Спосіб одержання діоксиду кремнію із рисового лушпиння

Спосіб одержання діоксиду кремнію із рисового лушпиння, що включає екстракцію органічних складових рисового лушпиння, промивання, сушіння та термообробку нерозчинного залишку в середовищі повітря чи кисню, який відрізняється тим, що перед екстракцією рисове лушпиння промивають, сушать та подрібнюють до частинок з середнім розміром 40-200мкм з проведенням екстракції органічних складових та додатково неорганічних домішок металів в дві стадії: на першій стадії 95%-им етиловим спиртом з додаванням 0,510мас.% соляної кислоти при температурі кипіння розчину та співвідношенні твердої і рідинної фази 1:(8-10), відповідно, протягом 0,5-6 годин, на другій стадії водним розчином сірчаної кислоти з концентрацією 5-15мас.% при температурі кипіння розчину та співвідношенні твердої і рідинної фази 1:(810), відповідно, протягом 0,5-6 годин, а термообробку нерозчинного залишку проводять при температурі 600-650°С протягом 0,1-1 години. Винахід належить до області виробництва диоксиду кремнію, який використовують в електротехніці, електроніці, косметиці, медицині, будівництві та при виробництві нових матеріалів з унікальними властивостями. Відомий спосіб одержання диоксиду кремнію дозволяє одержувати аморфний диоксид кремнію з рисового лушпиння з чистотою 99,9%. Спосіб включає розсіювання рисового лушпиння, промивання в холодній воді, обробку в 0,01-0,1 нормальному гарячому розчині сірчаної кислоти, промивання в гарячій воді, промивання в холодній воді, сушку при температурі 105-120°С. Потім спалюють рисове лушпиння при 200-500°С, подрібнюють с послідовним окислювальним спалюванням при температурі 700-780°С з подачею повітря або кисню. При цьому швидкість підйому температури не повинна перевищувати 25К/хв., а тривалість окислювального спалювання 0,5-2 години. [Патент 6 2061656 России, МПК С01В33/12. Способ получения аморфного диоксида кремния из рисовой ше лухи. / Земнухова Л.А., Сергиенко В.И, Каган B.C. №94031518/26; заявл. 29.08.94., опубл. 10.06.96.] Відомий спосіб одержання диоксиду кремнію з рисового лушпиння, що включає розсіювання рисового лушпиння (відсів пилу, круп'яних крихт, крупних стебел), одноразове промивання в холодній воді, обробку в 0,01-0,1 нормальному розчині сірчаної або соляної кислоти при температурі 8090°С протягом 3-4годин при постійному перемішуванні, злив кислотного розчину, промивку в гарячій воді (температура 80-90°С) протягом 1-2годин, шестикратне промивання і сушку в центрифузі, промивання в холодній воді, сушку при температурі 105-120°С, попереднє спалювання при 350400°С в закритому реакторі з перемішуванням та помелом згорілого лушпиння, із відсмоктуванням диму через лабіринтовий фільтр і воду, наступне окислювальне спалювання при температурі 700780 °С спочатку в струмені повітря до зникнення свічення полум'я, а потім в струмені кисню протягом 40 хвилин при постійному перемішуванні. Чис (19) UA (11) 88748 (13) (21) a200813731 (22) 28.11.2008 (24) 10.11.2009 (46) 10.11.2009, Бюл.№ 21, 2009 р. (72) СОРОКА ПЕТРО ГНАТОВИЧ, ГРИДНЄВА ТЕТЯНА ВАСИЛІВНА, ТЕРТИШНИЙ ОЛЕГ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, РЯБІК ПАВЛО ВАСИЛЬОВИЧ, СМІРНОВА ОЛЕНА СТЕПАНІВНА (73) ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД "УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКОТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ" (56) SU 1832114 A1, 07.08.1993 RU 2233795 C1, 10.08.2004 WO 0158808 A1, 16.08.2001 KR 20010096628 A, 08.11.2001 CN 1449996 A, 22.10.2003 CN 1792789 A, 28.06.2006 CN 1935646 A, 28.03.2007 CN 1962438 A, 16.05.2007 C2 1 3 тота аморфного диоксиду кремнію 99,99 %. [Патент 2144498 Россия, МПК7 С01В33/12, С09С1/48. Способ получения высокочистых аморфных диоксида кремния и углерода из рисовой шелухи. / Земнухова Л.А., Видоградов В.В., Былков А.А., Виноградов Д.В. - №99102010/12; заявл. 01.02.99; опубл. 