RU2625114C1 - Process of producing finely dispersed amorphous microsilica by sol-gel method - Google Patents

Process of producing finely dispersed amorphous microsilica by sol-gel method Download PDF

Info

Publication number
RU2625114C1
RU2625114C1 RU2016115956A RU2016115956A RU2625114C1 RU 2625114 C1 RU2625114 C1 RU 2625114C1 RU 2016115956 A RU2016115956 A RU 2016115956A RU 2016115956 A RU2016115956 A RU 2016115956A RU 2625114 C1 RU2625114 C1 RU 2625114C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diatomite
finely dispersed
solution
precipitate
sol
Prior art date
Application number
RU2016115956A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Павлович Селяев
Анна Алексеевна Седова
Людмила Ивановна Куприяшкина
Анатолий Константинович Осипов
Павел Владимирович Селяев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва"
Priority to RU2016115956A priority Critical patent/RU2625114C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2625114C1 publication Critical patent/RU2625114C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/18Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/18Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
    • C01B33/187Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof by acidic treatment of silicates
    • C01B33/193Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof by acidic treatment of silicates of aqueous solutions of silicates

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: process for producing finely dispersed amorphous microsilica by sol-gel method. The process comprises a preliminary drying and milling diatomite. The micronized diatomite added 10-30% sodium hydroxide solution, incubated at 70-90°C for 2-3 hours at a ratio of liquid and solid phases 12: 1. Silicic acid precipitation is carried out from the filtrate by addition of concentrated hydrochloric acid solution. Separate the precipitate of silica and dried.
EFFECT: invention provides a dispersion of fine amorphous microsilica 0,062-0,097 micron with high purity from inexpensive mineral raw materials in a high yield the desired product.
3 tbl

Description

Изобретение относится к технологии промышленности строительных материалов и переработки минерального сырья для создания теплоизоляционных материалов, сухих строительных смесей, производства модифицированных добавок для бетонов, изготовления оптоволокна.The invention relates to the technology of the building materials industry and the processing of mineral raw materials for the creation of insulating materials, dry building mixtures, the production of modified additives for concrete, the manufacture of optical fiber.

Область применения тонкодисперсного аморфного диоксида кремния в мировой экономике с каждым годом расширяется, так как аморфный кремнезем является многоцелевым материалом и применяется в различных отраслях промышленности, в том числе в области высоких технологий. Он используется в производстве стекла, керамики, изделий из бетона, абразивных материалов, а также в радиотехнике, ультразвуковых установках, в изготовлении волоконно-оптических кабелей.The scope of finely dispersed amorphous silicon dioxide in the world economy is expanding every year, since amorphous silica is a multi-purpose material and is used in various industries, including in the field of high technology. It is used in the manufacture of glass, ceramics, concrete products, abrasive materials, as well as in radio engineering, ultrasonic installations, and in the manufacture of fiber optic cables.

Аморфный диоксид кремния в чистом виде почти не встречается в природе. Его можно получить только технологическим способом. Существуют различные способы получения тонкодисперсного аморфного микрокремнезема.Amorphous silicon dioxide in its pure form is almost not found in nature. It can only be obtained in a technological way. There are various methods for producing finely dispersed amorphous silica fume.

Известен способ обработки мелкодисперсной кремнийсодержащей пыли газоочистки электротермического производства кремния и кремнистых ферросплавов, в котором обработку мелкодисперсной кремнийсодержащей пыли газоочистки проводят во вращающемся барабане, компактирование осуществляют за счет снятия электростатического заряда с частиц путем массообмена материала, контактирующего с электропроводящей поверхностью. Кремнийсодержащую пыль загружают в количестве 50-60% от объема барабана, линейную скорость перемещения материала в барабане поддерживают 0,18-0,37 м/с, а обработку ведут в течение 2-4 часов (RU 2085488, МПК C01B 33/18, опубл. 27.07.1997). Недостаток этого метода в том, что получается не достаточно чистый микрокремнезем, поэтому необходимы дополнительные затраты по очистке продукта.A known method of processing fine silicon-containing dust of gas cleaning electrothermal production of silicon and silicon ferroalloys, in which the processing of fine silicon-containing dust of gas cleaning is carried out in a rotating drum, compacting is carried out by removing electrostatic charge from particles by mass transfer of material in contact with an electrically conductive surface. Silicon-containing dust is loaded in an amount of 50-60% of the volume of the drum, the linear velocity of the material in the drum is maintained at 0.18-0.37 m / s, and processing is carried out for 2-4 hours (RU 2085488, IPC C01B 33/18, publ. 07.27.1997). The disadvantage of this method is that it is not sufficiently pure silica fume, therefore, additional costs for cleaning the product are necessary.

