Войти
Силикат натрия - общее название для химические соединения с формулой Na. 2xSi. yO. 2y + x или (Na. 2O). x· (SiO. 2). y, такие как метасиликат натрия Na. 2SiO. 3, ортосиликат натрия Na. 4SiO. 4и пиросиликат натрия Na. 6Si. 2O. 7. Анионы часто бывают полимерными. Эти соединения, как правило, представляют собой бесцветные прозрачные твердые вещества или белые порошки, растворимые в воде в различных количествах.
Силикат натрия также является техническим и общеупотребительным названием смеси таких соединений, в основном метасиликата, также называемого жидкое стекло, жидкое стекло или жидкое стекло . продукт имеет широкий спектр применений, в том числе при разработке цементы, пассивной противопожарной защиты, текстильная и лесоматериалы обработка, производство тугоплавких керамики, так как клеи, а при производстве силикагель. Коммерческий продукт, доступный в водном растворе или в твердой форме, часто бывает зеленоватым или синим из-за присутствия железосодержащих примесей.
В промышленности различные марки силиката натрия характеризуются их массовым соотношением SiO 2 : Na 2 O (которое может быть преобразовано в молярное соотношение путем умножения на 1.032). Соотношение может варьироваться от 1: 2 до 3,75: 1. Марки с соотношением ниже 2,85: 1 называются щелочными. Те, у кого соотношение SiO 2 : Na 2 O описаны как нейтральные.
Наблюдались растворимые силикаты щелочных металлов (натрия или калия ) европейскими алхимиками уже в 1500-х гг. Джамбаттиста делла Порта наблюдал в 1567 году, что tartari salis (винный камень, гидротартрат калия ) заставляет порошкообразный кристалл (кварц) плавиться при более низкой температуре. Другие возможные ранние ссылки на силикаты щелочных металлов были сделаны Василием Валентином в 1520 году и Агриколой в 1550 году. Около 1640 года Жан Баптист ван Гельмонт сообщил об образовании силикаты щелочных металлов в качестве растворимого вещества, получаемого плавлением песка с избытком щелочи, и было обнаружено, что диоксид кремния может быть количественно осажден путем добавления кислоты в раствор.
В 1646 году Глаубер сделал силикат калия, который он назвал щелочным кремнием путем плавления карбоната калия (полученного кальцинированием винного камня) и песка в тигле и выдерживания его в расплавленном состоянии до тех пор, пока он не перестанет пузыриться. (из-за выделения двуокиси углерода ). Смеси давали остыть, а затем измельчали до мелкого порошка. Когда порошок подвергался воздействию влажного воздуха, он постепенно образовывал вязкую жидкость, которую Глаубер назвал «Oleum oder Liquor Silicum, Arenæ, vel Crystallorum» (т.е. масло или раствор кремнезема, песка или кристалла кварца).
Однако позже было заявлено, что вещества, приготовленные этими алхимиками, не были жидким стеклом, как это понимается сегодня. Его приготовил в 1818 году Иоганн Непомук фон Фукс путем обработки кремниевой кислоты щелочью; в результате он растворим в воде, «но не подвержен влиянию атмосферных изменений».
Термины «жидкое стекло» и «растворимое стекло» использовались в 1846 г., в 1857 г. и в 1887 г.
В 1892 году Рудольф фон Вагнер выделил соду, поташ, двойной (сода и поташ) и фиксирующий (т. Е. Стабилизирующий) тип жидкого стекла. Тип фиксации представлял собой «смесь диоксида кремния, хорошо пропитанного калийным жидким стеклом и силикатом натрия», используемую для стабилизации неорганических акварельных пигментов на цементных покрытиях для наружных вывесок и фресок.
Натрий силикаты представляют собой бесцветные стеклообразные или кристаллические твердые вещества или белые порошки. За исключением наиболее богатых кремнием, они легко растворяются в воде, образуя щелочные растворы.
Силикаты натрия стабильны в нейтральных и щелочных растворах. В кислых растворах ионы силиката реагируют с ионами водорода с образованием кремниевых кислот, которые имеют тенденцию разлагаться на гидратированный диоксид кремния гель. При нагревании для удаления воды в результате получается твердое полупрозрачное вещество, называемое силикагелем, широко используемое в качестве осушителя. Он выдерживает температуру до 1100 ° C.
