RU2690830C1 - Method of producing ultrafine silicon dioxide powder - Google Patents

Method of producing ultrafine silicon dioxide powder Download PDF

Info

Publication number
RU2690830C1
RU2690830C1 RU2018140777A RU2018140777A RU2690830C1 RU 2690830 C1 RU2690830 C1 RU 2690830C1 RU 2018140777 A RU2018140777 A RU 2018140777A RU 2018140777 A RU2018140777 A RU 2018140777A RU 2690830 C1 RU2690830 C1 RU 2690830C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diatomite
silicon
silicon dioxide
precipitate
drying
Prior art date
Application number
RU2018140777A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Викторович Хрульков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ХИМТЭК"
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 Общество с ограниченной ответственностью "ХИМТЭК" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ХИМТЭК"
Priority to RU2018140777A priority Critical patent/RU2690830C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2690830C1 publication Critical patent/RU2690830C1/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
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/28Compounds of silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: manufacturing technology.SUBSTANCE: invention can be used in production of heat-insulating materials, dry construction mixtures, modified additives for concrete, production of optical fiber. Method of producing ultrafine powders of silicon dioxide involves preliminary drying and grinding of diatomite. 5 % sodium hydroxide solution is added into milled diatomite and treated with an electromagnetic field of 0.44 MHz for 10–15 minutes. Silicon acid is precipitated from the filtrate by adding a concentrated solution of hydrochloric acid, treating the precipitate, separation of silicon (IV) oxide by filtration, drying the precipitate is carried out on a filter, then in a petri dish in a drying cabinet at temperature of 90–120 °C.EFFECT: invention allows to obtain silicon dioxide powder with dispersion of 50–100 nm of high degree of purity from inexpensive initial mineral silicon-containing material – diatomite, with minimum power consumption, optimized process scheme for industrial production, as well as increase output of ultradisperse silicon dioxide powder to 99,99 %.1 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к технологии промышленности строительных материалов и переработки минерального сырья, может найти применение при производстве теплоизоляционных материалов, сухих строительных смесей, модифицированных добавок для бетонов, изготовлении оптоволокна.The invention relates to the technology of the building materials industry and the processing of mineral raw materials, may find application in the manufacture of insulating materials, dry building mixtures, modified additives for concrete, the manufacture of optical fiber.

Область применения ультрадисперсных порошков диоксида кремния в мировой экономике с каждым годом расширяется, так как диоксид кремния 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 ultrafine silica powders in the global economy is expanding every year, since silicon dioxide is a multipurpose material and is used in various industries, including high-tech. It is used in the manufacture of glass, ceramics, concrete products, abrasive materials, as well as in radio engineering, ultrasonic installations, 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 мйкрокремнезема.Amorphous silicon dioxide in its pure form is almost never found in nature. It can be obtained only by technological means. There are various ways to produce fine amorphous mikrokremnezema.

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 ч (RU 2085488, МПК С01В 33/18, опубл. 27.07.1997).A method of processing fine silicon-containing dust gas cleaning electrothermal production of silicon and silicon ferroalloys, in which the processing of fine silicon-containing gas dust dust is carried out in a rotating drum, compaction is carried out by removing the electrostatic charge from the particles by mass transfer of material in contact with an electrically conductive surface. Silicon-containing dust load in the amount of 50-60% of the volume of the drum, the linear velocity of the material in the drum support 0.18-0.37 m / s, and the treatment is carried out for 2-4 hours (RU 2085488, IPC S01B 33/18, published on 07/27/1997).

Недостаток известного способа в том, что получается не достаточно чистый микрокремнезем, поэтому необходимы дополнительные затраты по очистке продукта.The disadvantage of this method is that it turns out not enough pure silica fume, therefore, additional costs for cleaning the product.

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 С22В 34/12, С22В 3/06, опубл. 20.10.2005).It is known to obtain an amorphous highly dispersed powder of silicon oxide under the influence of hydrochloric acid on a liquid glass solution, repeated washing of the obtained precipitate of methacilicic acid H 2 SiO 3 from the NaCl salt formed during the reaction, drying the gel formed, grinding the resulting xerogel and subsequent heat treatment (RU 2262544, IPC С22В 34/12, С22В 3/06, published on October 20, 2005).