Известно получение аморфного высокодисперсного порошка оксида кремния под воздействием на раствор жидкого стекла соляной кислотой, многократной отмывкой полученного осадка метакремниевой кислоты H2SiO3 от образовавшейся в результате реакции соли NaCl, сушкой образовавшегося геля, размолом полученного ксерогеля и последующей термической обработкой (RU 2262544, МПК C22B 34/12, C22B 3/06, опубл. 20.10.2005). Известный способ получения кремнезема является трудоемким, длительным и позволяет получить небольшие количества конечного продукта.It is known to obtain an amorphous fine powder of silicon oxide under the influence of a solution of water glass with hydrochloric acid, repeatedly washing the precipitate of metacosilicic acid H 2 SiO 3 from the NaCl salt formed by the reaction, drying the gel formed, grinding the xerogel obtained and subsequent heat treatment (RU 2262544, IPC C22B 34/12, C22B 3/06, publ. 20.10.2005). The known method for producing silica is laborious, time consuming and allows to obtain small amounts of the final product.

Известны способы получения диоксида кремния, включающие переработку фторидных растворов, содержащих кремний в виде фторидных соединений, а также алюминий и железо (RU 2474535, МПК C01B 33/12, B82B 3/00, B82Y 40/00, опубл. 10.02.2013; CN №1363511, опубл. 14.08.2002); способы получения аморфного диоксида кремния из раствора гексафторосиликата аммония (ГФСА) путем щелочного гидролиза с образованием осадка кремнезема и его отделения от раствора (RU 1624923, МПК C01B 33/12, C01B 41/00, C22B 34/36, опубл. 27.08.1999; RU 2048559, МПК C22B 34/14, опубл. 20.11.1995; RU 2058408, C22B 34/12, опубл. 20.04.1996). Недостатки известных способов заключаются в использовании фторидных соединений, которые являются агрессивными продуктами.Known methods for producing silicon dioxide, including the processing of fluoride solutions containing silicon in the form of fluoride compounds, as well as aluminum and iron (RU 2474535, IPC C01B 33/12, B82B 3/00, B82Y 40/00, publ. 02/10/2013; CN No. 1363511, publ. 08/14/2002); methods for producing amorphous silicon dioxide from a solution of ammonium hexafluorosilicate (HFSA) by alkaline hydrolysis to form a precipitate of silica and its separation from the solution (RU 1624923, IPC C01B 33/12, C01B 41/00, C22B 34/36, publ. 08/27/1999; RU 2048559, IPC C22B 34/14, publ. 11/20/1995; RU 2058408, C22B 34/12, publ. 04/20/1996). The disadvantages of the known methods are the use of fluoride compounds, which are aggressive products.

Известно получение диоксида кремния (кремнезема) из природного минерального сырья - горных пород (перлит, обсидиан, диатомит, нефелин, трепелы, из силикатного сырья, кварцевого песка и из "полуфабрикатов" - отходов высококремнистого ферросилиция) (RU 2036836, МПК C01B 33/12, опубл. 09.06.1995), производства бора или боросиликатных материалов (RU 2170211, МПК C01B 33/142, C01F 7/26, опубл. 10.07.2001), из отходов апатитового производства (SU 856981, МПК C01B 33/18, опубл. 23.08.1981) и ферросплавного производства (RU 2002119217, МПК C01B 33/12, C01B 33/18, опубл. 27.02.2004), однако степень извлечения диоксида кремния не более 60%.It is known to obtain silicon dioxide (silica) from natural mineral raw materials - rocks (perlite, obsidian, diatomite, nepheline, tripoli, from silicate raw materials, quartz sand and from "semi-finished products" - waste high-silicon ferrosilicon) (RU 2036836, IPC C01B 33/12 , publ. 09.06.1995), production of boron or borosilicate materials (RU 2170211, IPC C01B 33/142, C01F 7/26, publ. 10.07.2001), from apatite production waste (SU 856981, IPC C01B 33/18, publ . 23.08.1981) and ferroalloy production (RU 2002119217, IPC C01B 33/12, C01B 33/18, publ. 02.27.2004), however, the degree of extraction of silicon dioxide no more than 60%.