Растворы силикатов натрия могут быть получены путем обработки смеси кремнезема (обычно как кварцевого песка ), каустической соды. и вода горячим паром в реакторе . Общая реакция:
Силикаты натрия также могут быть получены растворением кремнезема SiO. 2(точка плавления составляет 1713 ° C) в расплавленном карбонате натрия (который плавится с разложением при 851 ° C):
Материал также может быть получен из сульфата натрия (точка плавления 884 ° C) с углеродом в качестве восстановителя:
В 1990 г. 4 миллиона тонн силикатов щелочных металлов.
Основное применение силикатов натрия - это моющие средства, бумага, обработка воды и строительные материалы.
Наиболее широко применяемые растворы силиката натрия - это цемент для производства картона. При использовании в качестве цемента для бумаги соединение из силиката натрия имеет тенденцию к растрескиванию в течение нескольких лет, после чего это не долго r скрепляет бумажные поверхности друг с другом.
Силикат натрия часто используется в буровых растворах для стабилизации стенок ствола скважины и предотвращения обрушения стенок ствола. Это особенно полезно, когда буровые скважины проходят через глинистые пласты, содержащие набухающие глинистые минералы, такие как смектит или монтмориллонит.
Бетон, обработанный раствором силиката натрия, помогает снизить пористость в большинстве каменных изделий, таких как бетон, штукатурка и штукатурка. Этот эффект помогает уменьшить проникновение воды, но не имеет известного влияния на снижение передачи и выброса водяного пара. Происходит химическая реакция с избытком Ca (OH) 2(портландита ), присутствующим в бетоне, который надолго связывает силикаты с поверхностью, делая их более прочными и водоотталкивающими. Это лечение обычно применяется только после первоначального лечения (около 7 дней в зависимости от условий). Эти покрытия известны как силикатная минеральная краска.
Они используются во вспомогательных детергентах, таких как сложный дисиликат натрия и модифицированный дисиликат натрия. Гранулы детергента приобретают прочность благодаря покрытию из силикатов.
Силикат натрия используется в качестве коагулянта квасцов, а железный флокулянт в сточной воде обработка растений. Силикат натрия связывается с коллоидными молекулами, создавая более крупные агрегаты, которые опускаются на дно водной толщи. Микроскопические отрицательно заряженные частицы, взвешенные в воде, взаимодействуют с силикатом натрия. Их двойной электрический слой разрушается из-за увеличения ионной силы, вызванного добавлением силиката натрия (дважды отрицательно заряженный анион, сопровождаемый двумя катионами натрия), и впоследствии они объединяются. Этот процесс называется коагуляцией.
Жидкое стекло является полезным связующим для твердых веществ, таких как вермикулит и перлит. При смешивании с вышеупомянутыми легкими заполнителями жидкое стекло можно использовать для изготовления жестких высокотемпературных изоляционных плит, используемых для огнеупоров, пассивной противопожарной защиты и высокотемпературной изоляции, такой как изоляция формованных труб. При смешивании с мелкодисперсными минеральными порошками, такими как вермикулитная пыль (который является обычным отходом процесса расслоения), можно получить высокотемпературные клеи. Вспучивание исчезает в присутствии мелкодисперсной минеральной пыли, в результате чего жидкое стекло становится простой матрицей. Жидкое стекло недорогое и широко доступно, что делает его популярным во многих областях применения огнеупоров.
Используется в качестве связующего для песка при литье в песчаные формы железа или стали. Он обеспечивает быстрое изготовление прочной формы путем пропускания CO2 смеси песка и силиката натрия в формовочной коробке, которая почти мгновенно затвердевает.
Раствор силиката натрия используется в качестве фиксатора для ручного окрашивания реактивными красителями, которые требуют высокого pH для взаимодействия с текстильным волокном. После того, как краситель нанесен на ткань на основе целлюлозы, такую как хлопок или вискоза, или на шелк, ей дают высохнуть, после чего силикат натрия наносится на окрашенную ткань, покрывается пластиком для удержания влаги и оставляется. реагировать в течение часа при комнатной температуре.
