СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО ДИОКСИДА КРЕМНИЯ Российский патент 1994 года по МПК C01B33/18 

Изобретение относится к способам получения высокодисперсного диоксида кремния, применяемого в качестве минерального наполнителя в шинной, резинотехнической и других отраслях промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по техничепской сущности и достигаемому результату является способ получения высокодисперсного диоксида кремния путем распыления гексафторкремниевой кислоты или смеси ее со фторидом аммония в поток аммиачной воды при значении критерия Вебера W_e = (0,005-2) ˙ 10⁴.

Целью предлагаемого изобретения является сокращение времени проведения процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения высокодисперсного диоксида кремния, включающем смешение гексафторкремниевого раствора с аммиачной водой при распылении при величине кретерия Вебера, равной (0,005-2) ˙ 10⁴, перемешивание полученной суспензии, фильтрацию, промывку и сушку осадка, смешение гексафторкремниевого раствора с аммиачной водой осуществляют в две ступени, причем на первой ступени с гексафторкремниевым раствором смешивают 55-80% аммиачной воды от общего ее количества, полученную суспензию выдерживают 20-30 мин для первичного созревания и охлаждения до температуры 25-30^оС, а затем смешивают ее с оставшимся количеством аммиачной воды.

В качестве гексафторкремниевого раствора используют гексафторкремниевую кислоту концентрацией 15-28 мас.% или смесь растворов гексафторсиликата и фторида аммония состава, мас.%: (NH₄)₂SiF₆ 12-18, NH₄F 3-7.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются:
двухстадийное смешение гексафторкремниевого раствора с аммиачной водой в режиме распыления при величине критерия Вебера, равной (0,005-2) 10⁴;
количество аммиачной воды, подаваемое на 1 стадию, равно 55-80% от общего его количества;
временной интервал выдерживания суспензии, полученной на 1 стадии, равен 20-30 мин, и ее конечная температура на 1 стадии 25-30^оС; осуществление 2 стадии смешения гексафторкремниевого раствора с оставшейся аммиачной водой также в режиме распыления при величине критерия Вебера на уровне известного значения на 1 стадии.

Сущность изобретения заключается в следующем. Гексафторкремниевую кислоту концентрацией 15-28 мас.% или раствор гексафторсиликата аммония состава, мас.%: (NH₄)₂SiF₆ 12-18; NH₄F 3-7, имеющий температуру 10-60^оС, распыляют в поток аммиачной воды при значении критерия Вебера W_e = (0,005-2) ˙ 10⁴, причем на 1 ступени количество аммиачной воды берут в интервале 55-80% от общего ее количества, полученную суспензию, имеющую рН 7,8-8,1 и температуру 52-58^оС, выдерживают 20-30 мин до первичного созревания и охлаждения до 25-30^оС, далее ее повторно распыляют в поток оставшейся аммиачной воды при той же величине критерия Вебера. Далее осадок фильтруют, отмывают и сушат известными приемами. В результате получают продукт, имеющий на стадии фильтрации коэффициент фильтрации 1,35-2,72x x10^-5 и удельную поверхность 150-250 м²/г, что соответствует съему 12-24 кг/м² ч продукта, т.е. производительность процесса фильтрации увеличивается в 2-4 раза. Осуществление процесса гидролиза гексафторкремниевого раствора в две ступени позволяет регулировать образование первичных частиц SiO₂, и дальнейшее их превращение так, чтобы обеспечивалась оптимальная упаковка агрегатов частиц, обладающих невысокой плотностью и хорошей проницаемостью по отношению к воде. В предлагаемом способе структурирующему влиянию раствора аммиачной воды подвергается суспензия, в меньшей степени приближенная к равновесному состоянию и поэтому более чувствительная к управлению процессом упаковки частиц или их агрегатов.

