Способ получения аморфного диоксида кремния и аморфизованный продукт, полученный согласно способу

Изобретение относится к способам переработки отходов рисового производства в автоматических установках для получения высокочистого аморфизованного продукта, являющегося сырьем для применения в резиновых изделиях и шинной промышленности. Описан способ получения аморфного диоксида кремния из золы рисовой шелухи, который заключается в обработке исходного сырья естественной влажности в реакторе кислородно- или воздушно-водной смеси с получением топочного газификата и исключением из ЗРШ (золы рисовой шелухи) дифракционных максимумов кристаллического кремнезема на дифрактограмме и сепарации от механических примесей и габаритных агломератов в воздушно-струйном сепараторе, загрузке продукта в автоматическом режиме в станцию кислотной очистки, где дополнительно промывают очищенной водой. После отмывки до нейтрального значения pH промывных вод продукт направляют в модуль щелочной обработки, где прибавляют раствор KOH оптимальной концентрации и подвергают термообработке до полного растворения кремнийсодержащей части ЗРШ. К получившемуся щелочному раствору добавляют минеральную кислоту, реакционную смесь разогревают с постепенным понижением pH до нейтрального значения, при котором происходит выпадение белого хлопьевидного или желеобразного осадка, который состаривают, центрифугируют, отделяют от раствора и промывают дистиллированной водой до нейтрального значения pH промывных вод. Аморфизованный продукт, полученный согласно способу, представляет собой аморфный кремнезем белоснежно-белого цвета в виде сочлененных различным образом одной гранью пластинок нанометрового размера, с размером такого типа зерна 2-12 мкм с возможной дальнейшей электростатической конгломерацией, характеризующийся потерей влаги при 105°C 2-8 мас.%, потерей массы до 1000°C 4-14%, pH суспензии 5.5-8 и содержанием SiO2 в прокаленном продукте более 99.99 мас.% и тяжелых металлов и хлоридов - ниже пределов детектирования на площади поверхности 180-360 м2/г. Технический результат: разработан способ, позволяющий получить продукт с активной поверхностью, демонстрирующей различные размеры частиц, их морфологию и плотность. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к способам переработки отходов рисового производства в автоматических установках для получения высокочистого аморфизованного продукта, являющегося сырьем для применения в резиновых изделиях и шинной промышленности.

Экологически безопасные возобновляемые природные материалы в настоящее время привлекают все большее внимание с целью последующей переработки и получения важных для промышленного применения продуктов.

Рисовая шелуха сама по себе (РШ), а также продукт ее окислительной термообработки - зола (ЗРШ) - активно востребованы промышленностью ввиду того, что их состав, в большей степени, соответствует диоксиду кремния в аморфной форме. Именно это обуславливает спрос металлургической и строительной индустрии на эти продукты. Потенциально они пригодны как источники для выработки металлургического кремния и ряда важных органических веществ: фурфурола, ксилита, рисового масла, фитина и др.

Сам по себе высокочистый аморфный диоксид кремния (ДК), являющийся продуктом переработки ЗРШ, активно используется как компонент резинотехнических масс (РТИ), эффективный сорбент для фармацевтической и наполнитель для лакокрасочной, химической продукции, водоподготовки или же как добавка в косметической индустрии.

Из уровня техники известен способ получения аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи, включающий обугливание рисовой шелухи и окислительный обжиг, причем перед стадией обугливания рисовую шелуху промывают водой и/или минеральной кислотой, затем осуществляют обугливание при 120-500°C, после чего полученную золу измельчают и подвергают окислительному обжигу в условиях «кипящего слоя» при 500-800°C (см. патент RU 2061656, кл. C01B 33/12, опубл. 10.06.1996). Недостатками известного способа являются недостаточная степень очистки получаемого кремнезема и отсутствие единой автоматической установки, реализующей способ, что ограничивает возможность его эффективного использования в промышленности.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ получения аморфного диоксида кремния из золы рисовой лузги (см. патент RU 2592533, кл. C01B 33/12, опубл. 20.07.2016), заключающийся в обработке исходного сырья естественной влажности в реакторе кислородно- или воздушно-водной смеси с получением топочного газификата и исключением из ЗРШ дифракционных максимумов кристаллического кремнезема на дифрактограмме и сепарации от механических примесей и габаритных агломератов в воздушно-струйном сепараторе, загрузке продукта в автоматической режиме в станцию кислотной очистки, где дополнительно промывают очищенной водой. Данный способ не является универсальной малоотходной технологией отделения механических примесей, углеродной составляющей, минеральных солей металлов, их оксидов и гидроксидов, из-за чего не позволяет варьировать поверхностные свойства продукта.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является устранение отмеченного недостатка и расширение арсенала технических средств. Технический результат заключается в обеспечении универсальности способа и исключения его зависимости от района произрастания риса и метода получения ЗРШ. Способ апробирован на РШ, полученной от риса из районов возделывания Краснодарского края, Адыгеи, Индии, Китая.

Проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что в способе получения аморфного диоксида кремния из золы рисовой шелухи, заключающемся в обработке исходного сырья естественной влажности в реакторе кислородно- или воздушно-водной смеси с получением топочного газификата и исключением из ЗРШ дифракционных максимумов кристаллического кремнезема на дифрактограмме и сепарации от механических примесей и габаритных агломератов в воздушно-струйном сепараторе, загрузке продукта в автоматическом режиме в станцию кислотной очистки, где дополнительно промывают очищенной водой, станцию кислотной очистки снабжают механическими активаторами и осуществляют работу в ней в полуавтоматическом режиме, реализуя несколько промывок сухого продукта, при этом после отмывки до нейтрального значения pH промывных вод на этой же станции продукт направляют в модуль щелочной обработки, где к смоченной очищенной ЗРШ прибавляют раствор KOH оптимальной концентрации и подвергают термообработке с механической и ультразвуковой активацией до полного растворения кремнийсодержащей части ЗРШ, причем остающийся после этого углерод активируется и адсорбирует остаточные количества металлов, а к получившемуся щелочному раствору в блоке гидролиза при комнатной температуре и интенсивной активации добавляют минеральную кислоту, реакционную смесь разогревают с постепенным понижением pH до нейтрального значения, при котором происходит выпадение белого хлопьевидного или желеобразного осадка, который состаривают при контролируемой влажности и температуре как минимум 10 часов, после чего его центрифугируют, отделяют от раствора и промывают дистиллированной водой до нейтрального значения pH промывных вод, остаток суспендируют и высушивают при 130°C в течение 10-15 часов. Остаток может быть суспендирован в этаноле. Аморфизованный продукт, полученный согласно способу, представляет собой аморфный кремнезем белоснежно-белого цвета в виде сочлененных различным образом одной гранью пластинок нанометрового размера, с размером такого типа зерна - 2-12 мкм с возможной дальнейшей электростатической конгломерацией, характеризующийся потерей влаги при 105°C - 2-8 мас.%, потерей массы до 1000°C - 4-14%, pH суспензии - 5.5-8 и содержанием SiO2 в прокаленном продукте - более 99.99 мас.% и тяжелых металлов и хлоридов - ниже пределов детектирования на площади поверхности 180-360 м2/г.

Исходным сырьем является ЗРШ естественной влажности, полученная обработкой РШ в реакторе в кислородно- или воздушно-водной смеси с целью получения топочного газификата. Критерием пригодности ЗРШ для производства ДК является отсутствие ярко выраженных дифракционных максимумов кристаллического кремнезема на дифрактограмме ЗРШ.

Для получения ДК ЗРШ проходит переработку в товарный продукт на модульной установке, состоящей из бункера загрузки, воздушного сепаратора, станции кислотной очистки-промывки, установки щелочной обработки, гидролизера, центрифуги, осушителя, бункера приема.

На первой стадии ЗРШ подвергается сепарации от механических примесей и габаритных агломератов в стандартном коммерчески доступном воздушно-струйном сепараторе.

На следующем этапе продукт в автоматическом режиме загружается в станцию кислотной очистки, представляющую собой совокупность емкостей из инертного к минеральной кислоте материала, как минимум две пары из которых предназначены для залива и перелива кислоты и воды питьевого качества соответственно. Оставшиеся емкости играют роль закрытых реакторов для обработки ЗРШ. Емкости соединены герметично инертными к кислоте трубами, перекачка жидкой фазы осуществляется химически стойкими насосами. Производительность насосов, высота подъема жидкости, диаметр трубок, объем сыпучего продукта, размер емкостей и станции в целом - коррелируют между собой. Станция снабжена механическими активаторами и осуществляет работу в полуавтоматическом режиме, реализуя как минимум трехкратную промывку сухого продукта.

