Силикат натрия, применение в промышленности
Силикат натрия — это натриевая соль кремниевой кислоты. Входит в состав пищевых продуктов в качестве эмульгатора как добавка Е550.
Силикат натрия — распространенное в природе вещество.
Силикат натрия известен под названием жидкое стекло.
Является составной частью различных минералов, почв, полевого шпата.
Химическая формула Na2SiO3.
Виды силикатов натрия:
В лабораторных условиях жидкое стекло было в первый раз получено немецким профессором минералогии и химии Непомуком фон Фуксом в 1818 году.
Химико-физические свойства жидкого стекла
Силикат натрия представляет собой порошок белого цвета, не имеет вкуса и запаха.
Жидкое стекло растворимо в холодной воде, образует густой коллоидный раствор. Водные растворы силиката натрия имеют сильную щелочную реакцию. Выпариванием жидкости из раствора силиката натрия получают твердое аморфное вещество. Из перенасыщенного раствора жидкого стекла получают гидрофильный сорбент — силикагель.
Водный густой раствор силиката натрия имеет свойство при нагревании до трехсот градусов увеличивать свой объем в восемь раз.
Производство силиката натрия
На предприятиях жидкое стекло получают в результате химической реакции гидроксида натрия с диоксидом кремния, которая происходит при температуре в 1000 градусов Цельсия. Другие способы получения жидкого стекла состоят в кристаллизации расплавов из стекол или осаждении из газовой фазы и растворов, содержащих силикат натрия.
Где используется жидкое стекло
Силикат натрия применяют во многих сферах производства:
Силикат натрия используют в лакокрасочном и бумажном производстве. Кроме того, из жидкого стекла делают цемент, бетон, многие строительные смеси.
Силикаты натрия — это не что иное, как водный и втоже время щелочной раствор силикатов натрия или жидкое стекло.
Силикат натрия в стиральном порошке
Натрия силикат является заменителем фосфатов в стиральных порошках и служит для смягчения воды. Он значительно повышает эффективность и качество стирки, препятствует отложению солей на внутренних конструкциях стиральных машин. Силикат натрия — защелачивает раствор и способствует удержанию частиц грязи в растворе во взвешенном состоянии
Силикат натрия входит в состав некоторых стиральных порошков.
Вред силиката натрия
Вредное воздействие силиката натрия мы можем ощутить в двух случаях:
Силикат натрия может вызывать аллергические реакции при употреблении внутрь или при взаимодействии с кожей.
В группе риска люди, склонные к аллергии и маленькие дети. В некоторых странах пищевая добавка Е550 запрещена в продуктах питания.
Вредное воздействие на организм жидкого стекла еще недостаточно изучено.
Чтобы минимизировать возможный вред для здоровья, желательно выбирать продукты питания, стиральные порошки и косметику без силиката натрия.
Для стирки детских вещей рекомендуем использовать детский стиральный порошок без химии.
Жидкое стекло — свойства и применение материала
Силикатный клей, силикат натрия, растворимое стекло, жидкое стекло – все это названия одного и того же материала, который благодаря своим уникальным свойствам используется повсеместно: на мыловаренных, бумажных, текстильных, лакокрасочных, электродных и литейных производствах, в садоводстве. Однако наибольшее применение этот материал получил в строительстве, о чем и пойдет речь ниже.
Виды и свойства
Растворимое или жидкое стекло – это обобщенное название для разных водно-щелочных растворов. В зависимости от щелочного катиона жидкое стекло может быть натриевым, калиевым, литиевым и на основе четвертичного аммония. Последнее выпускается крайне редко. Литиевое растворимое стекло применяется в изготовлении электродов. Калиевое, благодаря стойкости к атмосферному и химическому воздействию, используется в производстве защитных лаков и красок. Самое широкое распространение получило натриевое жидкое стекло, обладающее следующими свойствами:
Не верится, что всеми этими свойствами может обладать полупрозрачная жидкость в пластиковой таре с наименованием «Жидкое стекло натриевое»? Но это действительно так, и эти свойства силиката натрия уже давно взяты на вооружение в строительной сфере.