Известный способ получения кремнезема является трудоемким, длительным и позволяет получить небольшие количества конечного продукта.A known method of producing silica is laborious, time consuming and allows you to get small quantities 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 С01В 33/12, В82В 3/00, B82Y 40/00, опубл. 10.02.2013; CN 1363511, опубл. 14.08.2002); способы получения аморфного диоксида кремния из раствора гексафторосиликата аммония путем щелочного гидролиза с образованием осадка кремнезема и его отделения от раствора (RU 1624923, МПК С01В 33/12, С01В 41/00, С22В 34/36, опубл. 27.08.1999; RU 2048559, МПК С22В 34/14, опубл. 20.11.1995; RU 2058408, С22В 34/12, опубл. 20.04.1996).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 С01В 33/12, В82В 3/00, B82Y 40/00, publ. 10.02.2013; CN 1363511, published on August 14, 2002); methods for producing amorphous silicon dioxide from ammonium hexafluorosilicate solution by alkaline hydrolysis with the formation of silica precipitate and its separation from the solution (RU 1624923, IPC С01В 33/12, С01В 41/00, С22В 34/36, publ. 27.08.1999; RU 2048559, IPC C22B 34/14, published on November 20, 1995; RU 2058408, C22B 34/12, published on April 20, 1996).

Недостатки известных способов заключаются в использовании фторидных соединений, которые являются агрессивными продуктами.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 С01В 33/12, опубл. 09.06.1995), производства бора или боросиликатных материалов (RU 2170211, МПК С01В 33/142, C01F 7/26, опубл. 10.07.2001), из отходов апатитового производства (SU 856981, МПК С01В 33/18, опубл. 23.08.1981) и ферросплавного производства (RU 2002119217, МПК С01В 33/12, С01В 33/18, опубл. 27.02.2004). Однако степень извлечения диоксида кремния в известных решениях 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, MPK SV-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 wastes (SU 856981, IPC С01В 33/18, publ 08/23/1981) and ferroalloy production (RU 2002119217, IPC S01B 33/12, S01B 33/18, publ. 27.02.2004). However, the degree of extraction of silicon dioxide in known solutions is not 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 С01В 33/12, опубл. 09.06.2015).A method of obtaining silicon dioxide, according to which the dust of exhaust gases produced by silicon and / or high-silicon ferrosilicon, which is treated with an alkali solution, is used as a silicon-containing material. From the resulting solution, silica is isolated by the action of mineral acid (RU 2036836, IPC C01B 33/12, publ. 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.The disadvantage of this method is not enough high purity and low dispersion obtained with the help of the product, 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 106308, опубл. 29.07.1992; RU 2191159, МПК С01В 33/12, опубл. 20.10.2002).Known methods for producing high purity silicon dioxide (99.99%) from rice husk (CN 106308, publ. 07/29/1992; RU 2191159, IPC C01B 33/12, publ. 10/20/2002).

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.The disadvantage of known methods is the use of 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 С01В 33/12, опубл. 27.03.1995).A method of obtaining high purity silicon dioxide from silicon-containing raw materials, which is used as the top dust of the gas cleaning process of the electrochemical production of silicon at the enterprises of the aluminum industry (RU 2031838, IPC S01V 33/12, publ. 27.03.1995).

Недостатками способа являются многооперационность, использование для нейтрализации серной кислоты, а значит образование сернокислых стоков.The disadvantages of the method are multioperation, use to neutralize sulfuric acid, and hence the formation of sulfuric acid waste.

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 С01В 33/12, опубл. 30.01.1993).A method of obtaining silicon dioxide, in which pyrogenic highly dispersed silica is produced by burning silicon tetrachloride in a stream of oxygen and hydrogen, the result is highly dispersed amorphous silicon dioxide and hydrogen chloride in a gaseous state (RU 1791383, IPC C01B 33/12, publ. 01/30/1993 ).

Данное производство требует больших энергозатрат и серьезных мер по взрывобезопасности.This production requires a lot of energy and serious measures for explosion safety.

