Способ получения осажденного диоксида кремния, включающий этап сильного уплотнения

Настоящее изобретение относится к способу получения осажденного диоксида кремния. Способ получения включает осуществление реакции силиката с подкисляющим средством с получением суспензии осажденного диоксида кремния с последующим этапом разделения с получением осадка и последующим этапом высушивания указанного осадка. Между этапом разделения и этапом высушивания осуществляют этап уплотнения осадка при давлении более 10 бар и менее 45 бар. Изобретение обеспечивает экономичность процесса и повышение производительности. 10 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Настоящее изобретение относится к улучшенному способу получения осажденного диоксида кремния.

Известно применение осажденного диоксида кремния в качестве подложки катализатора, абсорбента для активных материалов (в частности, носителя для жидкости, например, применяемой в пище, такой как витамины (в частности витамин E), холин хлорид), средства, повышающего вязкость, структурообразующего средства или средства против комкования, элемента разделителя для батарей и в качестве добавки для зубной пасты или бумаги.

Осажденный диоксид кремния можно также применять в качестве усиливающего наполнителя в силиконовых матрицах (например, для покрытия электрокабелей) или в композициях на основе природного или синтетического полимера(-ов), в частности эластомера(-ов), в частности диеновых эластомеров, например, для обувных подошв, напольных покрытий, газовых барьеров, негорючих материалов, а также технических деталей, таких как ролики для фуникулеров, изоляции для бытовых электроприборов, изоляции для трубопроводов для жидкостей или газов, уплотнения для тормозных систем, оболочки, кабели и приводные ремни.

Осажденный диоксид кремния, в частности, долгое время применяли в качестве усиливающего светлого наполнителя в эластомерах и в частности в покрышках.

Осажденный диоксид кремния главным образом получают путем реакции осаждения между силикатом, в частности силикатом щелочного металла, и подкисляющим средством с последующим этапом разделения посредством фильтрации с получением осадка на фильтре и, как правило, с последующим этапом промывки указанного осадка, после чего следует необязательный этап дробления указанного осадка на фильтре, а также этап высушивания указанного осадка, например, путем распыления.

В способах из уровня техники потребление энергии является высоким. Высушивание представляет собой основной источник потребления энергии и, таким образом, составляет довольно высокую стоимость.

Таким образом, существует необходимость снижения потребления энергии и таким образом, например, в контексте операции высушивания.

Таким образом, одной из целей настоящего изобретения является обеспечение способа получения осажденного диоксида кремния, который позволяет ограничить затраты энергии, в частности, на высушивание.

Одна из целей настоящего изобретения заключается в обеспечении способа получения осажденного диоксида кремния, который позволяет ограничить значения времени высушивания.

Одной из целей настоящего изобретения в частности является обеспечение способа, альтернативного известным способам получения осажденного диоксида кремния, который является экономичным и простым в осуществлении.

Одна из целей настоящего изобретения предпочтительно заключается в обеспечении способа, который позволяет снизить потребление энергии в ходе высушивания, в частности относительно способов из уровня техники, причем, как правило, по меньшей мере на примерно 15%, в частности по меньшей мере на примерно 20%, например по меньшей мере на примерно 25%.

Одна из целей настоящего изобретения предпочтительно заключается в обеспечении способа, который позволяет повысить производительность способа получения осажденного диоксида кремния, в частности в ходе этапа высушивания, в частности относительно способов из уровня техники, как правило, по меньшей мере на примерно 20%, в частности по меньшей мере на примерно 25%, например по меньшей мере на примерно 30%.

Настоящее изобретение, таким образом, относится к способу получения осажденного диоксида кремния, включающему реакцию силиката с подкисляющим средством с получением суспензии осажденного диоксида кремния с последующим этапом разделения с получением осадка и последующим этапом высушивания указанного осадка, и при этом в способе между этапом разделения и этапом высушивания осуществляют этап уплотнения указанного осадка при давлении более 10 бар.

