Способ получения аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи


 


Владельцы патента RU 2480408:

Лягуша Константин Николаевич (RU)

Изобретение относится к технологии переработки минерального сырья и может быть использовано для получения из аморфного диоксида кремния рисовой шелухи. Способ получения аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи включает промывку рисовой шелухи деионизированной водой в ультразвуковом поле в режиме кавитации с подогревом до 90°С, в течение 10 мин при частоте 20 кГц и 20 мин при частоте 35-60 кГц соответственно. Затем проводят обугливание, измельчение золы и окислительный обжиг в реакторе, футерованном кварцевым стеклом, при постоянном перемешивании в токе очищенного воздуха и подъеме температуры не более 10°С/мин. Изобретение позволяет получать экологически чистым способом аморфный диоксид кремния с чистотой до 99, 99%, удельной поверхностью до 420 м2/г и размерами частиц 10-80 нм. 5 пр.

 

Изобретение относится к технологии переработки минерального сырья и может быть использовано для получения из рисовой шелухи аморфного диоксида кремния, который может найти применение в фармацевтике, пищевой и косметологической промышленности, в электронике, в оптической промышленности, при производстве высококачественной керамики, пластмасс, лакокрасочных и резинотехнических изделий, при этом рисовая шелуха как крупнотоннажные отходы рисового производства являются дешевым и естественно возобновляемым сырьем.

Известно несколько способов получения аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи, позволяющих получать конечный продукт различной степени чистоты. По патенту Индии №148538, опубликованному 28.03.1981 г., рисовую шелуху обрабатывают 0,3-6 - нормальным раствором неорганических кислот при 100°С в течение 0,2-12 часов, фильтруют, сушат и сжигают на воздухе при 750°С. В результате получают диоксид кремния с чистотой не выше 98%. По патенту ФРГ №2416291, кл. С04В, начиная с температуры 100°С, рисовую шелуху нагревают со скоростью 25 К/мин; в интервале температур 200-450°С нагрев производят в отсутствие воздуха, а в интервале 450-700°С - в присутствии воздуха или водяного пара. В результате получают аморфный диоксид кремния с чистотой не выше 98%. По патенту Великобритании №1508825, МКИ С01В 33/12 рекомендуется нагрев в диапазоне 200-250°С со скоростью 10-40 К/мин; окислительный обжиг ведут при температуре не выше 900°С. В результате получают диоксид кремния. По патенту Китая №86-104705, кл. С01В 33/113 температура окислительного обжига не должна превышать 600°С, что надежно обеспечивает получение аморфного диоксида кремния. По патентам Индии №159066, 159017, МКИ С01 В 33/12 температура окончания процесса окислительного обжига не должна превышать 700°С, а процесс ведут в присутствии пара. Получают аморфный диоксид кремния с чистотой не выше 99%. Известен способ получения высокочистого аморфного диоксида кремния по патенту РФ №2144498. Указанный способ включают рассев шелухи, промывку шелухи водой, кислотное травление, сушку в центрифуге и сушильной камере, предварительный обжиг при 350-400°С с одновременным размолом промежуточного продукта, окислительное сжигание при 700-800°С в токе воздуха и/или кислорода при постоянном перемешивании. По указанному способу получают порошок диоксида кремния в аморфной форме с размером частиц 2-20 мкм, с чистотой 99-99,99%. Использование минеральных кислот и чистого кислорода делает этот способ дорогим и небезопасным.

Таким образом, известные способы получения диоксида кремния из рисовой шелухи недостаточно рациональны и экологически небезопасны либо требуют сложных и дорогостоящих систем очистки.

Наиболее близким является способ, описанный в патенте РФ №2061656 С1 от 10.06.1996 г. Способ включает промывку шелухи водой, кислотное травление, промывку деионизированной водой, предварительный обжиг при 120-500°С, измельчение полученного промежуточного продукта и окислительное сжигание при 500-800°С в "кипящем слое". Получают аморфный диоксид кремния с размерами частиц 0,5-10 мкм (удельная поверхность 200-370 м2/г) и содержанием основного вещества до 99,99%.

Недостатком этого способа является применение минеральных кислот, что делает способ экологически небезопасным в связи с кислотными отходами, а также низкие удельная поверхность и дисперсность получаемого диоксида кремния, которая ограничивает область его применения. Процесс сопровождается неконтролируемыми выбросами дыма.