Использование в строительстве
Влагостойкость делает жидкое стекло превосходным гидроизоляционным материалом: проникая в каждую трещинку и щель, оно заполняет пустоты и препятствует проникновению воды, защищая металлические элементы конструкции. Низкая теплопроводность и огнестойкость силикатного клея позволяют обработанным поверхностям выдерживать температуру вплоть до 1300 °С, а также существенные перепады температур. Антисептические свойства силиката натрия защищают материалы от грибка и плесени. Растворимое стекло также является превосходным клеем, благодаря проникновению в структуру материалов.
Большая часть из этих свойств незаменима для бетонных конструкций, в связи с чем жидкое стекло в основном применяется при изготовлении грунтовок, пропиток, огнестойких, гидроизоляционных и антисептических составов. При этом оно редко добавляется непосредственно в бетонные массы из-за уменьшения прочности бетона: 4% жидкого стекла от массы цемента сделают раствор на 23% менее прочным, 16% – на 27,5.
Приготовление и применение растворов
Прежде чем браться за приготовление составов для различных нужд, нужно вспомнить элементарные правила техники безопасности. Жидкое стекло – это щелочной раствор. Несмотря на свои слабые щелочные свойства, силикат натрия, как и другие щелочи, вызывает омертвение пораженных участков кожного покрова при продолжительном взаимодействии, а также растворяет белок, что представляет особую опасность при попадании в глаза. В связи с этим любые манипуляции с жидким стеклом нужно проводить в резиновых перчатках. Щелочь смывается плохо, поэтому при контакте с ней следует в течение 10-20 минут промывать пораженный участок кожи водой. То же касается и глаз.
Как правило, жидкое стекло разводят сначала водой, а затем вливают в цементно-песчаную смесь. Добавлять силикат натрия в готовый раствор не рекомендуют. Исключение составляет приготовление состава для гидроизоляции полов, стен, бассейнов: в 10 л готового цементно-песчаного раствора нужно влить 1 л силиката натрия, размешать до однородной консистенции. Для гидроизоляции колодцев, однако, нужен другой рецепт: в равных пропорциях смешать песок, цемент и жидкое стекло.
Вот рецепты и других составов с добавлением силиката натрия:
Важно: составы с добавлением силиката натрия используются как одни из заключительных этапов обработки поверхностей материалов, поскольку образовавшаяся пленка не позволит закрепиться другим растворам. Также из-за более быстрого схватывания будет ошибкой заготавливать состав с добавлением жидкого стекла впрок. Скорость схватывания пропорциональна объему добавленного в состав жидкого стекла: без добавок раствор начинает схватываться в среднем через 100 минут; при содержании в составе 2% силиката натрия от массы цемента схватывание раствора происходит через 60 минут; при 5% – через 40. Поэтому рационально готовить составы небольшими порциями, успевая применять их до затвердевания. Впрочем, этот процесс можно замедлить, добавляя в раствор понемногу воды и помешивая его.
Совсем недавно жидкое стекло широко применялось в строительной сфере в чистом виде. Сегодня рынок изобилует готовыми антикоррозийными, антисептическими, огнестойкими, гидроизоляционными и связующими смесями на основе жидкого стекла. Однако строители-профессионалы по-прежнему предпочитают силикат натрия готовым составам. Точно выведенные пропорции позволяют, имея жидкое стекло в чистом виде, приготовить любую строительную смесь, будь то клей или гидроизоляционный раствор для бетона.
Использование растворов силиката натрия в производстве бетонов
Рубрика: 13. Химическая технология и промышленность
Дата публикации: 07.10.2015
Статья просмотрена: 577 раз
Библиографическое описание:
Сарсеналиева, А. Е. Использование растворов силиката натрия в производстве бетонов / А. Е. Сарсеналиева, С. Г. Айтуганова. — Текст : непосредственный // Современные тенденции технических наук : материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Казань, октябрь 2015 г.). — Казань : Бук, 2015. — С. 107-110. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/163/8861/ (дата обращения: 12.11.2020).