Оптимальное количество аммиачной воды, подаваемой на 1 ступень смешения, и равное 55-80% от общего количества аммиачной воды, найдено экспериментально. Отклонение от данного интервала в ту или иную сторону не позволяет достичь цели изобретения, т.е. сокращения времени фильтрации. Применение гексафторкремниевого раствора с концентрацией менее 15% H₂SiF₆ или менее 12% по (NH₄)₂SiF₆ нежелательно, поскольку приводит к последующему сильному разбавлению маточного раствора фторида аммония и снижению удельной поверхности продукта. Повышение концентрации выше заявленных пределов также нецелесообразно, поскольку сильно увеличивается вязкость, суспензии на 1 ступени, и ее трудно перекачивать и подавать в эжекторный смеситель для осуществления 2 стадии нейтрализации. Временной интервал между двумя ступенями осаждения и температурный интервал суспензии определены также экспериментально и обеспечивают наилучшим образом достижение цели изобретения. Выход за вышеуказанные пределы или неоправданно замедляет процесс гидролиза гексафторкремниевого раствора, или не приводит к получению SiO₂, обладающего высокими фильтрационными характеристиками. Осуществление 2 ступени осаждения без применения эжекторного смесителя, например просто в реакторе, нецелесообразно, поскольку снижается степень равномерного распределения и доступа ионов гидроксила к поверхности гелеобразного SiO₂, что в конечном итоге способствует ухудшению фильтрационных характеристик SiO₂.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами.

П р и м е р 1. Раствор гексафторкремниевой кислоты, имеющий концентрацию 15 мас.% и температуру 35^оС, в количестве 280 мл распыляют в поток аммиачной воды, взятой в количестве 55% от общей массы аммиачной воды - 95 мл. Полученную на 1 ступени суспензию выдерживают при интенсивном перемешивании 20 мин, при этом температура ее изменяется от 58 до 25^оС, далее полученную суспензию подают на 2 ступень осаждения, распылителем, причем ее вводят в оставшееся от общего количества аммиачной воды, равное 87 мл. Далее суспензию выдерживают при перемешивании 5-20 мин и фильтруют на воронке Бюхнера под разрежением, контролируя величину разрежения, толщину и площадь осадка, время отмывки и фильтрации. Коэффициент фильтрации определяют по формуле Дарси. В результате получают гель, имеющий на стадии фильтрации при отмывке коэффициент фильтрации 2,19 ˙ 10^-5 см/с, после сушки удельную поверхность - 179 м²/г и насыпную плотность - 141 г/л. Последовательность операций в опытах 2-13 была аналогичной опыту 1, различие состояло в изменении количества исходных реагентов и параметров процесса, играющих существенную роль в достижении цели изобретения.

Условия, результаты сведены в таблицу. Здесь же приведены условия осуществления процесса по прототипу. Как видно из таблицы, в предлагаемом способе коэффициент фильтрации геля SiO₂ изменяется в интервале 1,35-2,72 ˙ 10^-5 см/с, что позволит соответственно увеличить съем с 1 м² фильтровальной ткани на стадии фильтрации продукта, тем самым существенно увеличивая производительность процесса в целом.

Использование: в шинной, резинотехнической, получений кремнеземных наполнителей. Сущность изобретения: раствор гексафторкремниевой кислоты концентрацией 15 - 28% распыляют в 55 - 80% от общего количества аммиачной воды в потоке при значении критерия Вебера (0,005-2)·10⁴ , полученную суспензию при перемешивании выдерживают 20 - 30 мин для охлаждения до 25 - 30°С и подают на 2 ступень осаждения распылением в оставшееся количество аммиачной воды. Затем суспензию выдерживают при перемешивании 20 - 30 мин, фильтруют под разрежением, промывают, сушат полученный осадок. Коэффициент фильтрации (1,35-2,72)·10^-5см/с , удельная поверхность 179-250 м²/г , насыпная плотность 114 - 217 г/л. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО ДИОКСИДА КРЕМНИЯ, включающий смешение раствора гексафторкремниевой кислоты или раствора, содержащего фторид аммония и гексафторсиликатный анион, с аммиачной водой при распылении при величине критерия Вебера (0,005 - 2) · 10⁴, перемешивание полученной суспензии, фильтрацию, промывку и сушку осадка, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени проведения процесса, смешение осуществляют в две стадии, на первую стадию подают 55 - 80 мас.% аммиачной воды от общего ее количества, полученную суспензию выдерживают 20 - 30 мин до достижения ее температуры 25 - 30^oС и затем вводят остальное количество аммиачной воды. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют 15 - 28 мас.%-ную гексафторкремниевую кислоту или раствор, содержащий 3 - 7 мас.% фторида аммония и 12 - 18 мас.% гексафторсиликата аммония.