20.01.00.] Недоліками цих способів є складність технологічного процесу, великі витрати енергії, необхідність постійного контролю за фільтрами, щоб у кінцевому продукті не було надлишкового вуглецю. Також відомі способи потребують використання чистого кисню, що робить процеси дорогими та енергоємними. Крім того, тривалість окисного випалу 0,5-2 години реалізується в періодичних режимах, що знижує продуктивність процесів та їх екологічність. Відомий спосіб одержання диоксиду кремнію, який включає промивання рисового лушпиння водою та мінеральною кислотою, сушку в електромагнітному полі СВЧ діапазону, попереднє випалювання вихідної сировини при температурі 520570°С, а потім окислювальне випалювання в струмені повітря чи кисню в статичному або динаміч7 ному режимі. [Патент 2191159 Россия, МПК С01В33/12. Способ получения ультрадисперсного аморфного или нанокристалического диоксида кремния / Хачатуров Н.А., Виноградов В.В., Виноградова Е.П. - №2001113925/12; заявл. 25.05.01; опубл. 20.10.02.] Недоліками є циклічність, багатостадійність, необхідність застосування практично для всіх операцій різних технічних засобів та різного спеціального устаткування. Створення ламінарного потоку окислювального газу складно забезпечити на практиці. Найбільш близьким до способу, який заявляється, за технічною суттю та результатом, що досягається є спосіб одержання диоксиду кремнію з рисового лушпиння, який включає завантаження лушпиння в реактор, подачу повітря, проведення термообробки в струмені повітря при температурі 500-850°С з добавкою водяної пари або вуглекислого газу, вивантаження продукту. Перед подачею рисового лушпиння в реактор проводять обробку водним розчином мінеральної кислоти до зменшення маси вихідного лушпиння не менш ніж 10% за допомогою перколяційного гідролізу, потім промивку водою та сушіння до залишкової вологості 7 %. Лушпиння завантажують у реактор разом з диоксидом кремнію. При завантаженні реактора в лушпиння добавляють до 90т диоксида кремнію на 1т лушпиння. Патент 2307070С2 Россия, МПК С01В33/12. Способ получения из рисовой шелухи аморфного диоксида кремния / Зюбин Л.В. - заявка №2005122317/15; заявл. 14.07.05; опубл. 27.09.07. Бюл. №27] (прототип). Недоліками прототипу є складність технологічного процесу, яка обумовлена тим, що для забезпечення чистоти одержаного диоксиду кремнію необхідно додаткове введення до рисового лушпиння диоксиду кремнію, використання водяної пари або вуглекислого газу, двостадійну термообробку, що знижує загальну продуктивність процесу та призводить до збільшення енерговитрат. Даний 88748 4 процес одержання диоксиду кремнію пов'язаний з додатковим спеціальним устаткуванням для одержання вуглекислого газу та водяної пари, а також використанням контролюючих пристроїв. Основним недоліком є те, що у реакційну зону крім рисового лушпиння необхідне додавання диоксиду кремнію, що в свою чергу ускладнює процес та його апаратурне оформлення. Великий вміст вуглецю у вихідному рисовому лушпинні викликає необхідність додаткового використання водяної пари. Неможливо одержати диоксид кремнію з відтвореними властивостями. В основу винаходу поставлена задача розробки удосконаленого способу одержання диоксиду кремнію із рисового лушпиння з чистотою 99,99% шляхом максимального видалення компонентів, які містять вуглець та неорганічні домішки металів за рахунок двостадійної екстракції. Поставлена задача досягається тим, що відомий спосіб одержання диоксиду кремнію із рисового лушпиння, що включає екстракцію органічних складових рисового лушпиння мінеральною кислотою, промивання, сушіння та термообробку нерозчинного залишку в середовищі повітря чи кисню, відповідно до винаходу, перед екстракцією рисове лушпиння промивають, сушать та подрібнюють до частинок з середнім розміром 40-200мкм з проведенням екстракції органічних складових та неорганічних домішок металів в дві стадії: на