Растворимое и жидкое стекло - Корнеев В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Ввиду сложности процесса взаимодействия жидких стекол с растворами солей щелочноземельных металлов качество получаемых продуктов с теми или иными технологическими свойствами в очень сильной степени зависит от частных тонкостей технологии, а не только от температуры, концентрации реагентов, скорости перемешивания, порядка смешения реагентов и скорости смешения, глубины предварительной частичной нейтрализации жидкого стекла кислотой. Поэтому требования к технологическим разработкам и к соблюдению технологии весьма высоки. Так,
например, для получения эффективных адсорбентов из силикатов магния, обесцвечивающих минеральные масла, осаждение силикатов из жидкого стекла проводят реакцией с СаС12 и последующим ионным обменом кальция на магний в растворе магниевых солей.
Как уже отмечалось, осадки силикатов щелочноземельных металлов содержат в большей или меньшей степени и ионы щелочного металла, и анионы соли использованного щелочноземельного металла. Они рентгеноаморфны и обнаруживают признаки кристаллизации при нагревании. Растворы щелочных силикатов эффективно взаимодействуют также со многими твердыми веществами, в состав которых входят ионы щелочноземельных металлов: различные глины, стекла, золы, шлаки и, конечно, малорастворимые соли этих металлов, такие как карбонаты, сульфаты, фосфаты, фториды, силикаты, оксиды и гидроксиды. Со всеми веществами этого типа жидкие стекла образуют твердеющие системы. Время твердения при этом широко варьируется от нуля до бесконечности. Оно существенно зависит от типа твердого вещества, типа его кристаллической структуры или степени его аморфности, от температуры процесса, степени его дисперсности, от концентрации и модуля жидкого стекла, соотношения Т:Ж.
Вязкость смеси СаСОз с низкомодульным жидким стеклом быстро растет во времени, в то время как такая же смесь с высокомодульным жидким стеклом может оставаться без видимых изменений длительное время. При модуле 2 натриевое жидкое стекло с СаСОз схватывается при 30 °С за 6 ч и при 40 °С менее чем за 2 ч; при модуле 3,3 смесь начинает схватываться при этих же температурах соответственно за 100 и за 20 ч. Такая же смесь с модулем 4 в' течение длительного времени обнаруживает только признаки взаимодействия. Кальциты гораздо менее реакционноспособны по сравнению с арагонитами. Свежеосажденный мел наиболее реак-ционноспособен в жидкостекольных системах. При взаимодействии щелочных силикатных растворов с различными кальцийсодер-жащими материалами переход Са2+ в раствор может предшествовать образованию силикатов кальция. В других случаях осаждение кремнезема на кальциевых поверхностях твердой фазы является первой стадией, и тогда взаимодействие реагентов в течение длительного времени ограничивается узкой зоной контакта фаз и диффузия ионов кальция оказывается лимитирующей стадией. Обновление поверхности механическими способами в таких случаях становится мощным кинетическим фактором. Некоторые сформировавшиеся в геологические эпохи кальций- или магнийсодержащие минералы столь прочно удерживают эти ионы в своей структуре, что практически инертны, и только поверхности минералов имеют сродство к кремнезему. Если при взаимодействии жидких стекол с растворимыми солями щелочноземельных металлов обнаружение и идентификация продуктов реакции является сложной и неоднозначно решаемой задачей, то в гетерогенных процессах эта проблема усугубляется.
60
61
Соединения щелочноземельных металлов во многих случаях применяют в качестве отвердителей жидкостекольных композиций. При использовании высокоактивных реагентов необходимы точная дозировка и обеспечение воспроизводимых условий смешения. Менее активные реагенты не так чувствительны к условиям, но требуются в гораздо большем количестве или с гораздо большей поверхностью. Они могут оставаться в значительных количествах в образовавшемся композиционном материале и тем влиять на его свойства. В ряде случаев использования малоактивных форм различие между отвердителем и наполнителем жидкостекольных систем оказывается чисто условным.
Взаимодействие растворов щелочных силикатов с растворимыми солями других поливалентных металлов, таких как цинк, кадмий, медь, никель, железо, марганец, свинец и другие, во многом протекает аналогично взаимодействию с солями щелочноземельных металлов. Образование студенистых осадков малорастворимых гидроксидов металлов происходит еще более легко и также способствует созданию мембран на границах смешиваемых фаз. Образование кристаллических продуктов тоже маловероятно ввиду полимерности не только анионов, но и катионов. Редкое исключение составляет относительно легко кристаллизующийся силикат меди, образующийся при взаимодействии щелочных силикатов с растворами сульфата или хлорида меди. В местах контакта фаз рН резко изменяется, так как ионы гидроксила поглощаются катионами поливалентного металла, что способствует полимеризации кремнезема. Поверхность студенистых осадков более развита и склонность к адсорбции и соосаждению различных ионов больше. Продукты взаимодействия представляют собой смесь гидроксидов, силикатов и основных солей в аморфном состоянии, причем соотношение между ними определяется теми же условиями проведения реакции. Оксиды цинка и свинца, в том числе сурик РЬ304, осаждают кремнезем из растворов жидких стекол, причем их активность зависит от температурной обработки, которой они подвергались. Хорошо сформированные состарившиеся окислы большинства тяжелых металлов практически инертны в щелочных силикатных системах. С высшими окислами молибдена и вольфрама, находя-, щимися в ионной форме молибдатов и вольфраматов, в кислых средах мономерный кремнезем образует гетерополикислоты. Полимерные и коллоидные формы кремнезема взаимодействуют с молибденовой кислотой медленней по мере образования мономерных форм, на этом основано условное деление общего содержания кремнезема в жидких силикатных системах на растворимый (а-БЮг) и коллоидный. Хроматы и бихроматы осаждают кремнезем из растворов щелочных силикатов, при этом отмечается появление полезных технических свойств осажденных форм.
