Химия кремнезема - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Водорастворимые силикаты
159
диаметром 1 мм растворялись в натриевом силикатном стекле при 950°С, и пришли к заключению, что именно диффузия являлась регулирующим фактором процесса растворения. При содержании 40 % Иа20 коэффициент диффузии составлял 4,4 * 10~8 см2/с. К аналогичным результатам пришли Главак и Надельминска [10].
Исследователи продолжают вводить незначительные усовершенствования с целью получения прозрачных и чистых силикатных растворов. Так, было обнаружено [11], что если натриевое силикатное стекло соотношением 3,25 растворяется в воде под давлением до слишком высокого значения концентрации, то получаемый раствор становится мутным. Если же процесс растворения останавливается при концентрации, соответствующей значению 38°В., а затем в вакууме концентрации доводится до 41°В., то получается прозрачный концентрированный раствор. Ратмел [12] обнаружил, что добавление ТЮ2 к жидкому стеклу при концентрации в точке плавления от 0,04 до 0,3%, дает возможность получать более прозрачные растворы силиката натрия. По-видимому, присутствие 4 молей ТЮ2 на 1 моль кальция предотвращает образование нерастворимых силикатов кальция.
Использование других солей натрия, помимо карбоната, до сих пор ограничено. Айлер и Точ [13] в 1941 г. изучили равновесную реакцию
ЭЮ2 (тв.) +2МаС1 (газ) +Н20 (газ)==2НС1 (газ) + На28Ю3 (жидк.) и нашли
«= [МДю] =+2'9 при 1000 °С
Расчеты показали, что невозможно производить НС1 для практических целей, хотя конверсия ЫаС1 вполне приемлема. Химическое равновесие более смещено при температуре 1000°С, но, однако, при этом слишком низка скорость реакции. Хенф и Соул [14] в 1972 г. повторно изучили эту реакцию при более низких температурах, вплоть до 700°С, и пришли к заключению, что константа химического равновесия позволяла использовать данную реакцию при технологической обработке некоторых медных руд, содержащих кремнезем.
Сульфат натрия вступает в реакцию с песком даже в окислительной атмосфере при 1400°С, если только реагирующие вещества распределяются в очень тонком слое (0,5 мм). Однако использование восстановительной среды (по-видимому, СН4) при 900°С позволяет получать по данной реакции Н2Б [15].
В закрытой системе при 700—900°С сульфит натрия реагирует с кремнеземом следующим образом [16]:
ЗШгБОз + 8Ю2 = 2Ма2504 + Ма28Ю3 + Э
160
Глава 2
В том случае, когда стоимость МаОН более низка по сравнению с ЫагСОз, силикатные растворы с отношениями БЮг : Ма20 вплоть до 2,0 или даже до 2,5 можно приготовлять прямой автоклавной обработкой песка с использованием крепкого раствора ЫаОН. Сообщено [17], что имеется возможность получать силикатные растворы с отношением вплоть до 3,22, если применять такие гидратированные или микрокристаллические кремнеземы, как опал, халцедон, диатомит или триполит. Мори и Хесельгессер [18] исследовали систему вода—кремнезем— моноксид натрия при 400°С и давлениях вплоть до 2500 бар. Твердыми фазами были Ма25Юз, На251205 и кварц.
Коммерческие растворы
Уэлдес и Ланге [19] обобщили свойства растворимых силикатов и их применение. Типичные коммерческие (США) растворы перечислены в табл. 2.1. При рассмотрении силикатных растворов представляют интерес следующие основные параметры, которые могут изменяться:
а) разновидность щелочного металла;
б) отношение БЮ2 к оксиду щелочного металла (молярное
Таблица 2.1
Составы типичных коммерческих силикатов щелочных металлов, изготовляемых в США
Щелочной Отношение Содержание, % Плотность, Вязкость, сП
металл S102 : Л120 г/см3
(По массе) Si02 MjO
Натрий 3,75 25,3 6,75 1,32 220
3,25 29,9 9,22 1,41 830
3,25 28,4 8,7 1,39 160
3,22 27,7 8,6 1,38 100
2,87 32,0 11,1 1,49 1 250
2,58 32,1 12,5 1,51 780
2,50 26,5 10,6 1,40 60
2,40 33,2 13,85 1,56 2 100
2,20 29,2 13,3 1,50 —
2,00 29,4 14,7 1,53 400
2,00 36,0 18,0 1,69 70 000
1,90 28,5 15,0 1,52 —
1,80 24,1 13,4 1,44 60
1,60 31,5 19,7 1,68 7 000
Калий 2,50 20,8 8,3 1,26 40
2,20 19,9 9,05 1,26 7
2,10 26,3 12,5 1,38 1 050
Водорастворимые силикаты
161
или по массе); в случае силиката натрия оба этих отношения приблизительно одинаковы;
в) концентрации твердых веществ.
Силикаты натрия производятся в виде жидкого стекла в интервале молярных отношений 5Ю2 : На20 от 1,6 до 3,9. Они поступают в продажу в кусковой или в порошкообразной
о)
а
2,0 3,0 4,0 5,0
Молярное отношение SiOz/M20
Рис. 2.1. Зависимость максимальной концентрации Si02 от молярного отношения Si02: М20 силикатного раствора с вязкостью, при которой еще сохраняется его текучесть.
1 — M='Na; 2 —M = Li.
форме, как частично гидратированные порошки и концентрированные растворы. Жидкие стекла силиката калия имеют молярные отношения БЮг : К20 в интервале 2,83—3,92 и продаются в виде порошков и растворов.
Для получения коллоидного кремнезема или тонкодисперсных порошков БЮ2 почти повсеместно используется раствор силиката натрия с отношением 3,25. Максимальная, практически получаемая концентрация кремнезема в коммерческих растворах силиката натрия ограничивается значением вязкости, которое для таких растворов должно быть достаточно низким, чтобы их можно было перекачивать при обычных условиях. Как показано на рис. 2.1, чем выше отношение БЮ2 : Ыа20 в коммерческих растворах, тем ниже максимальная концентрация кремнезема.