Задачей изобретения является создание способа получения аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи в безотходном и экологически чистом процессе.

Технический результат изобретения заключается в экологически чистом получении из рисовой шелухи аморфного диоксида кремния с чистотой до 99,99%, удельной поверхностью до 420 м2/г и размерами частиц 10-80 нм.

Указанный технический результат достигается способом получения аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи, включающим промывку рисовой шелухи деионизированной водой, обугливание, измельчение золы и окислительный обжиг, в котором, в отличие от известного, промывку осуществляют дважды в ультразвуковом поле в режиме кавитации с подогревом до 90°С, в течение 10 мин при частоте 20 кГц и 20 мин при частоте 35-60 кГц соответственно, а окислительный обжиг производят в реакторе, футерованном кварцевым стеклом, при постоянном перемешивании в токе очищенного воздуха и подъеме температуры не более 10°/мин.

В соответствии с предлагаемым способом промывку рисовой шелухи проводят в ультразвуковом поле последовательно дважды - в течение 10 мин при частоте 20 кГц и в течение 20 мин при частоте 35-60 кГц при температуре до 90°С. Параметры режима промывки оптимальны для достижения указанного технического результата и экономически целесообразны. Обугливание шелухи проводят при температуре 120-400°С с одновременной подачей воздуха и непрерывным перемешиванием шелухи при равномерном подъеме температуры в течении 60 мин. Добавляемый воздух предварительно очищают от примесей с помощью мембранных фильтров. Полученную золу измельчают до размера частиц 20-200 мкн и подвергают окислительному обжигу при температуре 500-700°С в течение 80 мин, получая диоксид кремния с чистотой до 99, 99% с удельной поверхностью до 420 м2/г. При этом окислительный обжиг ведут при постоянном перемешивании в токе очищенного воздуха, что позволяет избежать загрязнения получаемого продукта, а подъем температуры не должен превышать 10°С/мин, что позволяет оптимизировать процесс обжига. Полученный диоксид кремния сепарируют по фракциям. Крупную фракцию перемалывают на мельницах до размера 10-80 нм.

Пример 1. Навеску рисовой шелухи массой в 1 кг промывают деионизированной водой и сушат при комнатной температуре. Далее помещают рисовую шелуху в печь и осуществляют обугливание при температуре 120-400°С. Полученную золу размалывают в лабораторной мельнице и помещают в печь из! жаропрочной нержавеющей стали для окислительного обжига при температуре 500-700°С. Выход конечного продукта 180 г, что составляет 18% от массы исходной рисовой шелухи. Чистота аморфного диоксида кремния 95,2%, удельная поверхность 200 м2/г, размер частиц 50-100 нм, цвет темно-серый.

Пример 2. Процесс осуществляют аналогично примеру 1, за исключением того, что рисовую шелуху промывают дважды в ультразвуковом поле в режиме кавитации с подогревом до 90°С в течение 10 мин при частоте 20 кГц и 20 мин при частоте 35-60 кГц соответственно. Выход конечного продукта 150 г, что составляет 15% от массы исходной рисовой шелухи. Чистота аморфного диоксида кремния 99,2%, удельная поверхность 320 м2/г, размер частиц 50-100 нм, цвет кремовый.

Пример 3. Процесс осуществляют аналогично примеру 2, за исключением того, что окислительный обжиг ведут в реакторе, футерованном кварцевым стеклом, при постоянном перемешивании в токе очищенного воздуха и подъеме температуры не более 10°С/мин. Выход конечного продукта 140 г, что составляет 14% от массы исходной рисовой шелухи. Чистота аморфного диоксида кремния 99,99%, удельная поверхность 420 м2/г, размер частиц 10-80 нм, цвет белый.

Пример 4. Процесс осуществляют аналогично примеру 3, за исключением того, что окислительный обжиг ведут в токе неочищенного исходной рисовой шелухи. Чистота аморфного диоксида кремния 99,5%, удельная поверхность 370 м2/г, размер частиц 20-90 нм, цвет белый.

Пример 5. Процесс осуществляют аналогично примеру 3, за исключением того, что окислительный обжиг ведут при подъеме температуры более 10°С/мин. Выход конечного продукта 150 г, что составляет 15% от массы исходной рисовой шелухи. Чистота аморфного диоксида кремния 99,9%, удельная поверхность 370 м2/г, размер частиц 40-100 нм, цвет белый. Рентгеноструктурный анализ показал наличие примеси кристаллического диоксида кремния в количестве до 20%.

