Диоксид кремния кислород заводы

Когда слышишь ?диоксид кремния кислород заводы?, первое, что приходит в голову — это огромные цеха с кипящими чанами, где из кварца получают белый порошок. Но на деле всё сложнее. Многие до сих пор путают термины: ?пирогенный? и ?осаждённый? диоксид — это два разных продукта, и процессы их получения отличаются кардинально. В первом случае — это высокотемпературный гидролоз хлорсиланов в пламени водорода, во втором — химическое осаждение из растворов. И если с осаждённым вариантом ещё можно экспериментировать в лаборатории, то с пирогенным — только на полноценном производстве, где контроль за содержанием кислорода, температурой и чистотой сырья становится критичным.

Технологические нюансы пирогенного метода

На нашем производстве, например, в ООО Шаньдун Инжуй Новые Материалы, мы используем именно пирогенный метод. Почему? Потому что он даёт более чистый продукт с контролируемой удельной поверхностью — от 50 до 400 м2/г. Но здесь же и главная головная боль: стабильность подачи кислорода. Если в потоке есть колебания давления или влажность выше нормы — частицы начинают слипаться, и вместо рыхлого белого порошка получаются комки, которые потом не разбить даже на мельнице.

Один раз на установке в Цзинане случился сбой в системе осушки кислорода — влажность подскочила до 200 ppm. В итоге партия в 2 тонны пошла в брак. Пришлось менять адсорбенты в колоннах и перестраивать график ТО. С тех пор мы ставим дублирующие датчики точки росы на каждой линии.

Кстати, про оборудование: многие пытаются экономить на горелках, но именно от их геометрии зависит, насколько равномерно пройдёт реакция. У нас стоят щелевые горелки с керамическими вставками — меньше нагара, и проще чистить. Хотя первые полгода эксплуатации постоянно были проблемы с трещинами в керамике, пока не подобрали оптимальный температурный градиент.

Сырьё и его влияние на качество диоксида

С кварцевым песком всё не так просто, как кажется. Да, основной источник кремния — но если в песке есть примеси железа или алюминия, то готовый диоксид будет с желтоватым оттенком. Для лакокрасочной промышленности это неприемлемо. Мы закупаем песок только из двух карьеров в Шаньдуне, где содержание Fe2O3 не превышает 0,01%. Но даже там бывают сюрпризы — последняя поставка пришла с повышенным содержанием глины, пришлось запускать дополнительную промывку.

Хлорсиланы — другая история. Их чистота должна быть не менее 99,9%, иначе в продукте появляются хлориды, которые потом ?вылезают? при использовании в силиконовых герметиках. Как-то раз взяли партию у нового поставщика — вроде бы по паспорту всё чисто, а в реакторе пошло повышенное пенообразование. Оказалось, в силанах были следы метилхлорсилана. Теперь каждый цистерну проверяем на хроматографе.

И да, кислород должен быть не просто техническим, а осушенным до точки росы -70°C. Иначе влага вступит в реакцию с хлорсиланами ещё до горелки, и вместо диоксида кремния получится смесь оксихлоридов. Проверено на горьком опыте.

Проблемы масштабирования: от опытной установки к заводу

Когда мы запускали первую очередь в 2018 году, думали, что перенести технологию с пилотной установки (производительность 100 кг/сутки) на промышленную (5 тонн/сутки) будет просто. Ан нет — на больших объёмах начались проблемы с теплоотводом. В маленьком реакторе температура легко контролировалась, а в большом появились локальные перегревы до 1400°C, частицы спекались, и удельная поверхность падала ниже 100 м2/г.

Пришлось перепроектировать систему охлаждения — добавили змеевики с термостатируемой жидкостью по периметру реактора. Но и это не всё: при увеличении масштаба выяснилось, что гидродинамика потока меняется кардинально. В маленьком реакторе смешение идёт ламинарно, а в большом — турбулентно, и частицы получаются более полидисперсными.

Сейчас мы вышли на стабильные 150 м2/г для марок типа Aerosil? 200, но до немецких аналогов ещё есть куда расти — у них разброс по удельной поверхности не более ±5%, а у нас пока ±15%. Работаем над этим.

Контроль качества: между ГОСТ и реальностью

По стандарту, основные параметры — это удельная поверхность, насыпная плотность и pH водной суспензии. Но в реальности этих данных недостаточно. Например, для производителей силиконовых герметиков критичен показатель ?объём водорода? — он показывает активность поверхности. Если частицы слишком спечённые, они плочно реагируют с силанами, и герметик не набирает прочность.

Мы ввели дополнительный тест на иммерсионную плотность — он лучше показывает агрегацию частиц. И ещё момент: содержание влаги. Казалось бы, мелочь — но если влаги больше 1,5%, то при транспортировке продукт слёживается. Пришлось закупать влагомеры с ИК-сенсорами для каждого технологического потока.

Самое сложное — это отслеживать стабильность от партии к партии. Вот сейчас, например, три месяца подряд идёт продукт с почти идентичными характеристиками — это результат того, что наконец-то отладили систему подачи кислорода и стабилизировали давление в магистрали.

Применение и обратная связь от клиентов

Наш диоксид кремния в основном идёт на производство покрытий и чернил — там важны тиксотропные свойства. Но был интересный случай с одним заводом в Казани: они делали силиконовые каучуки и жаловались на пузыри в готовых изделиях. Оказалось, проблема не в нашем продукте, а в том, что они неправильно подобрали силуан-связующий агент. Посоветовали им наш же продукт — силановый модификатор SZ-6030 — и пузыри исчезли.

Ещё один клиент из Новосибирска использует наш диоксид в поликетоновых смолах для антикоррозионных покрытий. Там критична дисперсность — частицы должны быть не более 20 нм, иначе покрытие получается шероховатым. Долго подбирали режим осаждения, пока не добились нужного размера.

Кстати, про хлорированный полипропилен: его мы тоже производим, и иногда клиенты спрашивают — можно ли использовать его вместе с диоксидом кремния в одних и тех же системах. В принципе, да, но нужно carefully подбирать соотношение, иначе возможна коагуляция. Мы обычно рекомендуем проводить предварительные tests в лаборатории.

Перспективы и текущие вызовы

Сейчас смотрим в сторону модифицированных марок — например, с привитыми аминогруппами для электроники. Но это требует ещё более чистого сырья и контроля на уровне ppb. Пока пробуем на опытной установке, но есть проблемы с воспроизводимостью.

Ещё одна головная боль — энергопотребление. Нагрев реактора до 1200°C съедает огромное количество газа. Планируем ставить рекуператоры, чтобы использовать тепло отходящих газов для подогрева кислорода — по расчётам, это может снизить затраты на 15-20%.

И конечно, экология. Хлористый водород, который образуется как побочный продукт, мы утилизируем в абсорбционных колоннах, получая соляную кислоту. Но её потом нужно куда-то девать — пока продаём металлургам для травления, но объёмы растут, ищем новые рынки сбыта.

В общем, работа с диоксидом кремния — это постоянный баланс между технологией, экономикой и экологией. Кажется, что процесс отлажен, но всегда находится что-то, что требует доработки. Как говорится, нет предела совершенству.