【文章內容簡介】 之，溶膠系統(tǒng)的穩(wěn)定是暫時的，聚結是絕對的。三、膠凝及其影響因素所謂膠凝就是硅溶膠粒子間互相聯(lián)結，在整個容積內形成網(wǎng)狀支架結構，將水溶液包含在內而失去流動性，成為凍狀硅凝膠。新制備的硅溶膠如能放置一年或更長時間后再發(fā)生膠凝是正?，F(xiàn)象，這從上面闡述的硅溶膠的穩(wěn)定性是可以理解的。否則是我們不希望的，應盡力避免。從本質上來說，硅溶膠的穩(wěn)定性是暫時的，而經(jīng)過相當長的時間發(fā)生凝膠現(xiàn)象則是絕對的。這是因為不能從根本上改變硅溶膠是熱力學不穩(wěn)定體系的客觀規(guī)律。我們只能采取一定的辦法，降低它的膠凝速度而已。為此，根據(jù)硅溶膠穩(wěn)定性和硅酸的自聚合機制，不難理解影響凝膠作用的因素有：硅溶膠的pH值、膠粒大小和濃度、電解質的存在和溫度高低等，這里不再詳述。硅溶膠具有較大的吸附性。硅溶膠中無數(shù)膠團產(chǎn)生的無數(shù)網(wǎng)絡結構空隙，在一定條件下能夠對無機物及有機物具有一定的吸附作用。硅溶膠具有較大的比表面積，一般為:150300M2/g。硅溶膠具有較好的粘結性。因其膠團尺寸均勻，在1020m/u左右，自身風干即產(chǎn)生一定的粘結強度，但強度較小。如果將硅溶膠加入到某種纖維或粒狀材料中，然后干燥固化即可成為堅固的凝膠結構，會產(chǎn)生較大的粘結性。（）。 硅溶膠具有良好的耐溫性:一般可耐1600℃左右的高溫。 硅溶膠具有較好的親水性和較強的憎油性：可以用蒸餾水或無離子純水稀釋至任意濃度，而且隨稀釋度的增加而穩(wěn)定性增強；當加入到有機物或多種金屬離子中，又可以產(chǎn)生憎油性。 此外，硅溶膠具有高度的分散性、較好的耐磨性和良好的透光性等，因此可以做良好的分散劑、防腐劑、絮凝劑、冷卻劑等等。 一、執(zhí)行技術標準《工業(yè)硅溶膠》HG/T 25212008二、產(chǎn)品各項性能指標見下表表41 產(chǎn)品性能指標一、型號： AJN830指標名稱標準檢驗結果二氧化硅含量SiO2293130氧化鈉含量Na2O2O%≤ 比重(25℃) PH值 黏度（mpas）(25℃)34 平均粒徑（nm）79二、型號： AJN1430指標名稱標準檢驗結果二氧化硅含量SiO2293130氧化鈉含量Na2O2O%≤ 比重(25℃) PH值 黏度（mpas）(25℃)≤ 平均粒徑（nm）1016 三、型號：SW30 酸性（30176。）指標名稱標準檢驗結果二氧化硅含量SiO23031氧化鈉含量Na2O2O%≤ 比重(25℃) PH值 黏度（mpas）(25℃)≤ 平均粒徑（nm）1020 、合理性該產(chǎn)品的生產(chǎn)采用離子交換法，用陽離子除去鈉離子，再用陰離子交換樹脂除去大硫、氯等陰離子，調整ph值進行晶種的形成及晶體的長大，采用超濾濃縮的方法取得產(chǎn)品。該法的一般過程是將較稀的硅酸鈉溶液先后通過陽離子和陰離子交換樹脂（也有僅通過陽離子樹脂的），得到含雜質陽離子和陰離子極少的稀硅酸溶液。然后進行穩(wěn)定性處理，或配制晶種，或使底液粒徑增大，或相互結合使用。再采用減壓（或常壓）蒸發(fā)濃縮或超濾濃縮等方法，最終制得高濃度硅溶膠商品。其工藝過程大體如下圖所示。