В данной статье рассмотрены физико-химические свойства силиката натрия и использование растворов силиката натрия в производстве бетонов.
Ключевые слова: кремнесодержащие породы, опока, силикат натрия, бетон, производства бетонов, вязкость, плотность.
В производстве строительных материалов используется силикат натрия для производства бетонных конструкций и изделий. Силикат натрия является крупнотоннажным продуктом неорганического синтеза и производится во всех промышленно развитых странах мира, причем с увеличением темпов строительства в Казахстане потребность в нем непрерывно возрастает. Исходя из классификации строительных вяжущих веществ, раствор силиката натрия относят к «воздушным вяжущим», поскольку искусственный камень на его основе неводостоек — разупрочняется при хранении в воде. Однако специальными приемами водостойкость такого камня может быть значительно повышена, прежде всего, за счет правильного выбора отвердителя, использования термического отверждения, введение добавок-модификаторов и т. д. Раствор силиката натрия применяют для производства бетонных конструкций и изделий, для укрепления грунтов при строительстве дорог, аэродромных покрытий, оснований под фундаменты, в частности, в составе инъекционных растворов [1].
Основным способом производства раствора силиката натрия, реализуемым в нашей области является получение растворов силиката натрия гидротермальным методом на основе природного кремнеземсодержащего сырья.
Сырьем для производства растворов силиката натрия гидротермальным методом являются горные породы осадочного происхождения (опоки, трепелы, диатомиты и др.). Одним из основных критериев определения пригодности данного сырья является максимальное содержание в нем аморфного SiO2 и минимальное содержание примесей, которые являются источником загрязнения растворов щелочных силикатов и способствуют появлению в них нерастворимых остатков.
Силикат натрия используется он обычно в виде водных растворов. Общепризнано, что в химии силикатов, а также в химии растворов силикатов результат химического взаимодействия трудно, а подчас и невозможно свести к ряду химических реакций в привычном для химиков формульном выражении. С одной стороны, это обусловлено сложным и большей частью неизвестным полимерным составом раствора, который формально характеризуют силикатным модулем, и неизвестным характером полимерных превращений в ходе взаимодействия. С другой стороны, такая ситуация складывается из-за некристаллического аморфного состояния продуктов реакции. Обычно они имеют нестехиометрический состав и развитую поверхность; большую роль в этом случае играют адсорбционные явления, и отличить адсорбцию от химических реакций можно только условно или в специальном исследовании [2].
Химизм процессов, происходящих при твердении силикатных масс на основе силиката натрия, проявляется, прежде всего, в выделении из щелочного силиката коллоидного кремнезема. Эта коагуляция особенно наглядно обнаруживается у высококремнеземистых силикатных композиций, содержащих большое количество малоустойчивых коллоидных мицелл, легко распадающихся под влиянием различных причин. Высокомодульные концентрированные растворы силикатов щелочных металлов, получаемые гидротермальным способом, являются системами, переходными от растворов к коллоидам. Им уже в значительной степени присущи превращения, характерные для коллоидной химии: гелеобразование, коагуляция, флокуляция. Эти явления очень часто сопутствуют, накладываются на основное химическое взаимодействие, придавая химии растворов силикатов своеобразие.
Рис. 1. Плотность растворов силикатов калия (число над линиями) в зависимости от состава раствора (числа справа показывают отношение SiO2/К2О: а — массовое, б — молярное)
Для определения плотности в технических целях используют наборы ареометров. При более точных измерениях прибегают к пикнометрическому методу с обязательным термостатированием.
Вязкость растворов очень сильно изменяется с температурой.
