Получение диоксида кремния

Когда говорят о получении диоксида кремния, многие представляют банальное прокаливание кварца или осаждение из растворов, но на практике даже выбор метода гидролиза тетрахлорида кремния зависит от того, нужен ли вам аэросил для полимеров или механоактивированный порошок для адсорбентов. В нашей линейке на производстве в Шаньдун Инжуй мы изначально допустили ошибку, пытаясь унифицировать процесс для всех марок — пришлось перестраивать систему газоподачи после того, как треть партии осела в реакторе комками.

Технологические нюансы пирогенного метода

Пирогенный диоксид кремния, который мы выпускаем для покрытий, требует контроля размера частиц на уровне 7-40 нм, но здесь есть тонкость: если переборщить с температурой в горелке, вместо сферических частиц получаешь агломераты с плотностью до 150 г/л. Как-то раз пришлось забраковать целую тонну из-за того, что термопара в зоне реакции дала сбой всего на 20 градусов — визуально порошок был нормальным, но при диспергировании в эпоксидной смоле давал комкование.

Интересно, что некоторые конкуренты до сих пор используют устаревшие схемы с подачей водорода в пламя, хотя наши испытания показали, что метан-кислородные смеси дают более стабильный BET 380-400 м2/г. Правда, при переходе на метан пришлось модернизировать скрубберы — хлористый водород выедал уплотнения за два месяца.

Сейчас для европейских заказчиков мы делаем упор на низкое содержание тяжелых металлов (менее 10 ppm), и это потребовало установки дополнительных фильтров на линии очистки исходного тетрахлорида. Кстати, именно после этого мы стали сотрудничать с ООО Шаньдун Инжуй Новые Материалы — их лаборатория подсказала схему многоступенчатой адсорбции на модифицированных цеолитах.

Проблемы контроля качества в реальном производстве

Ни одна спецификация не предупредит вас, что летом влажность в цехе может изменить скорость гидролиза на 15%. Мы эмпирически вывели формулу коррекции расхода пара, но до этого три партии подряд шли в переработку из-за превышения по свободной влаге. Сейчас на сайте https://www.sdyingrui.ru мы указываем параметры для стандартных условий, но в коммерческих предложениях всегда добавляем примечание про сезонную корректировку.

Самое сложное — это не само получение диоксида кремния, а сохранение дисперсности при упаковке. Мешковые фильтры приходится менять каждые 200 тонн, иначе начинается переуплотнение верхнего слоя. Один раз пришлось разбирать всю линию фасовки из-за того, что новый поставщик полипропиленовых мешков дал материал с электростатикой — порошок буквально прилипал к стенкам силоса.

В прошлом месяце мы проводили сравнительные испытания с немецкими аналогами — наш продукт показал лучшую диспергируемость в полиуретановых системах, но уступил в прозрачности для силиконовых герметиков. Видимо, дело в остаточном содержании хлоридов — сейчас экспериментируем с промывкой в псевдоожиженном слое.

Адаптация продукции под конкретные применения

Для чернильных составов требуется особая морфология частиц — не просто высокая удельная поверхность, а определенное соотношение пор размером 2-5 нм. Мы трижды переделывали систему охлаждения зоны реакции, чтобы добиться нужной структуры. Кстати, именно после этого к нам обратились из корейской компании с запросом на пробную партию 50 кг — сейчас это переросло в постоянный контракт на 2 тонны в месяц.

При работе с альдегидными смолами оказалось, что наш диоксид кремния дает нежелательную тиксотропию, если не выдержать pH на уровне 6.8-7.2. Пришлось разрабатывать отдельную модификацию с присадками — сейчас она идет под индексом AR-07 и составляет около 15% нашего экспорта в страны СНГ.

Любопытный случай был с поставкой для кабельных покрытий: заказчик жаловался на пузырение при экструзии. Оказалось, проблема не в основном составе, а в том, что мы использовали полиэтиленовые мешки с антистатиком — его следы мигрировали в порошок. Перешли на биаксиально-ориентированный полипропилен и больше нареканий не было.

Экономика процесса и оптимизация

Себестоимость получения диоксида кремния пирогенным методом на 60% определяется стоимостью электроэнергии. После установки рекуператоров на линии охлаждения нам удалось снизить энергопотребление на 18%, но это потребовало пересмотра всей схемы теплообмена. Кстати, эти наработки теперь используются и в производстве силановых связующих агентов на том же предприятии.

С транспортировкой всегда сложности — обычные контейнеры не подходят из-за риска уплотнения. Пришлось разрабатывать специальные бины с мембранными вибраторами. Зато после этого смогли выйти на рынок Южной Америки, где раньше теряли до 40% продукции при разгрузке.

Сейчас тестируем систему аэрации при разгрузке — предварительные данные показывают, что можно сохранить насыпную плотность в пределах 50 г/л даже после месячной транспортировки морским путем. Если все подтвердится, сможем предлагать более выгодные условия для удаленных регионов.

Перспективы и текущие вызовы

Сейчас основной тренд — это получение диоксида кремния с заданной пористостью под конкретные полимерные матрицы. Мы в Шаньдун Инжуй Новые Материалы уже запустили пилотную линию по производству мезопористых модификаций, но столкнулись с проблемой воспроизводимости — каждая пятая партия идет со значительным отклонением по распределению пор.

Намечается интересное направление с хлорированным полипропиленом — там требуется особая чистота поверхности частиц. Пока добиваемся стабильности по содержанию ионов железа — последние испытания показали, что даже 0.001% Fe приводит к пожелтению композита после УФ-воздействия.

Из последних наработок — научились получать гидрофобные марки без использования органосиланов, за счет контролируемого спекания поверхности. Пока выходит дороже традиционного метода, но зато нет проблем с миграцией модификатора. Как показала практика, для медицинских применений это критически важно.