После отмывки до нейтрального значения pH промывных вод на этой же станции продукт попадает в модуль щелочной обработки, аналогичной по конструкции станции кислотной очистки, но исполненный из щелочестойких материалов и имеющий несколько ультразвуковых активаторов в объеме емкостей. При этом к смоченной очищенной ЗРШ прибавляют раствор KOH оптимальной концентрации и подвергают термообработке с механической и ультразвуковой активацией в течение рассчитанного времени. При этом происходит полное растворение кремнийсодержащей части ЗРШ, а остающийся после этого углерод активируется и адсорбирует остаточные количества металлов. Промытый водой и впоследствии термообработанный, он сам по себе является коммерчески ценным продуктом. Для высаживания ДК с варьируемыми свойствами поверхности к получившемуся щелочному раствору в том же блоке гидролиза при комнатной температуре и интенсивной активации различного типа добавляют минеральную кислоту. Происходит сильное разогревание реакционной смеси с постепенным понижением значения pH, что требует непрерывного контроля с вариацией скорости процесса. При pH, близком к нейтральному, происходит выпадение белого хлопьевидного или желеобразного осадка. Вариация поверхностных свойств ДК осуществляется изменением pH гидролиза и временем старения геля. В зависимости от требуемых значений площади поверхности и количества поверхностных силанольных/силоксановых групп добавление кислоты прекращают при достижении нужного значения pH, а реакционную смесь продолжают нагревать с УЗ активацией в объеме или погружным волноводом (в зависимости от требуемых свойств) до завершения процесса. Выпавший осадок состаривают при контролируемой влажности и температуре при возможном приложении ультразвука как минимум 10 часов, после чего центрифугируют, отделяют от раствора и промывают дистиллированной водой до нейтрального значения pH промывных вод. Остаток суспендируют, например, в этаноле и высушивают при 130°C в течение 10-15 часов, упаковывают в запаиваемую фольговую тару.

Цвет продукта - белоснежно-белый, морфология частиц - сочлененные различным образом одной гранью пластинки нанометрового размера, с размером такого типа зерна - 2-12 мкм с возможной дальнейшей электростатической конгломерацией. Потеря влаги при 105°C - 2-8 мас.%, потеря массы до 1000°C - 4-14%, pH суспензии - 5.5-8, содержание SiO2 в прокаленном продукте - более 99.99 мас.%, тяжелые металлы и хлориды - ниже пределов детектирования, площади поверхности 180-360 м2/г.

Таким образом, в зависимости от режима работы станции щелочной обработки возможно получение продукта с активной поверхностью, демонстрирующего различные размеры частиц, их морфологию и плотность. Именно эти параметры определяют химическую активность, дисперсность, диспергируемость, влаго- и маслопоглощение, а также фрикционные свойства ДК.

1. Способ получения аморфного диоксида кремния из золы рисовой шелухи (ЗРШ), заключающийся в обработке исходного сырья естественной влажности в реакторе кислородно- или воздушно-водной смеси с получением топочного газификата и исключением из ЗРШ дифракционных максимумов кристаллического кремнезема на дифрактограмме и сепарации от механических примесей и габаритных агломератов в воздушно-струйном сепараторе, загрузке продукта в автоматическом режиме в станцию кислотной очистки, где дополнительно промывают очищенной водой, отличающийся тем, что станцию кислотной очистки снабжают механическими активаторами и осуществляют работу в ней в полуавтоматическом режиме, реализуя несколько промывок сухого продукта, при этом после отмывки до нейтрального значения рН промывных вод на этой же станции продукт направляют в модуль щелочной обработки, где к смоченной очищенной ЗРШ прибавляют раствор KOH оптимальной концентрации и подвергают термообработке с механической и ультразвуковой активацией до полного растворения кремнийсодержащей части ЗРШ, причем остающийся после этого углерод активируется и адсорбирует остаточные количества металлов, а к получившемуся щелочному раствору в блоке гидролиза при комнатной температуре и интенсивной активации добавляют минеральную кислоту, реакционную смесь разогревают с постепенным понижением рН до нейтрального значения, при котором происходит выпадение белого хлопьевидного или желеобразного осадка, который состаривают при контролируемой влажности и температуре как минимум 10 ч, после чего его центрифугируют, отделяют от раствора и промывают дистиллированной водой до нейтрального значения рН промывных вод, остаток суспендируют и высушивают при 130°C в течение 10-15 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что остаток суспендируют в этаноле.

3. Аморфизованный продукт, полученный согласно способу по п. 1, представляющий собой аморфный кремнезем белоснежно-белого цвета в виде сочлененных различным образом одной гранью пластинок нанометрового размера, с размером такого типа зерна 2-12 мкм с возможной дальнейшей электростатической конгломерацией, характеризующийся потерей влаги при 105°C 2-8 мас.%, потерей массы до 1000°C 4-14%, рН суспензии 5.5-8 и содержанием SiO2 в прокаленном продукте более 99.99 мас.% и тяжелых металлов и хлоридов - ниже пределов детектирования на площади поверхности 180-360 м2/г.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к утилизации органических отходов, а именно к устройствам для их переработки путем пиролиза с получением генераторного газа, и может быть использовано для утилизации отходов заводов по производству риса и овса с получением аморфного кремнийсодержащего остатка.