Известен способ получения диоксида кремния, по которому в качестве кремнийсодержащего материала используют пыль отходящих газов производства кремния и/или высококремнистого ферросилиция, которую обрабатывают раствором щелочи. Из полученного раствора диоксид кремния выделяют действием минеральной кислоты (RU 2036836, МПК C01B 33/12, опубл. 09.06.2015). Недостатком известного способа является недостаточно высокая чистота и невысокая дисперсность получаемого с его помощью продукта, что ограничивает область применения этого продукта, который преимущественно используют в качестве минерального наполнителя в композиционных материалах.A known method of producing silicon dioxide, in which the silicon-containing material is used dust of exhaust gases from the production of silicon and / or high-silicon ferrosilicon, which is treated with a solution of alkali. Silicon dioxide is isolated from the resulting solution by the action of mineral acid (RU 2036836, IPC C01B 33/12, published 09.06.2015). The disadvantage of this method is the insufficiently high purity and low dispersion of the product obtained with its help, which limits the scope of this product, which is mainly used as a mineral filler in composite materials.

Известны способы получения диоксида кремния высокой чистоты (99,99%) из рисовой шелухи (CN 1063087, опубл. 29.07.1992; RU 2191159, МПК C01B 33/12, опубл. 20.10.2002). Недостатком известных способов является использование высокоагрессивной смеси концентрированной азотной кислоты и перекиси водорода и связанная с этим необходимость в специальном аппаратурном оформлении, что усложняет промышленное применение известного способа.Known methods for producing high purity silicon dioxide (99.99%) from rice husk (CN 1063087, publ. 07.29.1992; RU 2191159, IPC C01B 33/12, publ. 20.10.2002). A disadvantage of the known methods is the use of a highly aggressive mixture of concentrated nitric acid and hydrogen peroxide and the associated need for special hardware design, which complicates the industrial application of the known method.

Известен способ получения диоксида кремния высокой степени чистоты из кремнийсодержащего сырья, в качестве которого используют колошниковую пыль процесса газоочистки электрохимического производства кремния на предприятиях алюминиевой промышленности (RU 2031838, МПК C01B 33/12, опубл. 27.03.1995). Недостатками способа являются многооперационность, использование для нейтрализации серной кислоты, а значит образование сернокислых стоков.A known method of producing silicon dioxide of high purity from silicon-containing raw materials, which is used as blast furnace dust of the gas purification process of the electrochemical production of silicon at aluminum enterprises (RU 2031838, IPC C01B 33/12, publ. 03/27/1995). The disadvantages of the method are multioperational, use to neutralize sulfuric acid, and hence the formation of sulfate effluents.

Известен способ получения диоксида кремния, в котором пирогенный высокодисперсный кремнезем получают путем сжигания четыреххлористого кремния в потоке кислорода и водорода, в итоге получается высокодисперсный аморфный диоксид кремния и хлористый водород в газообразном состоянии (RU 1791383, МПК C01B 33/12, опубл. 30.01.1993). Данное производство требует больших энергозатрат и серьезных мер по взрывобезопасности.A known method of producing silicon dioxide, in which fumed silica fume is obtained by burning silicon tetrachloride in a stream of oxygen and hydrogen, the result is a highly dispersed amorphous silica and hydrogen chloride in a gaseous state (RU 1791383, IPC C01B 33/12, publ. 30.01.1993 ) This production requires large energy costs and serious explosion safety measures.

Известен способ получения мелкодисперсного SiO2, включающий автоклавирование твердых кремнийсодержащих продуктов и фторсодержащих соединений (US 6217840, МПК C01B 33/12, C01B 33/08, C01B 7/19, опубл. 17.04.2001). Однако известный способ технологически сложен, так как требует соответствующего аппаратурного оформления, энергетически затратен и связан с повышенными мерами техники безопасности из-за применения концентрированной серной кислоты и последующей утилизации фторсодержащих газов, а также высоких температур и давления.A known method of producing finely dispersed SiO 2 , including autoclaving solid silicon-containing products and fluorine-containing compounds (US 6217840, IPC C01B 33/12, C01B 33/08, C01B 7/19, publ. 04/17/2001). However, the known method is technologically complicated, since it requires appropriate hardware design, is energy-intensive, and is associated with increased safety measures due to the use of concentrated sulfuric acid and the subsequent utilization of fluorine-containing gases, as well as high temperatures and pressures.