一、離子交換法制備稀硅酸溶膠以工業(yè)水玻璃為原料，加入合格的去離子水，％左右的稀溶液；澄清過濾后，首先以一定的流速通過強酸性H型陽離子交換樹脂，除去鈉離子及其它金屬陽離子；再經(jīng)強堿性OH型陰離子交換樹脂，除去雜質氯離子和其它陰離子，從而制得較純的稀的硅酸溶膠。其中的主要交換反應可以寫成：陽樹脂：Na4SiO4＋4R—H—→H4SiO4＋4R—Na陰樹脂：Cl＋R′—OH—→OH＋R′—Cl這個過程盡管相比之下難度不大，但要達到最佳操作，需要考慮的問題仍較多，現(xiàn)舉幾例如下：離子交換過程是一個間隙操作過程，是交換和再生輪換進行的。每一次水玻璃的交換量與離子交換樹脂的理論交換量有關，與裝填的樹脂總量有關，與再生的好壞有關。交換量的多少直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質量。水玻璃稀溶液通過交換樹脂的流速，過快過慢都不利。一般說來應該是，當水玻璃的濃度和交換柱的結構確定后，流速應盡可能地大一些，只要保證水玻璃的交換量全部通過后，Na2O的含量仍在指標之內。需要注意的是，有時由于水玻璃的濃度較高，通過的流速又較慢，則容易發(fā)生交換柱內的凝膠現(xiàn)象。樹脂的再生主要有，是采用順流再生還是逆流再生，無論從何角度講，都應盡可能地采用逆流再生。這樣不僅可以節(jié)省再生劑和再生時間，而且易于徹底再生，保證始終較好地發(fā)揮樹脂的離子交換功能。二、穩(wěn)定性處理穩(wěn)定性處理是制備硅溶膠的關鍵性一個步驟。否則硅酸在自聚過程中，尤其在高濃度情況下，極易生成具有三維空間的網(wǎng)狀硅凝膠。為了使硅溶膠不僅在濃縮的過程中不凝膠，而且在一年以上的儲存期中也不凝膠，就必須加入一定量的膠溶劑（或叫穩(wěn)定劑），并調整溶液的pH值為9～10時，即可達到穩(wěn)的目的。這種外加膠溶劑（溶解于水的電介質物質）以提高硅溶膠分散體系的動力學穩(wěn)定性的做法稱為硅溶膠的穩(wěn)定性處理。膠溶劑的選擇是一個值得重視的問題，既要具有調節(jié)pH值的作用，又不能帶進溶液較多的雜離子，更重要的應有利于提高膠粒和溶液間的電位差，即溶液的電動電位。這個電位越高，溶膠的穩(wěn)定性越好。判斷電位的高低可以用微觀電泳儀來跟蹤觀測。常用的膠溶劑一般有：堿金屬氫氧化物、氨的水合物、水合肼、聯(lián)氨等在水中可以電離出OH的無機物質。對于特殊用途（如防凍處理）也有添加氫氧化鋰或低分子量的有機胺（如甲胺、乙胺等）作穩(wěn)定劑的。一般添加千分之幾的氫氧化鈉即可達到較好的穩(wěn)定效果。過量添加穩(wěn)定劑不僅是不必要的，而且還可能改變其性質。其次，膠溶劑的加入方式也需注意，舉例說是一次性加入，還是分批加入；底液和加入液是否要區(qū)別對待等都是應考慮的問題。三、硅溶膠的濃縮目前世界上生產(chǎn)硅溶膠的方法很多，但不論采用什么具體方法生產(chǎn)硅溶膠，一般都須經(jīng)過濃縮才能獲得適用價值。因此，硅溶膠的濃縮工藝是生產(chǎn)硅溶膠的最重要、最關鍵的一個步驟。要想生產(chǎn)出高濃度、低粘度、穩(wěn)定的硅溶膠產(chǎn)品，較大的程度上決定于濃縮的方法。硅溶膠的濃縮方法，國外在很多專利文獻中都有簡單介紹。