Изобретение относится к способу получения кремнийдиоксидной каучуковой маточной смеси, которая содержит гидрофобизированный диоксид кремния, растворный каучук и эмульсионный каучук.

Изобретение может быть использовано в пивоваренной и масложировой промышленности при использовании кизельгуровых фильтров. Для автоматического управления процессом термической регенерации кизельгура по измеренным параметрам расходов и мощностей в ходе процесса по программно-логическому алгоритму, заложенному в микропроцессор, осуществляют оперативное управление технологическими параметрами с учетом накладываемых на них двухсторонних ограничений.

Изобретение относится к комплексной переработке зол от сжигания углей. Способ включает шихтовку золы с гидроксидом натрия, спекание при температуре 150-200°С, выщелачивание спека, разделение фаз, обескремнивание раствора путем добавки в раствор гидроалюмосиликата натрия.

Изобретение относится к способам переработки отходов рисового производства в автоматических установках для получения высокочистого аморфизованного продукта, являющегося сырьем для применения в резиновых изделиях и шинной промышленности.

Изобретение относится к утилизации биомассы, содержащей аморфный диоксид кремния. Способ получения аморфного кварца из рисовой шелухи, содержащей аморфный кварц, включает промывку рисовой шелухи водой, сушку, пиролиз в анаэробных условиях при 600-1000 градусах Цельсия, сбор пиролизных газов.

Изобретение описывает композицию и способ получения мезопористых кремнеземных материалов с хиральной структурой. Согласно способу полимеризуемый неорганический мономер взаимодействует в присутствии нанокристаллической целлюлозы (NCC) с образованием материала неорганического твердого вещества с нанокристаллитами целлюлозы, включенными в хиральную нематическую структуру.

Изобретение относится к области наноструктурированных биосовместимых материалов. Способ получения биосовместимых нанопористых сферических частиц оксида кремния включает синтез в реакционной смеси тетраэтоксисилана (ТЭОС) с NH3, водой (H2O), спиртом (С2Н5ОН) и цетилтриметиламмоний бромидом (C16H33N(СН3)3Br - ЦТАБ) в мольном соотношении ТЭОС:NH3:H2O:С2Н5ОН:ЦТАБ, равном 1:19:370:230:0,2, при интенсивном перемешивании со скоростью 125-250 мин-1 при температуре 5-80°C в течение 2-3 ч с образованием в процессе гидролиза ТЭОС в спирто-водно-аммиачной среде мономеров ортокремниевой кислоты Si(OH)4, конденсацию мономеров с формированием первичных частиц размером 3-5 нм, их коагуляцию, после чего полученные частицы отжигают на воздухе при температуре 550°C в течение 15 часов для удаления органических веществ.

Изобретение касается очистки кварцевого сырья природных месторождений, используемого для производства особо чистого прозрачного кварцевого стекла, применяемого в производстве полупроводниковых материалов, электронике, светотехнике, средств волоконно-оптической связи.

Изобретение относится к способам получения сорбентов для очистки воды. Отходы производства риса в виде рисовой шелухи обрабатывают 1 н.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. Субстрат для выращивания растений содержит минеральные волокна диаметром от 0,5 до 10,0 мкм, связующее, полученное термическим отверждением водной композиции, содержащей поливиниловый спирт, модифицированный крахмал и модификатор адгезии силан.

Изобретение относится к микроструктурным технологиям. В способе изготовления мембранного фильтра согласно изобретению электролит, перемещаясь по замкнутому контуру – траектории, последовательно проходит электролизную камеру, где происходит разделение ионов от электролита, причем положительные ионы металла или ионы смеси нескольких металлов при перемещении их от анода до заготовки для увеличения их кинетической энергии разгоняются суммарным магнитным полем, при этом покрытие и уплотнение осуществляются посредством регулируемого значения суммарного вектора напряженности магнитного поля, для установления требуемой кинетической энергии внедрения запасенной ими кинетической энергии производить слоевое на заданную глубину покрытие токопроводящей или изоляционной заготовки с последующим уплотнением его за счет увеличения плотности ускоряющий ионы магнитной энергии, а также с помощью электрического статического поля, вектор напряженности которого направлен параллельно оси движения ионов, производится пробой плоскостной заготовки для изготовления мембранного фильтра.

