Жидкое стекло натриевое

Определение
Жидкое стекло является продуктом варки кварцевого песка и соды, а также кварцевого песка и поташа. При варке образуется силикатная глыба, из которой в свою очередь производят растворы различного состава и концентрации. Существенным отличающим признаком растворов являются содержание твердых примесей, плотность и соотношение кремнекислоты (Si0₂) к щелочи Na₂0, Ka₂0), причем последняя характеристика совсем не означает, что Si0₂ или Na₂0 (Ka₂0) имеют место как таковые, а также и то, что этим приводятся какие-либо смесеметрические соотношения. Поэтому считается нетипичным приводить химические формулы для описания стандартных (коммерческих) растворов жидкого стекла. Жидкое стекло натриевое, чья масса содержит 26,8% Si0₂ и 8% Na₂0, имеет, к примеру, массовое соотношение 3,35. Молекулярное соотношение кремнекислоты к щелочи рассчитывается из массового соотношения следующим образом:

Жидкое стекло натриевое:
Молекулярное соотношение = Соотношение массы х 1,032

Жидкое стекло калиевое:
Молекулярное соотношение = Соотношение массы х 1,568

В общеязыковом употреблении жидкое стекло натриевое и калиевое с массовым соотношением кремнекислоты к щелочи свыше 2,50 называют «нейтральным», ниже 2,50 – «щелочным». Такие определения неверны, так как в действительности все copтa жидкого стекла реагируют на щелочь. Однако такие термины продолжают довольно часто встречаться в международной практике.

Производство
Жидкое стекло образуется в результате варки песка и соды (поташа) в газовых печах и печах на жидком топливе при температуре около 1300^о С. Жидкое стекло подается и стекает на медленно движущуюся транспортную ленту, состоящую из стальных пластин или литых ковшей, на которых оно охлаждается, застывает и лопается на стеклокуски (силикатную глыбу). Полученное жидкое стекло отличается от обычного тем, что при определенных условиях растворяется и приобретает жидкообразное состояние. Большинство сфер применения жидкого стекла подразумевает жидкий продукт в форме водных растворов. Процесс растворения происходит в специальных автоклавах под давлением. Получающийся раствор фильтруется, затем регулируется соотношение до нужного значения кремнекислоты и щелочи. После раствор доводится до нужной плотности и транспортируется в емкость для хранения.

Посредством капельной или вальцованной сушки из жидкого стекла получают порошок, который содержит от 15 до 20% остаточной влаги (воды). Этот порошковый продукт легко растворяется в воде при обычных условиях.

Виды и сорта продукции
Жидкое стекло имеет три основные формы состояния, а именно: силикатная глыба, жидкий раствор стекла и растворимый порошок. Внутри каждой группы имеется подразделение на сорта, что отвечает разнообразным запросам по отдельным качествам и характеристикам жидкого стекла как продукта.

Вообще, сорта растворимого (силикатная глыба) и порошкообразного стекла разделяют на «нейтральные» и «щелочные». И напротив, жидкое стекло представлено широкой палитрой растворов, которые различаются соотношением кремнекислоты и щелочи, а также плотностью. Плотность, обычно, соразмеряется таким образом, чтобы растворы жидкого стекла могли бы без труда перекачиваться насосом при обычных температурах. Более высокая концентрация из-за высокой вискозности серьезно затруднит использование жидкого стекла при нормальной температуре.

Структура
В растворах жидкого стекла имеются в наличии силикаты со спектром от мономерного ортосиликата до высокомерных форм. Средний показатель полимеризации зависит от соотношения кремнекислоты и щелочи, а также от концентрации силикатного раствора. С повышением соотношения возрастает полимеризация кремнекислотных анионов и вискозность раствора, соответственно, повышается.

рН-значение
Хотя термины «нейтральный» и «щелочной» широкоупотребительны в описании жидкого стекла, однако, все растворы жидкого стекла реагируют на щелочь. рН-значение стандартных растворов лежит между показателями 11 и 13.

Разбавление водой в соотношении от 1:10 до 1:100 изменяют рН-значение раствора жидкого стекла лишь незначительно: 1%-ный раствор имеет рН-значение между 10 и 12.

