Химия кремнезема - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
П Заказ № 200
162
Глава 2
Растворимые кристаллические силикаты натрия
и калия
Наногидрат метасиликата натрия Ка28Ю3-9Н20 (т. пл. 47°С) представляет собой единственный, приготовляемый в химически чистой форме силикат,, применяемый в качестве стандартного вещества. Для промышленных целей наряду с другими, более высокощелочными сортами силикатов выпускается как безводный №28Ю3, так и ЫагЗЮз • 5Н20.
Следующие формы безводных кристаллических силикатов, полученные из расплава, имеют отношение ЭЮг : М20, равное 1 или выше:
Силикат Т. пл,, °С
КагБЮз 1089
N3981205 874
КгЭЮз 976
К281205 1045
К281409 770
Многочисленные гидраты мета- и дисиликатов рассмотрены Вейлом [1], но основным коммерческим продуктом является Ыа28Юз • 5Н20 (т. пл. 72,2°С).
Свойства раствора
Свойства растворов силиката натрия при различных отношениях 5Ю2 : К1а20 подробно были описаны Вейлом [1] в 1952 г. Очень полезные обобщенные сведения по таким основным свойствам растворов, как величины рН, плотность, вязкость и растворимость, и их фазовым диаграммам были собраны Уэлдесом и Ланге [19]. Ниже приведены примеры некоторых других исследований, хотя автор настоящей книги не проводил полного подбора библиографического материала в данной области.
Если известно отношение ЭЮг : №20, то знание величины плотности силикатного раствора позволяет определить его концентрацию. В противном случае требуется проводить анализ на содержание кремнезема или щелочи. Штыренков и др. [20] предлагают определять нормальность щелочи титрованием, на основании чего можно определить молярное отношение БЮг : Кта20, используя соотношение
55,16(ег—1)Д/ —2,28
где й — плотность раствора я N — нормальность щелочи.
Водорастворимые силикаты
163
Измерения некоторых физических свойств растворов силиката натрия проводились в широкой области отношений и концентраций. Точные данные по величинам рН были опубликованы Бэконом и Уилсом [21], которые для своих измерений использовали специально разработанные электродные ячейки. Сообщались также данные по плотностям растворов, для которых было дано эмпирическое уравнение
й = 1 + а А + ЬА2 + с А3
й — плотность, 20°С/20°С;
А — содержание №20 в растворе, масс.%;
а,Ь, с — константы, меняющиеся в зависимости от молярного отношения ЭЮг : К1а20 (правда, при условии, что величины отношения охватывают лишь область от 1,3 до 0,5).
Была измерена [22] электропроводность растворов в области отношений ЭЮг : Ыа20 1,0—3,95 и концентраций от 10~3 н. до максимальной вязкости растворов.
Грант и Массой [23] измеряли вязкость растворов силиката натрия при отношении 3,41 в пределах концентраций 0,005— 0,3253 г/мл. Было определено, что величина истинной вязкости (т. е. удельная вязкость, отнесенная к концентрации) не зависит от скорости сдвига. При концентрации 0,325 г/мл истинная вязкость составила 16 мл/г; при 0,02 г/мл—3,2 мл/г и при нулевой концентрации экстраполированное значение вязкости оказалось равным 3,1 мл/г. Это показывает, что силикат-ионы имели низкую молекулярную массу, и даже в разбавленном растворе наблюдалось отсутствие цепочечных образований.
Области применения
Для растворимых силикатов, в частности для силикатов натрия, имеется три основные области применения.
1. Средства для чистки и моющие средства, которые в зависимости от контролируемой величины щелочности, как правило, приготовляются из силикатов, имеющих молярное отношение ЭЮ2 : Ма20 менее 2,5, в частности из мета- и ортосили-катов.
2. Применение в качестве клеев, вяжущих и диспергирующих веществ зависит от присутствия полисиликат-ионов, и, как правило, для этих целей пригодны силикаты, у которых отношения меняются в интервале 2,5—3,8. С целью получения максимальной адгезионной прочности- используются силикаты с наиболее низкими отношениями в этом интервале, поскольку подобные силикаты можно получить с более высоким содержанием твердых веществ. Для большей водостойкости связующих
11*
164
Глава 2
необходимо использовать силикаты с более высокими отношениями 5Ю2 : Ыа20.
3. Производство осажденных кремнеземов, золей и гелей. Здесь предпочтительно используется силикат натрия с отношением около 3,3 по сравнению с материалами, имеющими более низкие силикатные отношения, поскольку в первом случае требуется меньшее количество кислоты для нейтрализации щелочи в расчете на единицу количества кремнезема. Благодаря большим объемам производимой продукции силикат натрия с отношением БЮ2 : Ма20 ~3,3 имеет более низкую стоимость. Однако, если важным фактором стоимости продукта является потребление кислоты, то использование силиката с отношением 3,8 дает некоторые дополнительные выгоды.
Для каждого частного применения фирмы—изготовители силикатов дают рекомендации по выбору конкретных видов продукта с тщательно подобранной величиной силикатного отношения и концентрации (или вязкости).
Общие тенденции в использовании силикатов будут, без сомнения, претерпевать изменения, поскольку наряду с силикатом натрия применяются органические связующие и клеящие вещества, которые становятся все более дорогостоящими. За последние более чем 40 лет крахмал в значительной степени заменил силикатные клеи, применяемые при изготовлении гофрированных картонных коробок, но такая тенденция может измениться и в обратную сторону. Смолы, используемые в качестве связующих веществ при изготовлении в литейном производстве изложниц и формовочных стержней, становятся все менее экономичными в связи с повышением цен на сырье и необходимостью снижения уровня атмосферных загрязнений. Замена подобных смол силикатами становится заманчивой по мере появления новых средств, обеспечивающих быстрое затвердевание применяемых смесей [24]. Быстрое затвердевание за счет использования диоксида углерода, применяемого в течение многих лет, но в ограниченном масштабе, может стать универсальным методом [25]. Применение силикатных материалов в качестве связующих в формовочных стержнях порождает проблемы, не встречающиеся при применении смол, которые легко сжигались. Добавление аморфного кремнезема вместе с силикатным связующим веществом позволяет при высокой температуре получать сильное схватывание материала за счет образования областей, богатых фазой кристобалита, которые распадаются при охлаждении системы ниже 200°С [26].