Известен способ получения мелкодисперсного SiO2, включающий автоклавирование твердых кремнийсодержащих продуктов и фторсодержащих соединений (US 6217840, МПК С01В 33/12, С01В 33/08, С01В 7/19, опубл. 17.04.2001).A method of obtaining fine SiO 2 , including the autoclaving of solid silicon-containing products and fluorine-containing compounds (US 6217840, IPC С01В 33/12, С01В 33/08, СВВ 7/19, publ. 04.17.2001).

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.However, the known method is technologically complex, as 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 pressure.

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.Much attention from the variety of methods for producing amorphous silica deserve methods for fusing natural rocks, with a high content of bound amorphous silica, with alkaline fluxes and processing of silicon-containing raw materials with alkali.

Известен способ получения тонкодисперсного аморфного микрокремнезема золь-гель методом, включающий предварительное просушивание и измельчение диатомита. В измельченный диатомит добавляют 10-30%-ный раствор гидроксида натрия, выдерживают в термостате при 70-90°С в течение 2-3 ч при соотношении жидкой и твердой фаз 12:1. Осуществляют осаждение кремниевой кислоты из фильтрата добавлением концентрированного раствора соляной кислоты. Отделяют осадок диоксида кремния и сушат (RU 2625114, МПК С01В 33/18, С01В 33/193, опубл. 11.07.2017).A method of obtaining fine amorphous microsilica by the sol-gel method, including pre-drying and grinding of diatomite. In crushed diatomite add 10-30% sodium hydroxide solution, incubated in a thermostat at 70-90 ° C for 2-3 hours at a ratio of liquid and solid phases 12: 1. Silicic acid is precipitated from the filtrate by adding concentrated hydrochloric acid solution. The precipitate of silicon dioxide is separated and dried (RU 2625114, IPC C01B 33/18, C01B 33/193, publ. 07/11/2017).

Известное решение позволяет получить мелкодисперсный аморфный микрокремнезем дисперсностью 0,062-0,097 мкм из недорогого минерального сырья с выходом целевого продукта до 99,97%. Недостатком способа является невысокая дисперсность полученного микрокремнезема.The known solution allows to obtain fine amorphous silica fume of 0.062-0.097 microns from inexpensive mineral raw materials with a yield of the target product up to 99.97%. The disadvantage of this method is the low dispersion of the obtained silica fume.

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 рН 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 рН 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 рН 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°С (RU 2526454, МПК С01В 33/18, С09С 1/28, опубл. 20.08.2014).The closest in technical essence to the proposed technical solution is a method of obtaining finely dispersed amorphous silica fume, including preliminary grinding and rubbing in an agate mortar to a state of powdered dried and calcined in a muffle furnace diatomite weighing 5-8 g, grinding in a porcelain mortar 6 times the amount of alkaline smooth consisting of a mixture of anhydrous potassium and sodium carbonates, mixing diatomite and alkaline flux in an alundum or corundum crucible, fusing the resulting mixture si in a muffle furnace in a crucible for 40-50 min, followed by pouring the melt onto a silicate base, transferring it to a heat-resistant beaker, extracting 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. The precipitation of silicic acid is performed by adding 30-40 ml of concentrated hydrochloric acid solution and, after slowing down the reaction, the solution is evaporated in a sand bath until the carbon dioxide evolution stops. Sediment treatment is carried out by adding 10-20 ml of concentrated hydrochloric acid solution, then 100-200 ml of distilled water are poured, and after evaporation of the solution in a water bath for 5 minutes until complete dehydration of hydrated silicon oxide (IV) and controlling the pH of the medium by titration 0, A 1 mn solution of potassium hydroxide with methyl orange conducts the separation of silicon oxide (IV) by filtration, collecting the filtrate through a loose ashless filter into a beaker and washing the precipitate with a 0.5% hydrochloric acid solution until negative. shares on iron (III) ions with rhodium. The pH of the medium is controlled by titration with a 0.1 M solution of potassium hydroxide with methyl orange. The precipitate is dried on the filter, then in a Petri dish in an oven at a temperature of 90-120 ° С (RU 2526454, IPC СВВ 33/18, С09С 1/28, publ. 08/20/2014).

