در این مقاله به یکی از روشهای نوین برای تولید سیلیکات سدیم توسط ماسه سیلیسی و سود سوزآور در راکتور شیمیایی میپردازیم. طی این واکنش جریان بخار با دمای بسیار بالا، فرایند پودر شدن، فرایند ترکیب، گرمایش و واکنش شیمیایی بر روی مواد موجود انجام می شود و در نتیجه سیلیکات سدیم خالص تولید می شود. این روش تولید دارای تکنولوژی ساده و زمان واکنش کوتاه است و محصول آن سیلیکات سدیم پودری است.
مراحل ابتدایی تولید سیلیکات یا آب شیشه
روش تولید آب شیشه عمدتاً شامل دو نوع است: روش خشک و روش مرطوب. روش خشک به این صورت است که مواد خام با خاکستر سودا (یا سولفات سدیم و کربن پودری) و ماسه سیلیس از طریق هم جوشی در دمای بالا، سیلیکات سدیم جامد تولید می شود. مجدداً از طریق پودر کردن، حل کردن، شفاف کردن میتوان آب شیشه یا سدیم سیلیکات مایع تولید کرد. روش مرطوب، ماسه سیلیسی است که زودتر پودر می شود و با هم واکنش فشاری را با سود سوزآور مایع تشدید می کند و سپس سیلیکات سدیم مایع تولید می کند. تولید آب شیشه نیاز به انجام در دمای بالا (1300-1500 ℃)، و مصرف انرژی زیادی است.
تولید سیلیکات سدیم به روش مرطوب
در تولید آب شیشه به روش مرطوب، نسبت سدیم سیلیکون محصول کمتر و زمان واکنش طولانی تر است. در یک روش تولید ژاپنی سیلیکات سدیم قبل از استفاده از روش مرطوب ماسه سیلیس و سود سوزآور زودتر ترکیب شده و در آسیاب گلوله ای قرار می گیرد و پودر می شود. می توان نسبت سدیم سیلیکون محصول را اینگونه بهبود بخشید. این روش تولید ژاپنی شامل ترکیب اولیه، حرارت دادن، دو مرحله از واکنش شیمیایی میشود که مصرف انرژی بیشتر و زمان واکنش طولانی تری خواهد داشت.
روش تولید آب شیشه در بستر شن
در این روش ترکیب SiO در راکتور با شن کوارتز و NaOH۲ روی بستر شن قرار داده می شود، دمای 170-200 درجه سانتیگراد را حفظ می کند، حدود 200 درجه سانتیگراد از 10 کیلوگرم بر سانتی متر تغذیه شده، سپس بخار اشباع شده را ایجاد و در نهایت آب شیشه را تهیه می کند. مواردی که در تولید آب شیشه در بستر شن باید رعایت شوند:
- ماسه کوارتز و NaOH باید از قبل پودر شوند، مخلوط و سپس در راکتور قرار داده شوند.
- تغذیه بخار اشباع فقط آب و گرما را برای ماسه کوارتز فراهم می کند و NaOH واکنش شیمیایی را انجام می دهد و مواد در راکتور فرآیند خرد شدن را ندارند.
تولید سدیم سیلیکات با محلول NaOH
در این روش تولید SiO۲ با محلول NaOH در راکتور ترکیب میشود. بخار اشباع (پوسته 7-15) این دما را تغذیه و آب شیشه در دمای 150-250 درجه سانتیگراد تولید میشود. در این روش:
- SiO نیاز به پودر شدن قبل از ترکیب و قرار گرفتن در راکتور دارد، NaOH در این روش محلول آبی است.
- تغذیه بخار اشباع در SiO۲ واکنش آب و گرما را با NaOH فراهم می کند، حرکت و چرخش مواد در راکتور باعث پودر شدن مواد میشود.