Плотность
Плотность растворов жидкого стекла измеряется, обычно, аэрометром, который имеет градированную шкалу (кг/м³). При частом измерении плотности имеет смысл использовать пробор измерения плотности по принципу колебаний. Требующееся количество жидкого стекла (около 0,7см³) и время достижения температурной константы у этих приборов крайне незначительно.

Плотность зависит от концентрации раствора, темературы и соотношения
кремнекислоты к щелочи. На практике измерение проводится при температуре отклоняющейся от 20^о С. В этих случаях значение плотности корректируется
следующим образом. Если температура раствора выше 20^оС, то значение должно
повышаться приблизительно на 0,28 кг/м³ на каждый градус температурной разницы.
Если же температура ниже 20^о, то значение соответствующим образом
понижается.

Вискозность
Вискозность является одной из наиболее важных характеристик жидкого стекла, поскольку играет большую роль в его производстве и применении. Вискозность определяется многими факторами. Важнейшие из них: соотношение кремнекислоты и щелочи, концентрация и температура. Вискозность увеличивается по мере возрастания показателя концентрации и соотношения кремнекислоты и щелочи и уменьшается при возрастании температуры.

Добавка растворимых солей к растворам жидкого стекла вызывает общее повышение вискозности. Смеси натриевых и калиевых растворов жидкого стекла имеют более высокую вискозность, чем в отдельности.

Вискозиметр. Элементарный метод измерения вискозности базируется на определении скорости падения стального шарика в раствор жидкого стекла. Вискозность легко расчитывается в mРахs. Измерителем скорости падения служит вискозиметр, принцип действия которого состоит в скатывании стального шарика через стеклянную трубку в раствор жидкого стекла. Все приведенные значения вискозности определены с использованием такого вискозиметра.

Вискозиметры Брукфильда, Штромера или Хаака удобнее в эксплуатации, легче чистятся и обладают высокой точностью в определении результатов измерений.

Термичность
Чтобы определить показатель вискозности жидкого стекла в стадии перекачки и обработки и сильно зависящий от температуры, емкости для жидкого стекла часто прогреваются. При расчете снабжающей массы тепла за основу взят показатель специфичной теплоты раствора жидкого стекла.

Жидкое стекло натриевое 37/40: соотношение массы 3,35 с=3,0 КДж/кг х К Жидкое стекло натриевое 48/50: соотношение массы 2,75 с= 2,5 КДж/кг х К

Точка варки
Жидкое стекло и порошкообразное стекло используется как вяжущее вещество в шихте при высоких температурах. Поскольку порошкообразный продукт в зависимости от вида и соотношения кремнекислоты и щелочи разжижается при различных температурах, то выбор определенного сорта жидкого стекла зависит от требуемой температурной постоянной.

Натриевое жидкое стекло (силикатную глыбу) разжижают между 590^о и 670^о и варят при температурном промежутке от 760^о до 870^оС.

Сушка
Сушка растворов жидкого стекла происходит как при обычных температурах, так и повышенных. Затем процесс высыхания все более и более замедляется и, в конце концов, протекает еле заметно, хотя высушенная субстанция все еще содержит заметное количество воды. Последняя стадия осуществляется при температуре 350-400^о. Скорость сушки и остаток воды растворов жидкого стекла при заданной температуре зависит от соотношения кремнекислоты и щелочи. Чем выше это соотношение, тем быстрее происходит сушка и тем меньше остаток воды в просушенном жидком стекле.

Отвердение
Состояние жидкого стекла при температуре ниже 0^о зависит от его концентрации и соотношения кремнекислоты и щелочи. Натриевое жидкое стекло с соотношением 2,0 и содержанием твердого вещества 54% сохраняет свой обычный вид и при температуре – 10^о и при разогревании вновь приобретает свои прежние качества.

Натриевое жидкое стекло с соотношением 3,3 и содержанием твердого вещества 35%, напротив, мутнеет уже при -2^о вследствие кристаллизации. Это приводит к тому, что на поверхность поднимаются кристаллы. После их таяния на основе предыдущего выделения из воды (льда) появляются образования, которые уже не подлежат устранению.