Недостатками известного способа являются невысокие выход (70-80%) и 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°С), что приводит к существенному повышению себестоимости конечного продукта.The disadvantages of this method are low yield (70-80%) and dispersion (5-10 microns) of silica fume, in addition, when it is obtained, it becomes necessary to use expensive materials (platinum, alundum crucibles), and also requires high energy costs for the fusion of diatomite with alkaline smooth (800-1000 ° C), which leads to a significant increase in the cost of the final product.

Технический результат заключается в получении ультрадисперсного порошка диоксида кремния дисперсностью 50-100 нм высокой степени чистоты и широким диапазоном удельной поверхности для различных промышленных целей из недорогого исходного минерального кремнесодержащего сырья - диатомита, с минимальными энергетическими затратами, оптимизированной технологической схемой для промышленного производства, а также увеличении выхода ультрадисперсного порошка диоксида кремния до 99,99%, за счет добавления в измельченный диатомит раствора гидроксида натрия, обработки электромагнитным полем и отсутствия необходимости сплавления диатомита с щелочным плавнем.The technical result consists in obtaining ultrafine silica powder with a dispersity of 50-100 nm of high purity and a wide range of specific surface for various industrial purposes from an inexpensive raw mineral silica-containing raw material - diatomite, with minimal energy costs, optimized technological scheme for industrial production, as well as the output of ultrafine silica powder to 99.99%, due to the addition of a solution of hydrochloride to the ground diatomite sodium, processing by the electromagnetic field and the lack of the need for alloying diatomite with alkaline flux.

Сущность изобретения заключается в том, что способ получения ультрадисперсных порошков диоксида кремния включает предварительное просушивание и измельчение диатомита. В измельченный диатомит добавляют 5%-ный раствор гидроксида натрия и обрабатывают электромагнитным полем частотой 0,44 МГц в течение 10-15 мин. 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 температуре 90-120°С.The essence of the invention lies in the fact that the method of obtaining ultrafine powders of silicon dioxide includes preliminary drying and grinding of diatomite. A 5% sodium hydroxide solution is added to the crushed diatomite and treated with an electromagnetic field at a frequency of 0.44 MHz for 10-15 minutes. Silicic acid is precipitated from the filtrate by adding concentrated hydrochloric acid solution, sludge is processed, silicon (IV) oxide is separated by filtration, sludge is dried on a filter, then in a Petri dish in a drying cabinet at a temperature of 90-120 ° C.

В качестве сырья для получения ультрадйсперсного порошка диоксида кремния 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.Sedimentary rock, diatomite, consisting mainly of the remains of diatom algae, usually friable or slightly cemented, light gray or yellowish colored rock, is used as a raw material for obtaining ultradyspersed powder of silicon dioxide. Diatomite powder is insoluble in hydrochloric, nitric, and sulfuric acids and belongs to acidic rocks.