هدف از این روش تولید سیلیکات سدیم ارائه نوعی فناوری جدید و زمان واکنش کوتاهتر است و محصول بدست آمده سیلیکات سدیم پودری خواهد بود. ویژگی این روش تولید در این است که بخار با دمای بسیار بالا جریان هوای فراصوتی را در راکتور متحرک تشکیل می دهد، در نتیجه مواد با سرعت بالا حرکت و در اثر برخورد با یکدیگر ساییده می شوند. بخار با دمای بسیار بالا انرژی لازم و آب را به طور همزمان فراهم کرده و محصول طی فرایند های پودر شدن، ترکیب، حرارت دهی و واکنش شیمیایی تولید میشود.
فرایند بدست آوردن محصول یا پودر کوسیلیکات در راکتور
با توجه به شکل، راکتور متحرک مورد استفاده این روش تولید دارای سه دریچه است که در آن دو ورودی به ترتیب برای ورودی [1] و دریچه تخلیه [3] و ورودی [2] وجود دارد. نازل [5] در محفظه [4] قرار دارد که راکتور روی دیواره محفظه عمل میکند. در حین کار، بخار آب با فشار معینی از ورودی به راکتور فرستاده می شود [2]. هوا در راکتور جریان می یابد و توسط نازل [5] به محفظه واکنش [4] ورود میشود. این جریان هوا میتواند تا صد ها کیلومتر در ثانیه تشکیل شود. در ورودی هوا [1]، سیلیس و سود سوزآور به طور مداوم و برابر به محفظه واکنش [4] تغذیه میشود. سیلیس و سود سوزآور به طور همزمان تحت تأثیر جریان هوا، با حرکت با سرعت بالا، با برخورد به یکدیگر و گذراندن مراحل تولید، آب شیشه پودری تولید و از دریچه تخلیه خارج می شود [3]. با توجه به تفاوت روش جداسازی و جمع آوری، می توان سیلیکات سدیم یا آب شیشه پودری یا محلول مایع را به دست آورد.
ویژگی های شیمیایی کوسیلیکات تولید شده
قطر ذرات شارژ شن و ماسه سیلیس و سود سوزآور 200-100 است. نسبت مصرف این مواد اولیه برای تولید نسبت استوکیومتری مورد نیاز آب شیشه تعیین میشود که در آن دی اکسید سیلیکون (SiO 2) 100 بخش وزنی، اکسید سدیم (Na۲O) 10 تا 33.6 بخش وزنی میباشد. فشار بخار فوق گرم 6 تا 30kgf/ سانتی متر مکعب با فشار مناسب میباشد. روش جداسازی و جمع آوری شده، روشی است که در ساخت مواد شیمیایی به عنوان جدا کننده سیکلونی شناخته میشود.
ماده اولیه مورد استفاده در این اختراع عمدتاً کانی های مختلف و سود سوزآور است که سرشار از اکسید سیلیکون هایی مانند ماسه سیلیس، سیلیس، کارکلازیت، دیاتومیت، همچنین سایر قلیایی های سوز آور است. قلیایی های سوز آور شامل اکسید فلز قلیایی و مخلوط های بین آنها مانند هیدروکسید پتاسیم، محصولات به دست آمده از آن، سیلیکات پتاسیم و غیره میباشد.
مقایسه این روش تولید سیلیکات با دیگر روش ها
در مقایسه با روشهای قبلی، تفاوت این روش را میتوان به موارد زیر خلاصه کرد:
- ذرات شن سیلیس پودری نازک هستند و قطر آنها می تواند به زیر چندین میکرون برسد، و باتوجه به سطح بزرگ ذرات سود سوزآور منجر به واکنش و تولید متاسیلیکات سدیم می شود.
- هوا با سرعت جریان بسیار بالا باعث می شود مواد تحرک شدیدی داشته باشند، تا حد زیاد که تولید متاسیلیکات سدیم را بهبود میبخشند.
- این روش فرآیند صنعتی سادهای دارد و طی چندین مرحله پودر شدن، ترکیب، حرارت دهی و واکنش شیمیایی میتوان سیلیکات را تولید کرد.
- کاربرد صنعتی این روش تولید راحت است، فقط نیاز به پوتئاتر در خط تولید موجود دارد که فقط می توانید با راکتور شیمیایی جایگزین شود.
- از این روش میتوان سدیم سیلیکات پودری و محلول مایع سیلیکات ( چسب سیلیکات) تولید کرد.