Растворимое и жидкое стекло - Корнеев В.И.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 20 полибарические изотермы системы БЮг—Кг5.03— Н20 для температур от 200 до 600 °С обозначены тонкими линиями. Жирными линиями без чисел ограничены области существования тех или иных силикатов, находящихся на линии в равно^-весии друг с другом, а также с жидкой и газообразной фазой (<2 — точки сосуществования трех кристаллических фаз). В системе Кг5Ю3—Н20 при температуре 600 °С расплав почти не отличается по составу от кристаллической фазы КгЗЮз* /2Н2О, но по мере охлаждения растворимость полугидрата сильно падает. Ниже температуры 380 °С донной фазой, находящейся в равновесии с раствором, будет моногидрат К25Ю3-Н20, который при температуре несколько ниже 200 °С не образует равновесий с растворами. При этой температуре линия равновесия фаз Кг5.03- Н20 и К25.205-Н20 пересекает сторону треугольника НгО-КгЗЮз. С увеличением силикатного модуля (начиная примерно от 1,5) равновесной кристаллической фазой становится дисиликат калия. При температуре от 200 до 400 °С это моногидрат, при более высоких температурах — безводный К251205. В области низких температур — менее 200 °С — дисиликат калия растворяется инконгруэнтно, т. е. по существу гидролизуется. Узкую область модулей, близкую к четырем, занимает тетрасиликат калия К251409-Н20, или КН51г05. Сам тетрасиликат растворяется конгруэнтно практически от 515 °С (его температура плавления)
31
30
вплоть до 360 °С. Ниже этой температуры он разлагается с обра зованием аморфного кремнезема. При еще большем модуле систе мы равновесной донной фазой является кремнезем, а раствори-мость кремнезема очень сильно зависит от содержания К^Ю в системе и от температуры.
Для наглядности на рис. 21 представлено изменение давления пара и состава донной фазы в системе К^Юз—БЮг-НгО при движении вдоль по изотермам рис. 20.
Рассмотрим изотерму 360 °С начиная от двойной системы К^Юз—Н20, где при этой температуре в равновесии с раствором находится моногидрат КгЭЮз-НгО. При перемещении по этой изотерме вдоль кривой при модуле 1,04 наблюдается излом, отве чающий сосуществованию моногидрата и полугидрата с насыщенным раствором и паровой фазой. Затем до модуля 1,29 стаби лен полугидрат, а в области 1,29—1,43 он сменяется дисиликатом калия. При еще больших модулях образуется гидрат дисиликата калия, стабильность которого сохраняется до модуля 2,27, а затем сменяется КНБЬОб. Последний устойчив до модуля 3,3, после чего силикат калия полностью гидролизуется, и дальше стабильна только кремнекислота. Давление пара над КН5Ь05 при прибли
К^иЗз-Угн'гО
3,0^40 л
Рис. 21. Полибарические изотермы системы К20—8Ю2—Н20 в координатах: давление насыщенного пара — силикатный модуль [151 Давление пара (ось ордииат) выражено через пропорциональную ему величину - число граммов воды в паровой фазе системы
32
Таблица 6. Растворимость геля кремиекислоты в растворах щелочей при различных температурах
Мг 8Ю2 на 100 мл раствора щелочи
/, "С 25 40 60
0,1 м кон 150 258 300
0,1 М №ОН 223,3 276,4 295
Мг БЮг на 100 мл раствора щелочи при 40 °С
Концентрация
щелочи, 0,1 0,5 1,0 1.5 2,0
моль/дм3
кон 258 1750 3174 5164 6166
№ОН 276 1475 2532 4335 5873
жении к области его сосуществования с кремнекислотой резко растет.
При понижении температуры фактором, определяющим стабильность фаз, будет усиливающийся гидролиз. Так, при 285 °С инвариантная точка, отвечающая сосуществованию моногидратов мета- и дисиликатов, отвечает модуль 1,13. При 200 °С она смещается до модуля 1,04, и стоит лишь незначительно снизить температуру, как этот модуль, отвечающий инвариантности, станет ниже 1,0, и метасиликат не может уже существовать в равновесии с раствором. Точно так же инвариантная точка равновесия К2ЗЬ05-Н20 и КНБЬОб с раствором при понижении температуры смещается в сторону низких модулей, при 200 °С она отвечает модулю 1,66. Это означает, что при температурах ниже 200 °С моногидрат дисиликата при растворении станет разлагаться.
В области температур до 100°С были предприняты специальные усилия, чтобы достичь равновесия путем растворения тех или иных силикатов калия или определить хотя бы их метастабильную растворимость. Было установлено, что дисиликат калия растворяется в воде очень легко, а КН51205 ведет себя как малорастворимое вещество. Сами растворяющиеся кристаллические фазы разлагаются водой с различной скоростью, и метастабильных состояний, относящихся к растворимости какой-либо метаста-бильной фазы, не удалось зафиксировать. Наиболее устойчивый при обычных температурах КНБЬСЬ нестабилен в водном растворе и постепенно превращается в аморфный осадок геля кремиекислоты, а жидкая фаза представляет собой разбавленный раствор, содержащий щелочь и кремнезем. Таким образом, концентрация насыщенного раствора в системе КгО—5Ю2—Н20 при обычных температурах определяется растворимостью кремнезема в растворе щелочи. Данные по растворимости кремнезема в виде геля кремнеземкислоты в водных растворах КОН и ЫаОН приведены в табл. 6. Они относятся к способу насыщения, использованному авторами [19], и даются здесь как ориентировочные.