першій стадії 95% мас. етиловим спиртом з додаванням 0,510% мас. соляної кислоти при температурі кипіння розчину та співвідношенні твердої і рідинної фази 1:(8÷10), відповідно, на протязі 0,5-6 годин, на другій стадії водним розчином сірчаної кислоти з концентрацією 5-15% мас. при температурі кипіння розчину та співвідношенні твердої і рідинної фази 1:( 8÷10), відповідно, на протязі 0,5-6 годин, а термообробку нерозчинного залишку проводять при температурі 600-650°С на протязі 0,1-1 години. Технологія отримання високочистого диоксиду кремнію повинна включати три основні стадії: подрібнення рисового лушпиння, видалення із нього частини органічної складової та неорганічних домішок і термічну обробку нерозчинного залишку. Нерозчинний залишок після екстрагування повинен мати максимальний вміст кремнезему та мінімальний органічних сполук. З цільного рисового лушпиння видалення компонентів, які містять вуглець, хімічним способом за рахунок екстракції у відповідних екстрагентах практично неможливо, тому, що вихідне рисове лушпиння покрите захисною плівкою, в структуру якої входить кремнезем. Ця плівка перешкоджає проникненню екстрагента до органічної складової рисового лушпиння. Для покращення умов екстракції застосовано попереднє подрібнення рисового лушпиння. Наводимо приклади запропонованого винаходу. Приклад 1. Вихідне рисове лушпиння промивають холодною та гарячою водою, сушать, подрібнюють до середнього розміру частинок 150мкм. Поміщають в термостатований реактор з мішалкою з метою 5 88748 видалення надлишкового вуглецю хімічним способом. Процес екстракції проводять в дві стадії при температурах кипіння екстрагентів та співвідношенніТ:Р=1:10. На першій стадії проводять екстракцію лігніну за допомогою 95% мас. етилового спирту та добавкою 1,5% мас. соляної кислоти на протязі 6 годин. На другій стадії екстрагують целюлозу та неорганічні домішки металів за допомогою водного розчину сірчаної кислоти з концентрацією 15% мас. на протязі 6 годин. Нерозчинний залишок фільтрують, промивають та висушують. Отриману шихту піддають термообробці при температурі 650°С на протязі 10 хвилин в печі в атмосфері повітря. Вміст диоксиду кремнію в кінцевому продукті складає 99,99%. Вміст надлишкового вуглецю - 0,01%. Приклад 2. Аналогічно прикладу 1. Процес екстракції лігніну проводять за допомогою 95% мас. етилового спирту та добавкою 0,5% мас. соляної кислоти на протязі 1 години. На другій стадії екстрагують целюлозу та неорганічні домішки металів за допомогою водного розчину сірчаної кислоти з концентрацією 5% мас. на протязі 1 години. Вміст аморфного диоксиду кремнію в кінцевому продукті Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 6 складає 99,99%. Вміст надлишкового вуглецю 0,01%. Приклад 3. Аналогічно прикладу 1. Процес екстракції лігніну проводять за допомогою 95% мас. етилового спирту та добавкою 10% мас. соляної кислоти на протязі 6 годин. На другій стадії екстрагують целюлозу та неорганічні домішки металів за допомогою водного розчину сірчаної кислоти з концентрацією 15% мас. на протязі 6 годин. Вміст диоксиду кремнію в кінцевому продукті складає 99,99%. Вміст надлишкового вуглецю - 0,01%. Використання винаходу, порівняно з прототипом, дозволяє знизити температуру та тривалість перебування нерозчинних залишків рисового лушпиння в реакційній зоні під час термообробки та одержувати диоксид кремнію з відновлювальними властивостями та чистотою 99,99%. Відсутність надлишкового вуглецю в одержаному диоксиді кремнію не потребує допоміжної стадії його випалювання, що значно скорочує загальну тривалість процесу та зменшує енерговитрати. Спосіб одержання диоксиду кремнію із рисового лушпиння може бути використаний в електротехніці, електроніці, косметиці, медицині, будівельних матеріалах та при виробництві нових матеріалів з унікальними властивостями. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601