Изобретение может быть использовано для изготовления прессовок поликристаллического алмаза и режущего инструмента. Наноразмерный одно- или многослойный материал, содержащий графен, спекают примерно 5 мин в отсутствие катализатора - переходного металла при давлении и температуре по меньшей мере 45 кбар и 700°С, соответственно.

Изобретение относится к области изготовления высокопрочных материалов, а именно керамики на основе оксида циркония, частично стабилизированной оксидом иттрия, и может быть использовано для производства размольных шаров, футеровочных пластин, подложек для спекания радиотехнического назначения, а также имплантатов для протезирования суставов человека.

Изобретение относится к области нефтепереработки, а именно к переработке тяжелого нефтяного сырья, и может быть использовано для получения бензиновой и дизельной фракций.

Изобретение относится к медицине и касается биоприпоя для лазерной сварки биологических тканей. Биоприпой содержит водную дисперсионную основу белка альбумина.

Изобретение может быть использовано в лакокрасочной промышленности, полиграфии, в производстве стекла и керамики, пластмасс и декоративной косметики. Контрастный многослойный пигмент содержит субстрат в виде плоских частиц, имеющих средний диаметр от 5 до 300 мкм, и покрыт, по меньшей мере, одним прозрачным диэлектрическим слоем.

Изобретение относится к области изготовления нанокомпозитных материалов на основе ароматического полиимида и смесей наночастиц различных типов, которые могут найти применение для изготовления композиционных материалов, а именно стеклопластиков, углепластиков, органопластиков.

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано в обогащении полезных ископаемых для извлечения ценных минералов, а также их очистки от магнитных примесей, регенерации магнитных суспензий при гравитационном обогащении.
Изобретение относится к получению биологически разрушаемой высоконаполненной термопластичной композиции на основе полиэтилена, применяемой в производстве пленок, потребительской тары, посуды, изделий хозяйственного назначения, эксплуатируемых как в контакте с продуктами питания, так и в технических целях.

Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления полимерматричных композитов, требующих повышенных значений электропроводности. Теплоэлектропроводный полиолефиновый композит, наполненный углеродными нанотрубками, содержит полиолефиновый эластометр и смесь полисилоксанов, содержащую полиметилсилоксан и маслорастворимую полиэтилсилоксановую жидкость, с углеродными нанотрубками. Технический результат заключается в повышении электрофизических свойств полимерматричных материалов и в снижении концентрации углеродных нанотрубок. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к способам переработки отходов рисового производства в автоматических установках для получения высокочистого аморфизованного продукта, являющегося сырьем для применения в резиновых изделиях и шинной промышленности. Описан способ получения аморфного диоксида кремния из золы рисовой шелухи, который заключается в обработке исходного сырья естественной влажности в реакторе кислородно- или воздушно-водной смеси с получением топочного газификата и исключением из ЗРШ дифракционных максимумов кристаллического кремнезема на дифрактограмме и сепарации от механических примесей и габаритных агломератов в воздушно-струйном сепараторе, загрузке продукта в автоматическом режиме в станцию кислотной очистки, где дополнительно промывают очищенной водой. После отмывки до нейтрального значения pH промывных вод продукт направляют в модуль щелочной обработки, где прибавляют раствор KOH оптимальной концентрации и подвергают термообработке до полного растворения кремнийсодержащей части ЗРШ. К получившемуся щелочному раствору добавляют минеральную кислоту, реакционную смесь разогревают с постепенным понижением pH до нейтрального значения, при котором происходит выпадение белого хлопьевидного или желеобразного осадка, который состаривают, центрифугируют, отделяют от раствора и промывают дистиллированной водой до нейтрального значения pH промывных вод. Аморфизованный продукт, полученный согласно способу, представляет собой аморфный кремнезем белоснежно-белого цвета в виде сочлененных различным образом одной гранью пластинок нанометрового размера, с размером такого типа зерна 2-12 мкм с возможной дальнейшей электростатической конгломерацией, характеризующийся потерей влаги при 105°C 2-8 мас., потерей массы до 1000°C 4-14, pH суспензии 5.5-8 и содержанием SiO2 в прокаленном продукте более 99.99 мас. и тяжелых металлов и хлоридов - ниже пределов детектирования на площади поверхности 180-360 м2г. Технический результат: разработан способ, позволяющий получить продукт с активной поверхностью, демонстрирующей различные размеры частиц, их морфологию и плотность. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

Наверх