Большого внимания из многообразия способов получения аморфного кремнезема заслуживают способы сплавления природных пород, с высоким содержанием связанного аморфного кремнезема, с щелочными плавнями и обработкой кремнийсодержащего сырья щелочью.Of great variety from the variety of methods for producing amorphous silica, methods of fusion of natural rocks with a high content of bound amorphous silica, with alkaline sludges and processing of silicon-containing raw materials with alkali deserve descent.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ получения тонкодисперсного аморфного микрокремнезема, включающий предварительное размельчение и растирание в агатовой ступке до состояния пудры просушенного и прокаленного в муфельной печи диатомита массой 5-8 г, растирание в фарфоровой ступке 6-кратного количества щелочного плавня, состоящего из смеси безводных карбонатов калия и натрия, перемешивание диатомита и щелочного плавня в алундовом или корундовом тигле, сплавление полученной смеси в муфельной печи в тигле в течение 40-50 мин с последующим выливанием плава на силикатную основу, перенесение его в жаростойкий стакан, выделение кремниевой кислоты вначале выщелачиванием плава дистиллированной водой, а затем, после проведения контролирования pH среды титрованием 0,1 М-ным раствором гидроксида калия с метиловым оранжевым, обработкой его 100-200 мл дистиллированной воды до полного обезвоживания кремниевой кислоты. Осаждение кремниевой кислоты производят добавлением 30-40 мл концентрированного раствора соляной кислоты и после замедления реакции выпаривают раствор на песчаной бане до прекращения выделения углекислого газа. Обработку осадка проводят добавлением по 10-20 мл концентрированного раствора соляной кислоты, затем приливают 100-200 мл дистиллированной воды, а после выпаривания раствора на водяной бане в течение 5 мин до полного обезвоживания гидратированного оксида кремния (IV) и контролирования pH среды титрованием 0,1 М-ным раствором гидроксида калия с метиловым оранжевым проводят отделение оксида кремния (IV) фильтрованием, собирая фильтрат через неплотный беззольный фильтр в стакан и промывая осадок 0,5%-ным раствором соляной кислоты до отрицательной реакции на ионы железа (III) с роданидом. Проводят контролирование pH среды титрованием 0,1 М-ным раствором гидроксида калия с метиловым оранжевым. Сушку осадка производят на фильтре, затем в чашке Петри в сушильном шкафу при температуре 90-120°C (RU 2526454, МПК C01B 33/18, C09C 1/28, опубл. 20.08.2014).The closest in technical essence to the proposed technical solution is a method for producing finely dispersed amorphous silica fume, including preliminary grinding and grinding in an agate mortar to the state of powder dried and calcined in a muffle furnace diatomite weighing 5-8 g, grinding in a porcelain mortar 6 times the amount of alkaline fluff consisting of a mixture of anhydrous potassium and sodium carbonates, mixing diatomite and alkaline flux in an alundum or corundum crucible, fusion of the obtained mixture si in a muffle furnace in a crucible for 40-50 minutes, followed by pouring the melt onto a silicate base, transferring it to a heat-resistant glass, precipitating silicic acid first by leaching the melt with distilled water, and then, after controlling the pH of the medium by titration with 0.1 M a solution of potassium hydroxide with methyl orange, processing it with 100-200 ml of distilled water until complete dehydration of silicic acid. Precipitation of silicic acid is carried out by adding 30-40 ml of a concentrated solution of hydrochloric acid, and after slowing down the reaction, the solution is evaporated in a sand bath until the carbon dioxide evolution ceases. The precipitate is treated by adding 10-20 ml of concentrated hydrochloric acid solution, then 100-200 ml of distilled water is poured, and after evaporating the solution in a water bath for 5 min until the hydrated silicon oxide (IV) is completely dehydrated and the pH of the medium is controlled by titration 0, 1 mm solution of potassium hydroxide with methyl orange carry out the separation of silicon oxide (IV) by filtration, collecting the filtrate through a loose ashless filter in a glass and washing the precipitate with a 0.5% hydrochloric acid solution until negative share on iron (III) ions with thiocyanate. The pH of the medium is monitored by titration with a 0.1 M solution of potassium hydroxide with methyl orange. The precipitate is dried on a filter, then in a Petri dish in an oven at a temperature of 90-120 ° C (RU 2526454, IPC C01B 33/18, C09C 1/28, published on 08.20.2014).