Химическое состояние
Отвердевшая пленка жидкого стекла регидротизируется под влиянием влажности и полностью растворяется в воде. Поэтому соединения с жидким стеклом после разогревания нестабильны и растворяются. Устойчивости можно достигнуть благодаря химической модификации, например, через реакцию с более обогащенными ионами металла, которые образуют нерастворимые силикаты, или через нейтрализацию щелочи кислотой, из-за чего кремнекислота выделяется из жидкого стекла как нерастворимый гель. Подобно свободным кислотам действуют кислые соли и соединения, которые образуют в процессе гидролиза кислоты.

Устойчивости можно добиться и через химическую реакцию жидкого стекла с амфотерной металлической крошкой, базовыми оксидами металлов, алюминатами, цинкатами и плюмбатами. В результате этих реакций образуется большинство труднорастворимы силикатов в смеси с кремниевым гелем. Подобные реакции     возможны с порошкообразным наполнителем и пигментами.

Отвердевшая пленка поглощает влагу и диоксид угля из воздуха, теряет свои стеклообразующие характеристики и прозрачность, что ведет к образованию белого осадка щелочного карбоната. Калиевое жидкое стекло имеет меньшую предрасположенность к образованию осадка чем натриевое.

Растворы жидкого стекла несовместимы с большинством органических веществ. Исключением являются сахар, алкоголь и мочевина.

При смешении растворов жидкого стекла с жидкими искусственными смолистыми дисперсиями происходит коагуляция как органической коллоидной системы, так и силикатного раствора. Алкоголь, альдегиды и кетоны, как и аммониак, и солевые растворы производят эффект «высаливания».

Щелочная тетрация
Содержание   щелочи   в   натриевом   и   калиевом   жидком   стекле   определяется тетрацией пробы с кислотой и выделением Na₂0 (Ka₂0).

Выполнение:
Проба (в расчете на натриевое жидкое стекло) от 30 до 40 грамм смешивается с дистиллированной водой (500 мл). 100 мл разбавленного раствора (соответственно 6 или 8 граммов жидкого стекла) тетрируют с 2п соляной кислоты на метилоранже, выступающем в качестве индикатора.

Тетрация кремнекислоты
Определение метрического объема кремнекислоты производится следующим образом. Разбавленный силикатный раствор сначала нейтрализуют кислотой. Затем выделяют флюорид натрия в избыток/излишек. Нейтрализованный раствор содержит коллоидную кремнекислоту, которая соединяется с флюоридом натрия:

Si0₂ + 6NaF=> Na₂SiF₆ +2Na₂0

Вследствие реакции нейтрализованный раствор сначала становится щелочным и затем эта щелочь тетрируется кислотой. Чтобы при этом методе тетрации получить точное значение Si0₂ применяется несколько способов. Затем получают точно рассчитанное значение и достигают в противовес гравиметрическому определению кремнекислоты значительной экономии времени. Советуется тетрацию проводить сначала с растворами с известным содержанием Si0₂.

Выполнение:
50 мл разбавленного раствора (3-4 грамма натриевого жидкого стекла), взятых для щелочной тетрации, при помощи пипетки помещают в 750 мл колбу Эрленгейера и после добавки 200 мл дистиллированной воды нейтрализуют образовавшийся раствор 2n соляной кислоты, после чего добавляют 5-8 капель красного метилового раствора в качестве индикатора. Количество использованной кислоты в данном случае неважно, главное, чтобы нейтрализация проводилась тщательно. В заключение добавляют 10 г натриевого флюорида, который предварительно тщательно взвешивают и, после добавления, хорошо взбалтывают. Полученную щелочную вязкую смесь тетрируют с 2n соляной кислоты при постоянном перемешивании в течение 2-х часов. Конечный продукт отличается светлым цветом типа луковичной шелухи, который затем тщательно тетрируют.

Гравиметрическое определение содержания кремнекислоты
Определяют   через   выпадение   из   раствора   осадка   с   использованием   соляной кислоты, филы рации, вымывания и прокаливания осадка.

