Способ получения сферических частиц двуокиси кремния Советский патент 1980 года по МПК C01B33/12 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ Изобретение относится к области производства-двуокиси кремния, в частности к способам получения ее в виде сферических частиц, применяемых в качестве катализаторов или их носителей, адсорбентов, сушильных аген тов и ионообменников. Известно получение частиц двуокиси кремния из силиката щелочного металла путем его осаждения кислотой с последующей сушкой полученного осадка 1.; Известный процесс позволяет получить порошкообразную двуокись кремни различной дисперсности благодаря вариации температуры, времени, рН и других условий осаждения. Известен способ получения сферических частиц двуокиси кремния путем смешивания растворов силиката щелочного металла и минеральной кислоты, превращения получаемого гидрозоля в капельный вид, желатинизации капелек в несмешиваемой с водой жидкости с получением гидрогельных частиц, удаления из этих частиц щелочного металла, сушки их и прокаливания .2J Известный способIоднако,не позволяет получить продукт с высокой прочностью на раздавливание (более 12 кгс/см) и достаточной водостойкости. Целью изобретения является повышение водостойкости и прочности на раздавливание в насыпном виде сферических частиц двуокиси кремния. Поставленная цель достигается описываемым способом получения сферических частиц двуокиси кремния путем смешивания водных растворов силиката щелочного металла и минеральной кислоты, превращения полученного гидрозоля в капельный вид, желатинизации капелек в несмешиваемой с водой жидкости, выпаривания из полученных частиц гидрозоля по меньшей мере 25% воды, удаления из высушенных частиц гидрогеля щелочного металла и с Последующей их дополнительной сушкой и прокаливанием. Отличие данного способа состоит в том, что частицы гидрогеля перед удалением из них щелочного металла подвергают дополнительной сушке. Технология осуществления способа по изобретению состоит в следующем. Смешивают водный раствор силиката щелочного металла, например натрия, с водным раствором минеральной кислоты, например серной, путем подачи их порознь в смесительную камеру. Смесь перемешивают и образовавшийся гидрозоль желатинизируют в жидкости, которая не смешивается с водой. Этот процесс осуществляют , например, путем выпускания гидрозоля через маленькое отверстие в дне смесительной камеры в верхнюю часть вертикальной 1;рубки, наполненной минеральным маслом. Желатинизация при этом происходит при опускании капелек гидрозоля вниз через масло. На дне трубки сфе4 рические частигцт гидрогеля попадают в воду, отделяются от воды, например фильтрованием, промываются, а затем подвергаются стадии удаления воды, которую можно проводить в том же мас ле, где происходит желатинйзация.. Удаление -воды из сферлческих частиц возможно различными способами, например: а) нагревом частиц гидрогеля до при пониженном давлении; б) нагревом частиц гидрогеля до температуры выше 100°С в потоке воздуха; в)нагревом частиц г щрогеля до температуры около 100°С при пониженном давлении с последующим нагревом ластиц д-о температуры около 500°С в потоке воздуха , г)нагревом частиц гидрогеля до температуры вьЕ-че 100°С в автоклаве п давлением , е) нагревом частиц гидрогеля в по токе воздуха или пара, После удаления путем испарения по меньшей мере 25% воды, содержащейся в частицах гидрогеля, уменьшают содержание щелочного металла в частица гидрогеля в водной среде до значений менее 1 вес.%,в расчете на сухое вещество. Удаление щелочного металла может быть легко осуществлено путем обработки частиц гидрогеля водным раствором нитрата аммония до достиже ния требуемого содержания щелочного металла. В заключении частицы гидрогеля вы сушивают и прокаливают, например, пу тем нагрева частиц в течение опреде ленного времени до температуры 100200 и 450-550С соответственно. Согласно изобретению возможно вв дение в частицы двуокиси кремния на полнителя, например глинозема, с цел увеличения пористости конечных част двуокиси кремния/ а также для сниже ния их стоимости. Введение наполнит ля в частицы двуокиси кремния может быть легко осуществлено путем добав ния наполнителя к водному раствору силиката щелочного металла и/или к водному раствору кислоты, смешением которых получен гидрозоль. Примерам пригодных наполнителей являются као лин, монтмориллонит, бентонит, осаж денные кремнеземистые наполнители, глины, цеолиты и аморфные осажденные алюмосиликаты.. Поскольку присутствие наполнителя в конечных частицах двуокиси кремния может в определенной мере снижать их прочность на раздавливание в насыпном виде, то его количество нецелесообразно увеличивать более 25% в гидрозоле от содержания в нем двуокиси кремния. Данный способ позволяет таким образом повысить водостойкость сферических частиц двуокиси кремния в 2-3 раза по сравнению с известным продуктом и увеличить прочность их на раздавливание до максимального значения, которое может быть измерено существующими методами определения этой характеристики . Пример 1. Водный раствор натриевого жидкого стекла, содержащий 12 вес. % SiO, с молярным соотношением , 3 длительно перемешивают в смесительной камере с водным 1,2 н. раствором серной кислоты при объемном отношении раствор кислоты: раствор жидкого стекла 0,75, Смесь оставляют на несколько секунд в смесительной камере, после чего полученный гидрозоль превращают в капельки, которые подают в вертикальную цилиндрическую трубку длиной 1,8 м, наполненную парафиновым маслом с температурой 25С и осуществляют при падении в трубке их желатинизацию. Образующиеся сферические частицы гидрогеля на дне трубки подают при падении их в воду с температурой 25°С, из которой их отделяют фильтрованием, затем промывают водой. Полученные частицы гидрогеля анализируют на содержание влаги путем их нагревания в течение от комнатной температуры до 600°С. Часть полученных частиц с содержанием влаги 90 вес,% далее сушат в течение 2 ч при и пониженном давлении до снижения в них влаги до 18 вес,%, после этого частицы обрабатывают водным раствором нитрата аммония, высушивают их в течение 2 ч при 100с и прокаливают при 500С в течение 3 ч. Полученные сферические частицы имеют водостойкость 95% и прочность на раздавливание в насыпном виде более 16,7 кгс/см. Пример 2. Процесс осуществляют аналогично примеру 1, но при условии сушки частиц перед обработкой их нитратом .аммония при 120°С в токе воздуха в течение 3 ч. Полученные сферические частицы имеют водостойкость 93% и прочность на раздавливание более 16,7 кгс/см. Пример 3, Процесс осуществляют аналогично примеру 1, но при условии их зермообработки перед обработкой нитратом аммония путем сушки в течение 2 ч при и пониженном давлении с последующим прокаливанием в течение 3 ч при в потоке воздуха до снижения в них влаги до 3 вес.%.