Недостатками известного способа являются невысокий выход (70-80%) и невысокая дисперсность (5-10 мкм) микрокремнезема, кроме того при его получении возникает необходимость применения дорогостоящих материалов (платиновые, алундовые тигли), а также необходимы большие энергетические затраты для сплавления диатомита с щелочным плавнем (800-1000°C), что приводит к существенному повышению себестоимости конечного продукта.The disadvantages of this method are the low yield (70-80%) and low dispersion (5-10 microns) of silica fume, in addition to its preparation, it becomes necessary to use expensive materials (platinum, alundum crucibles), and also require large energy costs for alloying diatomite with alkaline fluff (800-1000 ° C), which leads to a significant increase in the cost of the final product.

Технический результат предлагаемого метода заключается в получении мелкодисперсного аморфного микрокремнезема высокой степени чистоты из недорогого исходного минерального кремнесодержащего сырья - диатомита, без дорогостоящих материалов и сложного аппаратурного оборудования, с минимальными энергетическими затратами, оптимизированной технологической схемой для промышленного производства и широким диапазоном удельной поверхности для различных промышленных целей, а также увеличении выхода тонкодисперсного аморфного микрокремнезема.The technical result of the proposed method is to obtain finely dispersed amorphous silica fume of high purity from an inexpensive source of mineral silica-containing raw materials - diatomite, without expensive materials and sophisticated hardware, with minimal energy costs, an optimized technological scheme for industrial production and a wide range of specific surface for various industrial purposes , as well as increasing the yield of finely dispersed amorphous microsilica zema.

Сущность изобретения заключается в том, что способ получения тонкодисперсного аморфного микрокремнезема золь-гель методом включает предварительное просушивание и измельчение диатомита. В измельченный диатомит добавляют 10-30%-ный раствор гидроксида натрия, выдерживают в термостате при 70-90°C в течение 2-3 часов, где соотношение жидкой и твердой фаз составляет 12:1. Осуществляют осаждение кремниевой кислоты из фильтрата добавлением концентрированного раствора соляной кислоты, обработку осадка, отделение оксида кремния (IV) фильтрованием, сушку осадка производят на фильтре, затем в чашке Петри в сушильном шкафу при 90-120°C.The essence of the invention lies in the fact that the method for producing finely dispersed amorphous silica fume sol-gel method involves pre-drying and grinding of diatomite. A 10-30% sodium hydroxide solution is added to the crushed diatomite, kept in a thermostat at 70-90 ° C for 2-3 hours, where the ratio of liquid to solid phase is 12: 1. The silicic acid is precipitated from the filtrate by adding a concentrated hydrochloric acid solution, the precipitate is treated, the silicon oxide (IV) is filtered, the precipitate is dried on the filter, then in a Petri dish in an oven at 90-120 ° C.

Способ осуществляют следующим образом. В качестве сырья используют осадочную горную породу - диатомит, состоящую преимущественно из останков диатомовых водорослей, обычно рыхлая или слабо сцементированная, светло-серого или желтоватого цвета порода. Порошок диатомита нерастворим в хлорводородной, азотной и серной кислотах и относится к кислым породам. Для получения тонкодисперсного аморфного микрокремнезема использовалось Атемарское месторождение диатомита (Республика Мордовия).The method is as follows. The raw material used is sedimentary rock - diatomite, consisting mainly of the remains of diatoms, usually loose or slightly cemented, light gray or yellowish rock. Diatomite powder is insoluble in hydrochloric, nitric and sulfuric acids and refers to acidic rocks. To obtain finely dispersed amorphous silica fume, the Atemar diatomite deposit (Republic of Mordovia) was used.