В частности, способ согласно настоящему изобретению, таким образом, включает следующие этапы, на которых:

- по меньшей мере один силикат реагирует (реакция осаждения) с по меньшей мере одним подкисляющим средством таким образом, чтобы получить суспензию осажденного диоксида кремния,

- осуществляют этап отделения твердой фазы от жидкой, более конкретно этап фильтрации с получением твердого продукта, также называемого "осадком на фильтре",

- указанный осадок на фильтре подвергают этапу уплотнения при давлении более 10 бар, и

- уплотненный осадок, полученный таким образом, высушивают.

Характерный этап способа по настоящему изобретению, взятый в комбинации с другими этапами указанного способа, заключается в этапе уплотнения под высоким давлением, который позволяет удалить значительное количество воды из полученного осадка в конце этапов осаждения и разделения.

Такая операция уплотнения под высоким давлением в комбинации с другими этапами способа затем позволяет повысить содержание сухого вещества продукта перед этапом высушивания. Продукт, который затем подвергается высушиванию, содержит меньше воды, что способствует экономии энергии для последующего этапа высушивания.

Осуществление способа согласно настоящему изобретению позволяет в частности снизить потребление энергии и повысить производительность, в общем, по меньшей мере на примерно 20%, предпочтительно по меньшей мере на примерно 25%, например по меньшей мере на примерно 35%, относительно способов из уровня техники, преимущественно при отсутствии ухудшения свойств полученного осажденного диоксида кремния, в частности его степени дисперсности, в частности в эластомерах.

Этап уплотнения осадка на фильтре в частности позволяет удалить воду. Чем больше осадок на фильтре уплотняют, тем больше воды удаляют, и, таким образом, тем больше повышается содержание сухого вещества указанного осадка.

Это может осуществляться с применением методов, известных специалисту в данной области техники. Это преимущественно выполняют на фильтре, оснащенном средствами уплотнения, при этом уплотняющее давление является относительно высоким. Это могут выполнять в конце фильтрации, после или под конец необязательного этапа промывки, например, на фильтр-прессе за счет набухания мембран мембранных пластин.

В способе согласно настоящему изобретению этап уплотнения осуществляют при давлении более 10 бар, предпочтительно при давлении по меньшей мере 20 бар.

Согласно одному варианту осуществления способа по настоящему изобретению этап уплотнения выполняют при давлении более 10 бар и менее 60 бар, предпочтительно от 15 до 45 бар, в частности от 20 до 45 бар, в частности от 20 до 35 бар.

Преимущественно данный этап выполняют при уплотняющем давлении от 20 до 30 бар. Например, давление может составлять примерно 25 бар.

В контексте способа по настоящему изобретению, как правило, предпочтительно осуществлять данный этап уплотнения при давлении не более 45 бар, в частности не более 35 бар. Фактически, при слишком высоком давлении, осадок на фильтре может ухудшиться и, следовательно, не будет приводить к частицам осажденного диоксида кремния удовлетворительного качества.

Этап уплотнения могут необязательно осуществлять на том же фильтре, который применяли в ходе этапа фильтрации. Этап фильтрации, необязательный этап промывки и этап уплотнения в некоторых случаях могут находиться в составе одного этапа разделения, включающего фильтрацию, необязательную промывку (например, с применением воды) и сильное окончательное уплотнение на фильтре, оснащенном уплотняющими средствами, таком как фильтр-пресс.

В общем, продолжительность этапа уплотнения при указанном давлении составляет по меньшей мере 200 секунд, предпочтительно от 300 до 600 секунд.

Предпочтительно, продукт, полученный в конце этапа уплотнения, имеет уровень сухого вещества (или степень сухости, или уровень твердой фазы) по меньшей мере 25 вес.%, в частности от 25 до 40 вес.%, например от 25 до 35 вес.%.