歸納起來可以分為兩大類：一類是超濾法，一類是蒸發(fā)法。前者用超濾器進行濃縮，后者采用常壓、減壓、加壓裝置及其結合裝置進行濃縮。也有用蒸發(fā)法和超濾法結合起來進行的。濃縮的好壞主要應表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，膠粒要適當?shù)拇?，且可以根?jù)應用場合對粒徑的要求不同，而在濃縮的過程中可以調節(jié)；第二，溶膠的透明性好，粘度??；第三，儲存穩(wěn)定期長，至少一年以上。這三個方面，其中粒徑應該是主要的，特別是濃度越高，則對粒徑的要求越大。一般認為，常壓蒸發(fā)濃縮法要達到SiO2含量26％以上是困難的，往往尚未濃縮到所需濃度就產(chǎn)生了凝膠。即使當時不凝膠，則存在粒徑小，粘度大，穩(wěn)定期短等缺點，用途不廣（主要符合無機建筑涂料要求），應用價值不大。加壓濃縮法就是先進行加壓升溫處理使粒徑增大，然后進行蒸發(fā)濃縮，據(jù)講可以制得高濃度硅溶膠。但由于使用了高溫高壓設備，設備投資大，生產(chǎn)成本高，故不是簡便易行的好方法。因此，比較后認為減壓濃縮（或與常壓結合使用）是較為簡單實用的方法，我國目前主要是這一方法。因為硅溶膠的蒸發(fā)濃縮過程并非是簡單的蒸發(fā)脫水過程，而應是伴隨著膠粒不斷地長大的物理化學變化過程。通常采用減壓恒液位濃縮法。該操作是在蒸發(fā)濃縮器中進行，其要領是一邊加熱蒸發(fā)脫除溶膠中的水份，一邊補加稀的硅溶膠，要使補加量等于蒸出的水量，即可保持濃縮器中的物料恒液位。這種生產(chǎn)方法仍有許多操作細節(jié)值得探討，一般情況仍存在粒徑增長不大，粒徑差別大，產(chǎn)品收率低等問題。為了進一步改善產(chǎn)品質量，有研究者認為采用加底料恒液位減壓（或常壓）濃縮，同時控制好蒸發(fā)和加料的速度，前期加料速度慢，后期加料速度快。目的在于使活性硅酸能及時地與膠粒結合，盡量避免在濃縮的過程中產(chǎn)生過多的細小的膠粒。這樣操作后，據(jù)講可以收到好的效果：容易制得30～40％的硅溶膠，不僅操作控制容易掌握，而且產(chǎn)品粒徑大，粘度小，穩(wěn)定性好，SiO2收率在80％以上，高的超過90％。如果預先延長底料培養(yǎng)粒徑的時間，可以濃縮得到40％以上的硅溶膠，甚至生產(chǎn)50％的硅溶膠。四、超濾法是一種較為先進的制備硅溶膠的方法。超濾法就是用超濾器進行濃縮。超濾器跟過濾器不同，超濾器所用的超濾膜只允許水及可溶性的鹽通過，不允許溶膠顆粒通過?？梢娫摲椒ū容^有效，它不僅能除去稀溶膠中的水分，而且還能除去少量的離子或易溶物。但是不允許在超濾膜上有濾餅或沉淀物出現(xiàn)，所以必須在不斷攪拌下進行超濾。超濾能否按預想的目的進行，關鍵是要有適用的超濾膜。一般可選用適合的聚砜膜。超濾過程無粒子長大的過程，因此要制得具有一定顆粒的硅溶膠，必須在超濾前使膠粒長大。因此，此時的一般工藝流程為：制備過程的主要操作要點有：首先按要求配制一定濃度的硅酸鈉稀溶液，SiO2含量可從5％～15％；將配制好的稀溶液直接用氫型陽離子交換樹脂進行離子交換除鈉，經(jīng)除鈉后的離子交換樹脂，按常規(guī)用5％HCl再生，留下批使用；經(jīng)除鈉得到的新生硅酸輸入加有晶種的反應釜，使二氧化硅膠粒在不產(chǎn)生新的晶核條件下不斷長大；在此過程中，為了不形成新的膠粒核心和有效控制粒子的大小，必須將加粒速度嚴格控制在計算值范圍內；將粒子增長達到規(guī)定要求的稀硅溶膠，輸送入超濾機，通過聚砜膜常溫超濾濃縮，即可得到濃縮至SiO2含量達40％左右的成品濃硅溶膠。