Просушенную до 5-6%-ной влажности навеску диатомита массой 50 г предварительно размельчают в шаровой мельнице до фракции 0,08 мм и растирают в агатовой ступке до состояния пудры. Навеску диатомита в бюксе переносят в коническую колбу емкостью 1 л, добавляют 300 мл раствора гидроксида натрия 10, 20, 30%-ной концентрации, перемешивают и выдерживают в течение 1-3 часов в термостате при 50, 70, 90°C, периодически перемешивая. Соотношение твердой и жидкой фаз составляет Ж:Т=12:1. После окончания термостатирования отделяют непрореагировавший остаток из горячего раствора фильтрованием через неплотный фильтр (белая лента). Фильтрат представляет собой жидкое стекло. Кремниевую кислоту выделяют из остатка действием концентрированной соляной кислоты, которую добавляют небольшими порциями, при непрерывном перемешивании до кислой среды (pH≈2). Образовавшийся аморфный осадок (золь кремниевой кислоты) трудно выделить из раствора фильтрованием, поэтому золь кремниевой кислоты коагулируют. Раствор выпаривают на водяной (песчаной) бане досуха, к сухому остатку добавляют небольшими порциями (3-5 мл концентрированной соляной кислоты) для обезвоживания кремниевой кислоты и снова подсушивают сухой остаток, затем добавляют 200-300 мл горячей дистиллированной воды, выдерживают при нагревании и перемешивании для полного растворения солей. Непрореагировавший осадок диоксида кремния отделяют из раствора фильтрованием через неплотный фильтр (белая лента), промывают 1%-ным раствором азотной кислоты и большим количеством горячей воды до отрицательной реакции на Cl- - ионы с нитратом серебра (I) и ионы Fe3+до отрицательной реакции с тиоцианатом калия. Сушку промытого осадка, после отделения от фильтра, производят в чашке Петри в сушильном шкафу при 90-120°C до постоянной массы.A 50 g sample of diatomite, dried to 5-6% humidity, is preliminarily crushed in a ball mill to a fraction of 0.08 mm and ground in an agate mortar to a powder state. A weighed portion of diatomite in the bottle is transferred to a 1 L conical flask, 300 ml of sodium hydroxide solution of 10, 20, 30% concentration is added, stirred and incubated for 1-3 hours in an thermostat at 50, 70, 90 ° C, stirring occasionally . The ratio of solid and liquid phases is W: T = 12: 1. After termination of the temperature control, the unreacted residue is separated from the hot solution by filtration through a loose filter (white tape). The filtrate is a liquid glass. Silicic acid is isolated from the residue by the action of concentrated hydrochloric acid, which is added in small portions with continuous stirring to an acidic medium (pH≈2). The formed amorphous precipitate (silica sol) is difficult to separate from the solution by filtration; therefore, the silica sol is coagulated. The solution is evaporated to dryness in a water (sand) bath, small portions (3-5 ml of concentrated hydrochloric acid) are added to the dry residue to dehydrate silicic acid and the dry residue is dried again, then 200-300 ml of hot distilled water are added, kept under heating and stirring for complete dissolution of salts. Unreacted silica precipitate is separated from the solution by filtration through a loose filter (white tape), washed with 1% nitric acid solution and plenty of hot water until the Cl - - ions with silver nitrate (I) and ions Fe 3+ are negatively negative reactions with potassium thiocyanate. Drying the washed precipitate, after separation from the filter, is carried out in a Petri dish in an oven at 90-120 ° C to constant weight.

В табл. 1 показан выход кремнезема из диатомита в зависимости от концентрации щелочи и температуры (время термостатирования - 2 часа); в табл. 2 - элементный состав микрокремнезема, полученного из природного диатомита в зависимости от концентрации щелочи и времени термостатирования; в табл. 3 - размерность полученных частиц микрокремнезема.In the table. 1 shows the output of silica from diatomite depending on the alkali concentration and temperature (thermostating time is 2 hours); in table 2 - elemental composition of silica fume obtained from natural diatomite depending on alkali concentration and thermostating time; in table 3 - dimension of the obtained silica fume particles.

Оптимальные условия получения аморфного диоксида кремния выявлены в порядке эксперимента, с учетом изменения температуры, времени термостатирования и концентрации щелочи (табл. 1).The optimal conditions for the production of amorphous silicon dioxide were identified experimentally, taking into account changes in temperature, thermostating time, and alkali concentration (Table 1).

Результаты элементного анализа порошков синтезированного кремнезема рентгенофлуоресцентным методом показали, что он состоит на 95,00-99,97% из диоксида кремния. Основной примесью является хлорид натрия. Оксиды железа, алюминия, кальция, калия, титана содержатся в небольших количествах, которые можно отнести к микрокомпонентам (табл. 2). Примесь хлорида натрия сорбировалась на поверхности аморфного кремнезема в процессе синтеза его из раствора гидроксида натрия и выделения кремниевой кислоты хлористоводородной кислотой. Хлорид натрия удаляют обильным промыванием водой и диализом.The results of elemental analysis of the synthesized silica powders by the X-ray fluorescence method showed that it consists of 95.00-99.97% silicon dioxide. The main impurity is sodium chloride. Oxides of iron, aluminum, calcium, potassium, titanium are contained in small quantities, which can be attributed to microcomponents (table. 2). An admixture of sodium chloride was sorbed on the surface of amorphous silica in the process of its synthesis from a solution of sodium hydroxide and the release of silicic acid with hydrochloric acid. Sodium chloride is removed by extensive washing with water and dialysis.