Преимущественно, продукт полученный в конце этапа уплотнения, имеет уровень сухого вещества по меньшей мере 28 вес.%, в частности от 28 до 35 вес.%, например от 28 до 32 вес.%. Данный уровень сухого вещества может составлять по меньшей мере 29 вес.%, в частности, по меньшей мере 30 вес.%, в частности от 29 до 35 вес.%, например от 29 до 32 вес.%.

Способ согласно настоящему изобретению относится к способу синтеза осажденного диоксида кремния, то есть сначала осуществляют этап осаждения, на котором по меньшей мере одно подкисляющее средство реагирует с по меньшей мере одним силикатом, без ограничения конкретным типом осажденного диоксида кремния.

Способ согласно настоящему изобретению может осуществляться в частности для получения осажденных диоксидов кремния, получаемых согласно способам, описанным, например, в заявках EP 0 520 862, EP 0 670 813, EP 0 670 814, EP 0 917 519, WO 95/09127, WO 95/09128, WO 98/54090, WO 03/016215, WO 2009/112458 и WO 2012/010712.

Реакция осаждения путем реакции силиката с подкисляющим средством может осуществляться в способе согласно настоящему изобретению с применением любого способа получения, в частности путем добавления подкисляющего средства в исходное сырье силиката или путем одновременного добавления всего или части подкисляющего средства и силиката в исходное сырье на основе воды, или силиката, или подкисляющего средства.

Выбор подкисляющего средства и силиката осуществляют хорошо известным способом. Как правило, применяемое подкисляющее средство представляет собой сильную минеральную кислоту, такую как серная кислота, азотная кислота или соляная кислота, или органическую кислоту, такую как уксусная кислота, муравьиная кислота или угольная кислота.

В конце этапа осаждения получают суспензию (или взвесь) осажденного диоксида кремния, в которой необязательно возможно добавление различных добавок, которые затем отделяют.

Согласно одному конкретному варианту осуществления настоящего изобретения указанный выше этап разделения состоит из этапа отделения твердой фазы от жидкой. Предпочтительно, он состоит из этапа фильтрации, в конце которого получают осадок на фильтре, при необходимости с последующим этапом промывки указанного осадка.

Фильтрация может проводиться согласно любому подходящему способу, например посредством фильтр-пресса, или ленточного фильтра, или ротационного вакуум-фильтра.

Полученный осадок затем подвергают этапу уплотнения, описанному выше. Это преимущественно выполняют путем промывки на фильтре, оснащенном средствами уплотнения, при указанном выше давлении. Это могут выполнять в конце фильтрации, после или под конец необязательного этапа промывки, например, на фильтр-прессе за счет набухания мембран мембранных пластин.

В контексте способа по настоящему изобретению осадок, полученный в конце этапа уплотнения, затем подвергают этапу высушивания.

Для высушивания твердых частиц могут применяться любые средства высушивания, хорошо известные специалистам в данной области.

Предпочтительно метод высушивания, применяемый в ходе этапа высушивания способа по настоящему изобретению, не является способом распыления. Например, возможно применение сушилки типа циркуляционной сушилки. Высушивание может осуществляться с применением нагретого пара, в частности в псевдоожиженном слое или циркуляционной сушилке.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления способ по настоящему изобретению не включает этап дробления, в частности между этапом уплотнения (или необязательным этапом разрыхления, как указано выше) и этапом высушивания. Данный вариант осуществления, таким образом, включает непосредственное высушивание осадка без прохождения промежуточного этапа дробления, причем, в общем, этап высушивания соответствующего способа согласно настоящему изобретению не осуществляют путем распыления.