Пример. Просушенную до 10%-ной влажности навеску диатомита массой 1000 г предварительно размельчают в шаровой мельнице до фракции 0,1 мм и растирают в агатовой ступке до состояния пудры. Навеску диатомита в бюксе переносят в коническую колбу емкостью 10 л, добавляют 6 л раствора гидроксида натрия 5%-ной концентрации, перемешивают и выдерживают в течение 15 мин в электромагнитном поле частотой 0,44 МГц. После окончания обработкой электромагнитным полем отделяют непрореагйровавший остаток из горячего раствора фильтрованием через неплотный фильтр. Кремниевую кислоту выделяют из остатка действием концентрированной соляной кислоты, которую добавляют небольшими порциями, при непрерывном перемешивании до кислой среды (рН≈2). Образовавшийся аморфный осадок трудно выделить из раствора фильтрованием, поэтому золь кремниевой кислоты коагулируют. Раствор выпаривают на водяной (песчаной) бане досуха, к сухому остатку добавляют небольшими порциями (30-50 мл концентрированной соляной кислоты) для обезвоживания кремниевой кислоты и снова подсушивают сухой остаток, затем добавляют 4-6 л горячей дистиллированной воды, выдерживают при нагревании и перемешивании для полного растворения солей. Непрореагйровавший осадок диоксида кремния отделяют из раствора фильтрованием через неплотный фильтр, промывают 1%-ным раствором азотной кислоты и большим количеством горячей воды до отрицательной реакции на Сl- - 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 температуре 90°С до постоянной массы.Example. A weighed portion of diatomite weighing 1000 g, dried to 10% moisture, is crushed in a ball mill to a fraction of 0.1 mm and ground in an agate mortar to a powder. A portion of diatomite in a bottle is transferred to a 10 L conical flask, 6 L of 5% sodium hydroxide solution is added, mixed, and incubated for 15 min in a 0.44 MHz electromagnetic field. After completion of the treatment with an electromagnetic field, the unreacted residue from the hot solution is separated by filtration through a loose filter. 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 resulting amorphous precipitate is difficult to isolate from the solution by filtration; therefore, the silica sol coagulates. The solution is evaporated in a water (sand) bath to dryness, to the dry residue is added in small portions (30-50 ml of concentrated hydrochloric acid) to dehydrate the silicic acid and the dry residue is again dried, then 4-6 liters of hot distilled water are added, and the mixture is heated and stirred for complete dissolution of salts. Unreacted precipitate of silicon dioxide is separated from the solution by filtration through a loose filter, washed with 1% nitric acid solution and plenty of hot water until a negative reaction to Cl - - ions with silver nitrate (I) and Fe 3+ ions to a negative reaction with potassium thiocyanate . Drying the washed precipitate, after separation from the filter, is carried out in a Petri dish in a drying cabinet at a temperature of 90 ° C to constant weight.

Результаты элементного анализа полученного ультрадисперсного порошка синтезированного кремнезема рентгенофлуоресцентным методом показали, что он состоит на 98,0-99,99% из диоксида кремния. Основной примесью является хлорид натрия. Оксиды железа, алюминия, кальция, калия, титана содержатся в небольших количествах, которые можно отнести к микрокомпонентам. 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 obtained ultrafine powder of the synthesized silica by the X-ray fluorescence method showed that it consists of 98.0-99.99% of 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. The admixture of sodium chloride was sorbed on the surface of amorphous silica in the process of synthesizing it from sodium hydroxide solution and extracting silicic acid with hydrochloric acid. Sodium chloride is removed by extensive washing with water and dialysis.

Лазерным дифракционным анализатором размера частиц установлен размер частиц полученного ультрадисперсного порошка диоксида кремния -50-100 нм.Laser diffraction particle size analyzer set the particle size of the ultrafine silica powder obtained -50-100 nm.

По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет получить ультрадисперсный порошок диоксида кремния дисперсностью 50-100 нм высокой степени чистоты и широким диапазоном удельной поверхности для различных промышленных целей из недорогого исходного минерального кремнесодержащего сырья - диатомита, без применения дорогостоящих материалов и сложного аппаратурного оборудования, с минимальными энергетическими затратами, оптимизированной технологической схемой для промышленного производства, а также увеличить выход ультрадисперсного порошка диоксида кремния до 99,99%, за счет добавления в измельченный диатомит раствора гидроксида натрия, обработки электромагнитным полем и отсутствия необходимости сплавления диатомита с щелочным плавнем.Compared with the known method, the proposed method allows to obtain ultrafine silica powder with a dispersity of 50-100 nm of high purity and a wide range of specific surface for various industrial purposes from inexpensive raw mineral silica-containing raw materials - diatomite, without the use of expensive materials and complex instrumentation equipment, with minimal energy cost-optimized technological scheme for industrial production, as well as to increase the output of ultradispersed of silicon dioxide powder to 99.99%, due to the addition of sodium hydroxide solution to the crushed diatomite, treatment with an electromagnetic field and the absence of the need to fuse diatomite with alkaline flux.

