menghindari pencampuran dengan bahan kimia lainnya. Mengambil tindakan naungan selama pengangkutan di musim panas untuk mencegah suhu tinggi menyebabkan penguapan atau kerusakan produk; perhatikan pelestarian panas di musim dingin untuk mencegah larutan membeku dan menyebabkan kerusakan struktural dan pengendapan.
Manajemen periode penyimpanan: Periode penyimpanan produk biasanya tidak lebih dari 6 bulan, dan kandungan yang tidak larut perlu diuji ulang setelah periode tersebut. Jika ditemukan endapan, dapat disaring atau dipanaskan kembali hingga larut (seperti memanaskan hingga 60-80℃ dan diaduk) sebelum digunakan.
3. Pemeriksaan kualitas dan pemantauan proses
(I) Metode dan standar inspeksi
Penentuan kandungan tidak larut: Lihat standar "Kalium Silikat Industri" GB/T 26524-2011 dan gunakan metode berat untuk penentuannya. Langkah spesifiknya adalah: ambil sampel dalam jumlah tertentu, saring dengan kertas saring kuantitatif, cuci residu dengan air panas hingga tidak ada ion kalium (uji dengan larutan natrium tetrafenilborat), keringkan hingga berat konstan, dan hitung fraksi massa zat tidak larut. Tujuannya adalah untuk mengontrol kandungan tidak larut hingga ≤0,1% (fraksi massa).
Deteksi terkait indikator lain: Secara bersamaan memantau derajat Baume produk, kepadatan, kandungan silika, kandungan kalium oksida, modulus, dan indikator lainnya untuk memastikan bahwa kinerja utama produk tidak terpengaruh sekaligus mengurangi bahan yang tidak larut. Misalnya, jika proses filtrasi menyebabkan kandungan SiO₂ menurun, hal tersebut dapat dikompensasi dengan mengatur perbandingan bahan reaksi.
(II) Sistem pemantauan proses
Pemeriksaan bahan baku yang masuk ke pabrik: Ketika setiap batch pasir kuarsa dan kalium hidroksida memasuki pabrik, kandungan pengotornya (seperti Fe₂O₃, Al₂O₃, karbonat, dll.) diuji. Bahan baku yang tidak memenuhi syarat dilarang keras untuk dimasukkan ke dalam produksi.
Pemantauan online: sensor pH, sensor suhu, dan sensor tekanan dipasang di reaktor untuk memantau proses reaksi secara real time. Ketika nilai pH atau suhu menyimpang dari kisaran yang ditetapkan, alarm otomatis dikeluarkan dan parameter proses disesuaikan.
Deteksi produk antara: Setelah reaksi selesai, sampel diambil sebelum penyaringan untuk mendeteksi kandungan yang tidak larut. Jika melebihi standar, perlu disaring ulang atau dikembalikan ke tungku untuk direaksikan. Setelah penyaringan dan sebelum pengemasan, sampel diambil kembali untuk pengujian guna memastikan bahwa produk jadi memenuhi persyaratan mutu.
4. Dasar praktis dan kelebihannya
Sebagai perusahaan yang mengkhususkan diri dalam produksi produk silikon anorganik, Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd memiliki akumulasi teknis unik dalam regulasi struktur mikro silika koloid dan silikat, yang memberikan dukungan teoretis untuk mengoptimalkan proses produksi kalium silikat cair. Lini produksi perusahaan yang ada memiliki kapasitas produksi dengan efisiensi tinggi dan dapat dengan cepat merespons kebutuhan optimalisasi proses, seperti menyesuaikan sistem pengadukan reaktor atau memperkenalkan peralatan filtrasi membran untuk mencapai kontrol yang tepat terhadap kandungan tidak larut.
Selain itu, perusahaan berfokus pada solusi produk yang disesuaikan. Dalam penelitian teknis dan pengembangan untuk mengurangi kandungan tidak larut, hal ini dapat menggabungkan kebutuhan aplikasi pelanggan yang berbeda (seperti persyaratan transparansi yang tinggi dalam industri pelapisan dan sensitivitas industri pengecoran terhadap kotoran) untuk memberikan saran penyesuaian proses yang ditargetkan. Pada saat yang sama, dengan mengandalkan berbagai skenario penerapan pasar (mencakup bidang elektronik, pakaian, pembuatan kertas, dan bidang lainnya), perusahaan dapat terus meningkatkan proses produksi melalui umpan balik hilir, membentuk siklus baik "R&D - produksi - aplikasi - optimalisasi".