Согласно одному непредпочтительному варианту осуществления способ по настоящему изобретению может включать этап дробления полученного осадка в конце этапа уплотнения (или необязательного этапа разрыхления, как указано выше). Этап дробления представляет собой операцию псевдоожижения или ожижения, при которой осадок становится подобный жидкости, при этом осажденный диоксид кремния вновь остается в суспензии. Как правило, данная операция позволяет, в частности, снизить вязкость суспензии, которую необходимо в дальнейшем высушить. Данную операцию, таким образом, могут осуществлять путем подвергания осадка на фильтре химическому воздействию, например путем добавления соединения алюминия, такого как алюминат натрия, и/или кислоты, предпочтительно в сочетании с механическим воздействием (например, путем пропускания через резервуар с непрерывным перемешиванием или через мельницы коллоидного типа). Этап высушивания затем, как правило, осуществляют путем распыления. Исходя из этого, можно применять любой подходящий тип распылителя, в частности центробежный распылитель, предпочтительно распылительную форсунку, распылитель гидростатического давления или двухжидкостный распылитель. Более конкретно, осажденный диоксид кремния, который затем может быть получен, принимает форму практически сферической крошки (микрокрошки), предпочтительно со средним размером по меньшей мере 80 мкм.

Согласно одному альтернативному варианту осуществления способ по настоящему изобретению может включать этап разрыхления между этапом уплотнения и этапом высушивания (или необязательным этапом дробления).

Данный необязательный этап состоит из крошения осадка, полученного на этапе уплотнения, и позволяет уменьшить размер частиц указанного осадка. Например, данный этап может осуществляться с применением ниблера от Gericke, в котором осадок продавливают через экран с диаметром ячейки менее 20 мм, предпочтительно с размером от 2 до 14 мм. Данный этап разрыхления может также осуществляться с применением устройств от Wyssmont, таких как "Rotocage Lumpbreaker", "Double Rotocage Lumpbreaker" или "Triskelion Lumpbreaker".

Предпочтительно, в частности, когда способ согласно настоящему изобретению не включает этап дробления или этап высушивания распылением, осажденный диоксид кремния, полученный в конце этапа высушивания, принимает форму гранул (например, практически цилиндрических) или порошка.

Во всех случаях в конце этапа высушивания необязательно возможно осуществление этапа перемалывания в отношении извлеченного продукта.

Аналогично высушенный продукт, в частности, когда он принимает форму порошка или измельченного продукта, может необязательно подвергаться этапу агломерирования, который, например, состоит из прямого прессования, гранулирования мокрым способом (т.е. с применением связующего, такого как вода, суспензия диоксида кремния и т.д.), экструзии или предпочтительно сухого прессования. Когда используют последний метод, может оказаться целесообразной деаэрация (операция, также называемая предварительным загущением или дегазацией) порошкообразных продуктов для удаления воздуха, включенного в них, и для обеспечения более однородного уплотнения. Осажденный диоксид кремния, который можно получить в конце данного этапа агломерирования, как правило, принимает форму гранул.

В общем, когда осажденный диоксид кремния, полученный с применением способа по настоящему изобретению, принимает форму гранул, в частности, в конце этапа высушивания, указанные гранулы имеют размер по меньшей мере 1 мм, в частности от 1 до 10 мм, например от 1 до 8 мм, в частности вдоль их наибольшей оси, при этом предпочтительно уровень частиц меньше 75 мкм составляет менее 5 вес.%.

Когда осажденный диоксид кремния, полученный с применением способа по настоящему изобретению, принимает форму порошка, указанный порошок, как правило, имеет средний размер от 5 до 60 мкм.

Следующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение, однако без ограничения его объема.

ПРИМЕРЫ

Пример 1 (контрольный)

Применяемая суспензия осажденного диоксида кремния (S) представляет собой взвесь диоксида кремния Z1165MP, полученную в результате реакции осаждения, со следующими характеристиками:

Температура: 60°C;

pH: 4,4-5,2;

Влажность: 90%.

Суспензию диоксида кремния S фильтруют и промывают на фильтр-прессе, затем подвергают уплотнению при давлении 8 бар на том же фильтре. Полученный в результате осадок диоксида кремния имеет содержание сухого вещества 23,5 вес.%.

Затем разрыхляют осадок диоксида кремния путем пропускания через ниблер (Gericke), оснащенный решеткой с размером ячейки 8 мм.

