天然硅灰石制备稳定硅溶胶试验研究

摘  要

    对以天然硅灰石制备硅溶胶进行了研究，通过实验，确定其良好工艺条件为：加水量为硅灰石的13倍，反应温度3℃、反应时间15min pH=35工艺流程简单，易于工业化。
   

   一、前言 

    硅溶胶亦称硅酸溶胶，或称硅酸水溶胶，它是高分子二氧化硅粒子分散在水中的胶体溶液硅溶胶是具有发展前途的无机高分子材料之一，广泛应用于精密铸造、纺缌造纸涂料、粘结剂、陶瓷、耐火材料、化工等各个领域，国外硅溶胶产量比较大，一些工业发达国家硅溶胶年消费量在5- 10kt而日本经过近三十年的努力使硅溶胶年产量达20k t/a左右：

    我国硅溶胶的工业生产始于五十年代，主要采用离子交换硅酸钠法进行生产，这种方法也是目前*各国*常用的生产方法由于硅酸钠生产能耗高，增加了硅溶胶的生产成本，而其它各种方法又各有利弊，我们借鉴国外利用水合硅灰石为主要原料制备硅溶胶的方法，对以天然硅灰石为主要原料制备稳定的硅溶胶进行了探索该法成本低，设备简单，有利于工业化生产。

我国近年来发现了几处较大型的*天然硅灰石矿，并有高品位矿粉供应市场，为该法提供了充足的原料为此，我们进行了初步研究，并且得到了较满意的结果。

二、制备原理

    本方法以天然硅灰石为主要原料，采用化学凝聚法制备稳定的硅溶胶， 经过阳、阴离子交换树脂后得到的H2SO3水溶液基本不含有阳、阴离子，排除了硅溶胶易凝固的一个*主要因素净化后的H2SO3水溶液接近中性，这种条件下硅溶胶不稳定硅溶胶的稳定性与pH值有密切关系，因而要求在硅溶胶制备过程中要严格控制pH值，以保证硅胶不产生凝固化现象。

硅溶胶在pH=8 5以上才达到稳定状态，而刚刚净化后的溶液处于中性，因此必须向其中加入稳定剂，我们选择了N aOH作稳定剂，使得稀胶的pH值达到8 5以保证当时以及浓缩过程中不至凝固而处于稳定状态。

上述的硅溶胶可以保持稳定的状态，但硅溶胶浓度很低，必须经过浓缩才能得到有一定浓度稳定的硅溶胶，稀硅溶胶在浓缩时，在SD2含量低于22l/o的过程中，S 1J2胶粒的大小几乎没有变化，也就是说低浓度、低分子量的SD2聚合程度不大，与单纯的去水浓缩过程相似，这个过程称为浓缩过程：在SO2含量高于22%以后，由于单位体积内SO2的密度增大，导致胶粒间发生明显的聚合反应，该过程与高分子的聚合反应相似，称为聚合过程；因此，在浓缩过程中，可采用较快的蒸发速率，而在聚合过程中，必须采用较缓的蒸发速率，以保证SO2颗粒之间不高度聚合丽产生凝腕我们要制备18- 20%稳定的硅溶胶，所以在整个浓缩过程中，可以采用较快的蒸发速率，以尽快达到所要求的浓度。

三主要原料及实验流程和酸性侵入体的接触带中，是钙质矽卡岩中的主要矿物，共生矿物以方解石、石榴石、透辉石为主，有时还有少量方柱石的石英等偏硅酸钙或硅灰石有两种变态：a-硅灰石（假硅灰石）与β-硅灰石，前者能与硫酸作用，而后者却不能因此，以选a-灰石品位高的矿为良好。

几年前，我国在吉林大顶山与辽宁法库已发现较大型的*硅灰石矿，现已供应市场。

    三种硅灰石的主要成分基本相同，但是，合成硅灰石中基本上都是a-硅灰石，而天然硅灰石却含有一定量的β-硅灰石，这对制备硅溶胶有一定的影响其它原料：

    硫酸：96- 98%

    盐酸：36- 38%

    烧碱：NaOH（固体）

阳离子交换树脂：强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，001X 7(732)

阴离子交换树脂：弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂，201X7(717)

    3实验操作

    把2L的三口瓶放在恒温水浴锅中，装好搅拌器和温度计，并升温将一定量的150目硅灰石粉和一定量的去离子水加入当水浴锅温达到所要求的温度时，控制恒温，开动搅拌，使转速达到1300 -1600rpm,加入一定量的硫酸，控制转速，保持激烈搅拌状态，以保证反应中放出的热及时散发，从而也保证反应温度的相对稳定，反应一定时间后，关闭电源，停止搅伴，此时其pH值在2 .5-3. 5

    反应混合物经过减压过滤器进行分离，得到硅酸水溶液，冷却至室温，经阻阳离子交换树脂进行净化，使pH值分别达到l 5-2 0和6-7

    净化后的硅酸水溶液，在有搅拌情况下，加入一定量的NaOH（0 1N)稳定剂，使pH值达到8 5左右，然后再过滤，*后在常压下，采用快速加热进行浓缩，使比重达到1 12g/cm3左右，便得到硅溶胶。

四、良好工艺条件的选择

    l试验因素与水平的确定

    (1)酸用量

    当加入l00g硅灰石粉和l000fnL水，温度恒定300℃加入浓硫酸450和453mL时，反应的pH值稳定在3 5和2 5左右，过滤得到稀硅溶胶，从而得知，每l00g硅石粉需98%硫酸450- 453mL左右。

    (2)水用量

    将去离子水量改为900m,L而其它条件不变，则反应未至终点，物料产生凝固现象，无法过滤与分离，故水的加入量至少在10倍于硅灰石，才能顺利进行反应和分离。

    (3)温度与时间

    当物料在30℃以下时，反应很慢，30℃以上时，则反应很快，大约5:nirl pH开始明显上升，在12- 18min时，pH达稳定，直至终点而温度高于60℃时，由于受CaSO4性质影响，对净化不利。故反应温度定在30-60℃之间，时间定在12- l8min。

合成咪唑胺的新工艺

    摘  要

    本文研究了由硝基胍与乙二胺直接合成咪唑胺的新工艺设计了一组四因子三水平的正交实验，优化了反应条件，使得咪唑胺含量≥95%，收率≥72%。