Свойства получаемых частиц аналогичны описанным в примере 1.

Пример 4, Процесс осуществляют по примеру 1, но при условии удаления из частиц воды путем их контактирования с парафиновым углеводным маслом в течение б ч при до содержания 12 вес.% влаги.

Полученные сферические частицы имеют водостойкость 96% и прочность на раздавливание более 16,7 кгс/см .

Пример 5. Процесс осуществляют по примеру 1, но при нагревании частиц в течение 4 ч в автоклаве при под давлением до снижения в них воды до 60 вес.% с последующей их обработкой гидратом окиси алюминия,

Водостойкость полученных сферических частиц - 98% и прочность на раздавливание в насыпном виде - более 16 , 7 кгс/см .

Процесс осуществляют по примеру 1, но при условии введения в водный раствор натриевого жидкого стекла 12 г порошкового каолинового наполнителя в расчете на 1 л раствора.

Конечные сферические частицы имеют водостойкость 91% и прочность на раздавливание более 15 кгс/см .

Оптимальность предлагаемых условий получения сферических частиц двуокими кремния определяется следующим обоснованием.

При удалении воды из частиц гидрогеля перед снижением в них щелочного металла по изобретению,например, (ДО 67%, но не путем выпаривания, или при удалении воды выпариванием, но до величины меньшей (v20%), чем по изоретению, показатели водостойкости, и прочности полученных сферических

частиц значительно ниже, чем частиц, полученных по изобретению и описанных IB примерах ,н составляет 43 % и SKrc/cf fi50% и 8 кгс/см соответственно.

Высокая водостойкость и прочность на раздавливание в насыпном виде предложенных сферических частиц двуокиси кремния значительно расширяют область ее применения в каталитической технике. Они могут применяться в качестве

0 катализаторов в различных процессах химической и нефтеперерабатывающей промышленности, особенно в качестве носителей катализаторов при гидродеметаллизации тяжелых минеральных масел и при эпоксидировании органичес5кой гидроперекисью ненасыщенных соединений с этиленовой связью.

Формула изобретения

20

Способ получения сферических частиц двуокиси кремния, включающий смешивание водных растворов силиката щелочного металла и минеральной кислоты, превргщение полученного гидрозоля в капельный вид, желатинизацию капелек в несме1-1иваемой с водой жидкости, удаление из полученных частиц гидрогеля щелочного металла, сушку их и прокаливание, отличающийся тем, что, с целью повышения водостойкости и прочности на раздавливание в насыпном виде целевого продукта, из частиц гидрогеля перед

3 удалением из них щелочного металла выпаривают по меньшей мере 25% воды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

40

1.Дилер Р.К, Коллоидная кремнезема и силикатов. М., издат, 1959, с. 137-141.

2.Патент США № 2386810, г кл. 252-45.1, опублик. 1915.