Разрыхленный осадок диоксида кремния затем подают в циркуляционную сушилку (GEA Barr Rosin) с помощью конвейерной ленты при 8 кг/ч. Температуру на входе сушилки устанавливают при 305°C, а температуру на выходе устанавливают при 130°C.

Продукт на выходе представляет собой осажденный диоксид кремния в форме порошка с влажностью, равной 6,4%.

Полученный осажденный диоксид кремния имеет такое распределение пор, при котором его соотношение объемов пор V2/V1 (объем пор, включающий поры с диаметрами от 175 до 275 Å/объем пор, включающий поры с диаметрами меньше или равными 400 Å, при этом объемы пор измеряют с помощью ртутной порометрии, а диаметры пор рассчитывают с помощью соотношения Уошбурна с применением угла контакта тета, равного 130°, и поверхностного натяжения гамма, равного 484 дин/см или Н/м (порозиметр Autopore IV 9500 от Micromeritics)) составляет 54%.

Пример 2 (согласно настоящему изобретению)

Суспензию осажденного диоксида кремния S фильтруют и промывают таким же образом, как и в примере 1.

В конце промывки по отношению к осадку применяют уплотнение при давлении 25 бар за счет набухания мембран мембранных пластин фильтр-пресса. Полученный осадок диоксида кремния имеет содержание сухого вещества 30 вес.%.

Затем разрыхляют осадок диоксида кремния путем пропускания через ниблер (Gericke), оснащенный решеткой с размером ячейки 8 мм.

Разрыхленный осадок диоксида кремния затем подают в циркуляционную сушилку (GEA Barr Rosin) с помощью конвейерной ленты при 9 кг/ч. Температуру на входе сушилки устанавливают при 300°C, а температуру на выходе устанавливают при 131°C.

Продукт на выходе представляет собой осажденный диоксид кремния в форме порошка с влажностью, равной 7,1%.

Можно наблюдать экономию потребления энергии, составляющую 29%, а также связанный прирост производительности, составляющий 39%, относительно примера 1.

Дополнительно к наличию соотношения объемов пор V2/V1 (56%), близкого таковому для осажденного диоксида кремния, полученного в примере 1, осажденный диоксид кремния также обладает аналогичной степенью дисперсности, как и последний.

Способ согласно настоящему изобретению в данном документе, включающий этап уплотнения при давлении 25 бар, позволяет экономить энергию и повысить производительность в ходе высушивания.

1. Способ получения осажденного диоксида кремния, включающий осуществление реакции силиката с подкисляющим средством с получением суспензии осажденного диоксида кремния с последующим этапом разделения с получением осадка и последующим этапом высушивания указанного осадка, при этом в способе между этапом разделения и этапом высушивания осуществляют этап уплотнения указанного осадка при давлении более 10 бар и менее 45 бар.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап уплотнения осуществляют при давлении по меньшей мере 20 бар, предпочтительно от 20 до 35 бар.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержание сухого вещества в продукте, полученном в конце этапа уплотнения, составляет по меньшей мере 25 вес. %, предпочтительно от 25 до 40 вес. %, в частности от 25 до 35 вес. %.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержание сухого вещества в продукте, полученном в конце этапа уплотнения, составляет по меньшей мере 28 вес. %, предпочтительно от 28 до 35 вес. %, например от 29 до 32 вес. %.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап уплотнения осуществляют на фильтре, оснащенном средствами уплотнения.

6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что не включает этап дробления.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап высушивания не осуществляют путем распыления.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап разрыхления осуществляют между этапом уплотнения и этапом высушивания.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап разделения состоит из этапа фильтрации, если необходимо, с последующим этапом промывки.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продукт, полученный в результате этапа высушивания, подвергают этапу перемалывания.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продукт, полученный в результате этапа высушивания или в результате необязательного этапа перемалывания, подвергают этапу агломерирования.