Таким образом, предлагаемый способ по примеру 3 позволяет получить диоксид кремния с наибольшей чистотой - до 99,99%, удельной поверхностью до 420 м2/г и размерами частиц 10-80 нм.

Способ получения аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи, включающий промывку рисовой шелухи деионизированной водой, обугливание, измельчение золы и окислительный обжиг, отличающийся тем, что промывку осуществляют дважды в ультразвуковом поле в режиме кавитации с подогревом до 90°С, в течение 10 мин при частоте 20 кГц и 20 мин при частоте 35-60 кГц соответственно, а окислительный обжиг производят в реакторе, футерованном кварцевым стеклом, при постоянном перемешивании в токе очищенного воздуха и подъеме температуры не более 10°С/мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии химической переработки минерального сырья, в частности к способам получения высокодисперсного диоксида кремния - аналога белой сажи, применяемого в качестве минерального наполнителя в отраслях промышленности, использующих высокодисперсные наполнители.

Изобретение относится к области технологии неорганических веществ, в частности к способам переработки отходящих газов, образующихся в процессе получения пирогенного диоксида кремния высокотемпературным гидролизом хлоридов кремния.
Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ. .

Изобретение относится к способам очистки отходящих газов от содержащегося в них силана SiH4. .

Изобретение относится к осажденной кремниевой кислоте и способу ее получения. .

Изобретение относится к области промышленной утилизации растительных отходов, преимущественно кремнийсодержащих. .

Изобретение относится к технологии изготовления детали из искусственного кварца для применения в качестве оптического элемента для ArF-литографии, подлежащего облучению лазерным светом, имеющим длину волны 200 нм или короче.

Изобретение относится к области переработки отходов сельскохозяйственного производства, в частности к переработке рисовой шелухи. .

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к осаждению разных диэлектрических слоев производных кремния в производстве субмикронных СБИС (сверхбольших интегральных схем).

Изобретение относится к области кавитационной обработки жидких сред, а также сред, где удельное содержание воды или иной жидкой фазы превышает 65-70% от общей массы. .

Изобретение относится к области кавитационной обработки жидких сред, а также сред, где удельное содержание воды или иной жидкой фазы превышает 65-70% от общей массы. .

Изобретение относится к области гидродинамики и касается способа возбуждения акустических колебаний в текучей среде и устройства для его осуществления. .

Изобретение относится к области химии и теплоэнергетики. .
Изобретение относится к способу получения биопрепарата, который включает смешивание оксигидроксида железа с водорастворимым полимером с последующей обработкой суспензии ультразвуком, отличающийся тем, что используют гелеобразный оксигидроксид железа (ОГЖ-гель), выделенный на станциях обезжелезивания подземных вод, водорастворимый полимер и дополнительно вводят глицерин при соотношении компонентов, масс.%: ОГЖ-гель50-60 Водорастворимый полимер2,5-3 Глицерин 10-15 Водадо 100.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при производстве изделий из ячеистого бетона. .

Изобретение относится к технике физико-химических превращений текучих сред и может использоваться в химических, пищевых, фармацевтических технологиях, а также для получения эмульсий, состоящих из трудно смешиваемых компонентов.

Изобретение относится к устройствам для тепломассоэнергообмена жидких, газовых, газожидкостных смесей, взвесей и дисперсий в механо-физико-химических процессах превращения акустическим способом и позволяет увеличить мощность акустического вихревого взаимодействия, обеспечить управление режимом резонанса акустического воздействия на продукт.Технический результат достигается тем, что в устройстве для тепломассоэнергообмена, содержащем раздельные напорные камеры, сообщенные тангенциальными пазами с соответствующими вихревыми трубами, расположенными по окружности относительно осевой вихревой трубы и выполненными раздельными относительно друг друга, на выходе вихревые трубы сообщены между собой резонаторными отверстиями.

Изобретение относится к плазмотермической переработке и утилизации твердых и жидких промышленных и сельскохозяйственных отходов (биомассы), позволяющей преобразовать углеродсодержащие соединения и воду в плазмогаз, и может быть использовано в энергетике, на предприятиях химической промышленности, при переработке твердых бытовых отходов.

Изобретение относится к аппаратам для обработки различных технологических сред. .
Изобретение относится к области медицины, а именно к способу получения растворимого концентрата из побочной продукции пантового оленеводства
Наверх