該法明顯的優(yōu)點有：可以用SiO2含量高達15％的硅酸鈉溶液直接進行離子交換除鈉，效率高；在粒子增長的過程中，不僅可以有效控制粒徑，能夠根據(jù)需要生產(chǎn)具有適宜粒徑的產(chǎn)品，而且粒子大小均勻，粒度分布范圍較窄；采用常溫超濾濃縮，節(jié)約能源，節(jié)省工時，降低了成本，經(jīng)濟效益較好。因此，在諸方法中此法應算是好方法。硅酸鈉水 廢渣液稀酸罐稀堿柜 樹脂再生離子交換離子交換離子交換 新生硅膠品種制備穩(wěn)定劑、水穩(wěn)定劑 超 濾合 成硅溶膠成品包裝（單耗） 硅酸鈉：；5%稀鹽酸：；燒堿：。（單耗） 電：100kw；蒸氣：1t/t；天然氣：70m3/t；。表42 建設項目設備明細表序號設備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量備注一電力、電氣、儀表1橋架、配電箱、柜、橋架 套 1電線、電纜2變壓器100KVA 臺 1二生產(chǎn)動設備 111天然氣蒸汽鍋爐2t臺 1附水處理設備2硅酸鈉溶解罐5t 臺 23搪玻璃反應釜5t 臺 24搪玻璃反應釜3t 臺 15不銹鋼反應釜3t 臺 36超濾機 臺 17板框壓濾機 臺 18各類防腐泵 臺20三生產(chǎn)靜設備（各類罐） 23 1碳鋼水罐100m3臺 1FRP防腐 2液體硅酸鈉碳鋼儲罐60m3臺 2FRP防腐 3稀釋、沉淀、成品PP柜 30m3臺 3各1臺 4鹽酸、過濾液PP儲罐 20m3臺 2各1臺 5硅溶膠半成品PP柜 10m3臺 3 6PP計量罐 5m3臺 4 7PP計量罐 3m3臺 3 8PP其它罐 2m3臺 5 四其他 1地秤50t臺 1 2檢驗設備套 1 3自動化控制系統(tǒng)套1 含儀器儀表 4操作平臺 5FRP防腐6消防環(huán)保設備 套 1 五運輸汽車 1解放貨車10t臺2 2運輸罐車15t臺 2第五章 原料來源、生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案硅酸鈉由本廠自己生產(chǎn)；燒堿、鹽酸由省內周邊城市化工企業(yè)采購；其他穩(wěn)定劑由沈陽采購。；由自建水井(提水量50 m3/h)供水。生產(chǎn)耗電52萬kw/a（含生活用電），由當?shù)毓╇娋止┙o。本工程生產(chǎn)35萬m3/a，已納入遼河油田供氣指標。 本工程運輸年耗柴油50t，由石油公司和加油站供應。主要原材料及能耗用量見下表： 表51 原輔材料及能源消耗統(tǒng)計表 單位萬元序號原料名稱單位數(shù)量單價/元金額備 注一原料 4651硅酸鈉t/a3000 1300390本廠生產(chǎn)2鹽酸5%t/a 565 700 40外購31%鹽酸3燒堿t/a 503000 154穩(wěn)定劑t/a 258000 20廠方保密二能耗 1491電萬kw/a 52 2水 萬t/a 1 3天然氣 萬m3/a 35 4柴油 t 50 合計