Небольшой подогрев может быть оправдан при перевозке щелочных силикатов по железной дороге в цистернах. Исследователи обычно отмечают, что причина высокой вязкости силикатных растворов по своей природе отлична от растворов высокополимерных органических соединений. Способы определения средней молекулярной массы по величине характеристической вязкости не применимы к растворам щелочных силикатов [3].
Другой особенностью химии растворов силикатов является то обстоятельство, что результат взаимодействия реагентов зависит не только от их химической природы, но и от целого ряда нехимических факторов: порядка смешения реагентов, их начальной концентрации, скорости перемешивания при смешении и т. п. Общая причина этой группы явлений — гелеобразование на границе раздела взаимодействующих или смешиваемых фаз. Это приводит к осложнениям при гомогенизации реакционной системы и к возрастанию роли диффузионных процессов, предшествующих химическому взаимодействию реагентов. Поэтому различные технологические приемы, используемые для обеспечения взаимодействия реагентов, могут играть решающую роль в создании систем с заданными свойствами. Такими технологическими приемами, помимо перемешивания, могут быть предварительное растворение твердых реагентов в том же самом растворителе (например, в воде); их диспергирование; проведение гетерогенной реакции при непрерывном обновлении поверхности (например, в шаровой мельнице); растворение различных исходных реагентов в двух несмешивающихся растворителях с последующим эмульгированием и т. п. Описание результатов реакции и использования тех или иных технологий проведения этих реакций оказывается громоздким, сводится, в конечном итоге, к бесконечному множеству примеров.
Очевидно, что, приливая раствор силиката к избытку кислоты, при быстром перемешивании можно проскочить этот диапазон рН и сразу выйти на устойчивые системы при рН равном 2. Обратный порядок приливания приведет к образованию геля или к неоднородной системе при медленном перемешивании. Из рисунка следует, что использование сильнокислотных катионитов, обусловливающее малую ионную силу раствора, может дать совсем иной результат, чем адекватная нейтрализация щелочи кислотой в диапазоне рН = 7–10. Изменение природы аниона в растворе, т. е. частичная замена гидроксильного иона анионом вводимой кислоты, имеет следствием большую или меньшую потерю устойчивости системы, поскольку гидроксильный ион лучше любого другого аниона хемосор-бируется на поверхности полимерных частиц, сообщая им отрицательный заряд, препятствующий их агломерации. В зависимости от способности аниона кислоты сорбироваться на поверхности кремнезема полная или частичная нейтрализация раствора щелочного силиката той или иной кислотой может дать внешне различные результаты: выпадение объемистого аморфного осадка (коагуляция), образование студенеобразной массы (гелеобразование), помутнение раствора из-за образования микронеоднородностей в системе, сохранение прозрачного раствора с меньшим или большим изменением вязкости [4].
Учитывая широкое применение растворов силиката натрия для производства бетонных конструкций и изделий, для укрепления грунтов при строительстве дорог, аэродромных покрытий, оснований под фундаменты и т. д. большое значение имеют исследования свойств силиката, полученные из местных месторождений.
1. Технологическая оценка качества на разных стадиях ГРР исходных и активированных цеолитсодержащих кремнистых пород для использования в нетрадиционных направлениях Методические указания НСОМТИ № 98 / Т. П. Конюхова, У. Г. Дистанов, О. А. Михайлова, Д. А. Кикило, Т. Н. Чуприна. — М.: ВИМС, 2000. — 111 с.
2. Везенцев, А. И. Энергосберегающий синтез нанодисперсного аморфного силиката натрия для производства жидкого стекла / А. И. Везенцев, И.Д. Тарасова, Е. Л. Проскурина, А. П. Полыпин // Стекло и керамика. — 2008. —№ 8.-С. 3–7.
3. Айлер, Р. Химия кремнезема / Р.Айлер; пер. с англ. — М: Мир, 2001. Ч. 1,2.-416с.
4. Барзаковский, В. П. Труды Д. И. Менделеева в области химии силикатов и стеклообразного состояния / В. П. Барзаковский, Р. Б. Добротин. — М.: Изд-во АН. 2002. — 125 с.