Выполнение:
25 мл разбавленного раствора жидкого стекла натриевого (1,5 или 2,0 грамма) взятого для щелочной тетрации закапывают пипеткой в фарфоровую чашку, и после добавления 25 мл концентрированной соляной кислоты ставя на плиту и прогревая до образования высушенной массы. Осадок дважды разбавляют 5-10 мл концентрированной соляной кислоты и прогревают, затем добавляют 50 мл холодной дистиллированной воды. Далее фильтруют, промывают холодной дистиллированной водой и порошкообразную массу прокаливают в платиновом горшочке полтора часа при температуре 1000^о.

Упаковка
Жидкое стекло разливается и транспортируется в бочках, железнодорожных и автоцистернах. Стальные бочки имеют, приблизительно, размеры 59x89 см и объем 216 л. Они вмещают в зависимости от плотности жидкого стекла от 250 до 360 кг жидкого стекла. Масса пустой бочки составляет 18 кг. Входное отверстие имеет размеры 64х4 мм и втулку R 3/4. Эти параметры соответствуют нормам хранения жидкого стекла зимой внутри складских помещений, что позволяет избежать замерзания растворов жидкого стекла.

Автоцистерны вмещают, как правило, 20-24 тонны. Речь идет о многокамерных цистернах, позволяющих транспортировать несколько сортов жидкого стекла одновременно. Они оснащены 6-метровым шлангом для подсоединения к емкости заказчика. Для разгрузки автоцистерны используют компрессор с максимальным давлением 1,5 бар. Этого достаточно, чтобы при разгрузке закачивать низковискозные сорта жидкого стекла на высоту до 10 м. Часто при разгрузке используют помпу/насос, позволяющую откачивать 300-350 л жидкого стекла в минуту. Так как автоцистерны хорошо теплоизолированы и жидкое стекло поступает в них в горячем виде, потребитель даже в зимнее время получает продукт в жидком виде и пригодном для разгрузки с помощью помпы.

Хранение
Жидкое стекло хранится в емкостях из стали или сортов пластмассы, наиболее стойких к химической среде. Такие материалы, как алюминий, оцинкованное железо, цинк или стекло подвержены химической реакции с жидким стеклом и поэтому не подходят для хранения. Пластмассы и другие синтетические материалы предварительно должны быть проверены на стойкость к щелочи и повышенным температурам.

Во избежание замерзания жидкого стекла зимой емкости с ним предварительно устанавливают в специально оборудованных для хранения помещениях. Если же емкость расположена на открытой площадке, то должна быть теплоизолирована и оснащена системой электроподогрева. Важным моментом здесь является то, что нельзя использовать локальную систему подогрева, так как это ведет к выделению в растворе жидкого стекла кремнекислоты. Обычно растворы жидкого стекла содержат незначительное количество примеси кремнекислоты и нерастворившихся силикатов. С течением времени эти примеси, если периодически не подвергать емкость тщательной   очистке, образуют на дне плотный налет. Чтобы избежать этого, емкость устанавливают таким образом, чтобы при открытии вентиля, расположенного как можно ближе к уровню днища, наклон позволял бы слить твердые частицы примесей полностью. Хранение осуществляется в герметично закрытых емкостях.

Трубопровод и арматура
Для транспортировки жидкого стекла в емкости для хранения или последующей транспортировки в цистернах и т.п. используют трубы из обычной стали. Транспортировка осуществляется таким образом, чтобы после каждой перекачки (или после нескольких перекачек) в емкость, в случае, если в самое ближайшее время не предвидится новых закачек, трубопровод должен быть прочищен теплой водой. Если трубопровод расположен на открытой площадке, то он должен быть обязательно теплоизолирован и прогреваем, что позволит избежать дополнительного прогревания жидкого стекла для перекачки при температуре свыше 100^о. Уплотнение запорочного клапана должно быть из материала, стойкого к щелочной среде.

Помпы
Для перекачки жидкого стекла используются «круговые» помпы из литой стали или «вытесняющие/выдавливающие» помпы, например, «мембрановая помпа колбового типа».

Классификация стеклянных изделий по назначению
Стеклянная бутылка>Декорирование бутылок>Матирование
Силикат натрия>Жидкое Стекло>Фасовка
Статьи

версия для печати