Claims (1)

Способ получения ультрадисперсного порошка диоксида кремния, 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 температуре 90-120°С, отличающийся тем, что в измельченный диатомит добавляют 5%-ный раствор гидроксида натрия и обрабатывают электромагнитным полем частотой 0,44 МГц в течение 10-15 мин.A method of obtaining ultrafine silica powder, including preliminary drying, grinding of diatomite, precipitating silicic acid from the filtrate by adding concentrated hydrochloric acid solution, treating the precipitate, separating silica (IV) by filtration, drying the precipitate first on the filter, then in a Petri dish in the drying cabinet at temperature of 90-120 ° C, characterized in that 5% solution of sodium hydroxide is added to crushed diatomite and treated with an electromagnetic field at a frequency of 0.44 MHz for 10-15 mi .
RU2018140777A 2018-11-19 2018-11-19 Method of producing ultrafine silicon dioxide powder RU2690830C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018140777A RU2690830C1 (en) 2018-11-19 2018-11-19 Method of producing ultrafine silicon dioxide powder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018140777A RU2690830C1 (en) 2018-11-19 2018-11-19 Method of producing ultrafine silicon dioxide powder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2690830C1 true RU2690830C1 (en) 2019-06-05

Family

ID=67037458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018140777A RU2690830C1 (en) 2018-11-19 2018-11-19 Method of producing ultrafine silicon dioxide powder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2690830C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713259C1 (en) * 2019-06-20 2020-02-04 Мария Павловна Никифорова Method of producing finely dispersed amorphous silica
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 (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5846310A (en) * 1996-04-22 1998-12-08 Merck Patent Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Coated spherical SiO2 particles
RU2262544C1 (en) * 2004-05-26 2005-10-20 Федун Марина Петровна Method of processing quartz leucoxene concentrate
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 (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5846310A (en) * 1996-04-22 1998-12-08 Merck Patent Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Coated spherical SiO2 particles
RU2262544C1 (en) * 2004-05-26 2005-10-20 Федун Марина Петровна Method of processing quartz leucoxene concentrate
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 (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713259C1 (en) * 2019-06-20 2020-02-04 Мария Павловна Никифорова Method of producing finely dispersed amorphous silica
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
Pan et al. Resource, characteristic, purification and application of quartz: a review
CA2407055C (en) Precipitated silicas, silica gels with and free of deposited carbon from caustic biomass ash solutions and processes
CN114174227B (en) Method for obtaining powdery sodium silicate from sandy tailings generated in ore dressing process of iron ore
RU2690830C1 (en) Method of producing ultrafine silicon dioxide powder
JPH09502688A (en) Method for producing spherical silica from olivine
CN102311136A (en) Method for producing low iron aluminum sulfate by utilization of coal gangue
CN102992332A (en) Method for preparing white carbon blacks by using waste silica bricks
CN102515186B (en) Silicon recovery method
NO150954B (en) PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF SILICON Dioxide-SUSTAINED WASTE FLUID TO EXCIPIENTIC SILICIDE OR SILICATE
RU2526454C1 (en) Method of obtaining finely-disperse amorphous microsilica
Seggiani et al. Recovery of silica gel from blast furnace slag
RU2625114C1 (en) Process of producing finely dispersed amorphous microsilica by sol-gel method
NO152040B (en) POLYMERIZED SILICATE MATERIAL AND PROCEDURES OF PRODUCING THEREOF
RU2402485C1 (en) Amorphous silicon dioxide synthesis method
Fakhar et al. A zero-waste approach to blast furnace slag by synthesis of mesoporous nanosilica with high surface area
RU2740995C1 (en) Method of producing microsilica from natural diatomite by precipitation of nitric acid solution
CN101172610B (en) Method of producing high-temperature silica powder
CN102173430B (en) Technique for preparing wollastonite ultrafine powder from calcium silicate hydrate
CN110668454B (en) Method for preparing polysilicon-aluminum by using waste catalyst
JP2019108251A (en) Manufacturing method for cement raw material
JPS6321212A (en) Production of high purity silica
CN103588212B (en) A kind of silicon tetrachloride synthesizes the method for high-purity δ-layered sodium disilicate
CN102642858A (en) Method for leaching aluminum oxide in fly ash by using microwave acid dissolution
RU2261840C1 (en) Method for preparing amorphous silicon dioxide
KR20100085606A (en) Manufacturing method of zeolite by mechanochemical reaction from fe-ni slag