Для сравнения исследовано получение микрокремнезема при следующих условиях: соотношение жидкой и твердой фаз - Ж:Т=6:1, температура термостатирования - 145°C, время термостатирования - 2 часа (состав 4, табл. 1, 2).For comparison, the preparation of silica fume was studied under the following conditions: ratio of liquid and solid phases - W: T = 6: 1, temperature of thermostatting - 145 ° C, thermostatting time - 2 hours (composition 4, Tables 1, 2).

Выявлено, что оптимальными составами являются 2 и 3 (табл. 1, 2), где соотношение жидкой и твердой фаз составляет Ж:Т=12:1 при температуре термостатирования - 70-90°C и времени термостатирования - 2-3 часа, так как микрокремнезем получают более мелкодисперный.It was revealed that the optimal compositions are 2 and 3 (Table 1, 2), where the ratio of liquid to solid phase is W: T = 12: 1 at a temperature of temperature control - 70-90 ° C and a time of temperature control - 2-3 hours, so as silica fume get finer.

Лазерным дифракционным анализатором размера частиц ShimadzuSALD-3101 установлен минимальный размер частиц аморфного микрокремнезема, полученного из природного диатомита при различной температуре и концентрации щелочи (Ж:Т=12:1) (табл. 3).A ShimadzuSALD-3101 laser particle size diffraction analyzer established the minimum particle size of amorphous silica fume obtained from natural diatomite at different temperatures and alkali concentrations (W: T = 12: 1) (Table 3).

Установлено, что полученный микрокремнезем (Ж:Т=12:1) из Атемарского месторождения диатомита характеризуется следующими показателями:It was established that the obtained silica fume (L: T = 12: 1) from the Atemarskoye diatomite deposit is characterized by the following indicators:

Содержание диоксида кремния - не менее 96,00-99,97%; Минимальный размер частиц - 0,062-0,097 мкм;The content of silicon dioxide is not less than 96.00-99.97%; The minimum particle size is 0.062-0.097 microns;

Содержание примесей: оксид железа (III) - 0,0169% и оксид кальция - 0,0041%.Impurity content: iron (III) oxide - 0.0169% and calcium oxide - 0.0041%.

По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет получить мелкодисперсный аморфный микрокремнезем дисперсностью 0,062-0,097 мкм высокой степени чистоты (минимальное содержание примесей) из недорогого исходного минерального кремнесодержащего сырья - диатомита Атемарского месторождения, без дорогостоящих материалов и сложного аппаратурного оборудования, с минимальными энергетическими затратами, оптимизированной технологической схемой для промышленного производства, за счет отсутствия необходимости сплавления диатомита с щелочным плавнем, и широким диапазоном удельной поверхности для различных промышленных целей, а также увеличить выход тонкодисперсного аморфного микрокремнезема до 99,97%.Compared with the known, the proposed method allows to obtain finely dispersed amorphous silica fume with a dispersion of 0.062-0.097 μm of a high degree of purity (minimum impurity content) from an inexpensive initial siliceous mineral raw material - diatomite of the Atemarsky deposit, without expensive materials and complex hardware, with minimal energy costs, optimized technological scheme for industrial production, due to the absence of the need for fusion of diatomite with alkaline smooth flux and a wide range of specific surface area for various industrial purposes, as well as increase the yield of finely dispersed amorphous silica fume to 99.97%.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Claims (1)

Способ получения тонкодисперсного аморфного микрокремнезема золь-гель методом, включающий предварительное просушивание, измельчение диатомита, осаждение кремниевой кислоты из фильтрата добавлением концентрированного раствора соляной кислоты, обработку осадка, отделение оксида кремния(IV) фильтрованием, сушку осадка вначале на фильтре, затем в чашке Петри в сушильном шкафу при 90-120°C, отличающийся тем, что в измельченный диатомит добавляют 10-30%-ный раствор гидроксида натрия, выдерживают в термостате при 70-90°C в течение 2-3 часов, где соотношение жидкой и твердой фаз составляет 12:1.A method of obtaining finely dispersed amorphous silica fume silica sol-gel method, including pre-drying, grinding diatomite, precipitation of silicic acid from the filtrate by adding concentrated hydrochloric acid solution, processing the precipitate, filtering the silicon oxide (IV), drying the precipitate first on the filter, then in a Petri dish in drying oven at 90-120 ° C, characterized in that a 10-30% sodium hydroxide solution is added to the crushed diatomite, kept in a thermostat at 70-90 ° C for 2-3 hours, where the liquid and solid phases are 12: 1.
RU2016115956A 2016-04-22 2016-04-22 Process of producing finely dispersed amorphous microsilica by sol-gel method RU2625114C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115956A RU2625114C1 (en) 2016-04-22 2016-04-22 Process of producing finely dispersed amorphous microsilica by sol-gel method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115956A RU2625114C1 (en) 2016-04-22 2016-04-22 Process of producing finely dispersed amorphous microsilica by sol-gel method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2625114C1 true RU2625114C1 (en) 2017-07-11

Family

ID=59495313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016115956A RU2625114C1 (en) 2016-04-22 2016-04-22 Process of producing finely dispersed amorphous microsilica by sol-gel method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625114C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740995C1 (en) * 2020-05-22 2021-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» Method of producing microsilica from natural diatomite by precipitation of nitric acid solution

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5445804A (en) * 1993-02-02 1995-08-29 Rotem Fertilizers Ltd. Process for the manufacture of pure amorphous silica from rocks
RU2402485C1 (en) * 2009-06-22 2010-10-27 Василий Викторович Наседкин Amorphous silicon dioxide synthesis method
RU2474535C1 (en) * 2011-08-17 2013-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Технострой" (ООО Технострой) Method of producing amorphous silicon dioxide
RU2526454C1 (en) * 2013-01-30 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method of obtaining finely-disperse amorphous microsilica

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5445804A (en) * 1993-02-02 1995-08-29 Rotem Fertilizers Ltd. Process for the manufacture of pure amorphous silica from rocks
RU2402485C1 (en) * 2009-06-22 2010-10-27 Василий Викторович Наседкин Amorphous silicon dioxide synthesis method
RU2474535C1 (en) * 2011-08-17 2013-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Технострой" (ООО Технострой) Method of producing amorphous silicon dioxide
RU2526454C1 (en) * 2013-01-30 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method of obtaining finely-disperse amorphous microsilica

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740995C1 (en) * 2020-05-22 2021-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» Method of producing microsilica from natural diatomite by precipitation of nitric acid solution

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. The dissolution behavior and mechanism of kaolinite in alkali-acid leaching process
CN114174227B (en) Method for obtaining powdery sodium silicate from sandy tailings generated in ore dressing process of iron ore
JPH09502688A (en) Method for producing spherical silica from olivine
RU2690830C1 (en) Method of producing ultrafine silicon dioxide powder
CN107043128B (en) A kind of method that iron salt solutions lixiviation process prepares synthetic rutile
CN105439156A (en) Method for preparing rubber and plastics filler by use of microsilica and carbide slag
RU2526454C1 (en) Method of obtaining finely-disperse amorphous microsilica
CN106745085A (en) A kind of potassium sulfate preparation method based on potassium feldspar
Seggiani et al. Recovery of silica gel from blast furnace slag
RU2625114C1 (en) Process of producing finely dispersed amorphous microsilica by sol-gel method
RU2740995C1 (en) Method of producing microsilica from natural diatomite by precipitation of nitric acid solution
RU2421400C1 (en) Method of producing alumosilicic coagulant-flocculant
RU2402485C1 (en) Amorphous silicon dioxide synthesis method
CN103303974B (en) Method for recycling waste silicon slag discharged in production of zirconyl chloride
Fakhar et al. A zero-waste approach to blast furnace slag by synthesis of mesoporous nanosilica with high surface area
Rahmayanti et al. Synthesis and characterization of silica gel from Lapindo mud Sidoarjo
CN101172610B (en) Method of producing high-temperature silica powder
CN101357777B (en) Method for preparing high quality titanium white
CN102173430B (en) Technique for preparing wollastonite ultrafine powder from calcium silicate hydrate
CN110668454B (en) Method for preparing polysilicon-aluminum by using waste catalyst
RU2739197C1 (en) Method of removing cations of heavy metals from aqueous phase
JPS6321212A (en) Production of high purity silica
RU2261840C1 (en) Method for preparing amorphous silicon dioxide
CN109850929A (en) A kind of seed precipitation tank dilution crude ore pulp prepares aluminium hydroxide micro powder method
EP3395762A1 (en) Method for producing synthetic hectorite at low temperature and under atmospheric pressure

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180423