Силикат натрия, запатентованный Expantrol, суспендированный в слое красной резины толщиной около 6,5 мм, тип 3M FS195, вставленный в металлическую трубу, затем нагретый, чтобы продемонстрировать твердое char вспучивание, достаточно прочное, чтобы закрыть плавящуюся пластиковую трубу 
на основе палусола вспучивающаяся пластиковая труба устройство, используемое для коммерческих огнестойкость Силикаты натрия по своей природе вспучиваются. Они бывают в форме гранул (твердых шариков), а также в виде жидкого жидкого стекла. Сплошная листовая форма (Palusol) должна быть гидроизолирована для обеспечения долгосрочной пассивной противопожарной защиты (PFP).
Стандартные твердые силикаты натрия в форме шариков использовались в качестве заполнителя в силиконовой резине для производства пластика трубы противопожарного материала устройств. Силиконовый каучук не обладал достаточной гидроизоляцией для сохранения проницаемости, и продукты пришлось отозвать, что проблематично для противопожарных заглушек, скрытых за гипсокартоном в зданиях.
Пасты для уплотнения цели также нестабильны. Это тоже привело к отзыву и даже судебным разбирательствам. Только версия 3M "Expantrol", которая имеет внешнюю термообработку, которая помогает герметизировать внешнюю поверхность, как часть технологического стандарта, достигла достаточной долговечности, чтобы соответствовать требованиям DIBt одобрения в США для использования в противопожарной защите.
В отличие от других вспучивающихся веществ силикат натрия, как в форме шариков, так и в жидкой форме, по своей природе эндотермичен из-за жидкой воды в жидком стекле и гидратов в форму прилла. Отсутствие в США обязательных испытаний на старение, в соответствии с которыми системы PFP должны проходить испытания производительности системы после воздействия старения и влажности, лежит в основе постоянной доступности в Северной Америке продуктов PFP, которые могут выйти из строя в течение нескольких недель после установки. Неизбирательное использование силикатов натрия без надлежащих гидроизоляционных мер является источником проблем и риска. Когда силикаты натрия должным образом защищены, они работают очень хорошо и надежно в течение длительного времени. Доказательство этого можно увидеть во многих разрешениях DIBt для противопожарных устройств для пластиковых труб с использованием Palusol (продукт BASF ), в которых используются водонепроницаемые листы из силиката натрия.
Силикат натрия используется вместе с силикатом магния в пасте для ремонта и монтажа глушителя. При растворении в воде силикат натрия и силикат магния образуют густую пасту, которую легко наносить. Когда выхлопная система двигателя внутреннего сгорания нагревается до своей рабочей температуры, тепло вытесняет всю лишнюю воду из пасты. Оставшиеся силикатные составы обладают стеклоподобными свойствами, что делает ремонт временным хрупким.
Силикат натрия в настоящее время также используется в качестве герметика стыков выхлопной системы и герметика трещин при ремонте глушителей, резонаторов, выхлопных труб и других компонентов выхлопной системы с армирующими стекловолоконными лентами и без них. В этом применении силикат натрия (60–70%) обычно смешивают с каолином (40-30%), минеральным силикатом алюминия, чтобы сделать «склеенное» соединение силикатом натрия непрозрачным. Однако силикат натрия представляет собой высокотемпературный клей; каолин служит просто совместимым высокотемпературным красителем. Некоторые из этих ремонтных составов также содержат стекловолокно для улучшения их способности заполнять зазоры и уменьшения хрупкости.
Силикат натрия можно использовать для заполнения зазоров внутри прокладки головки. Обычно используется в головках цилиндров из алюминиевого сплава , которые чувствительны к термическому деформации поверхности. Это может быть вызвано многими причинами, включая растяжение головки болта, недостаточную подачу охлаждающей жидкости, высокое давление в ГБЦ, перегрев и т. Д.
«Жидкое стекло» (силикат натрия) добавлено к система через радиатор и позволила циркулировать. Силикат натрия находится во взвешенном состоянии в охлаждающей жидкости, пока не достигнет головки блока цилиндров. При температуре 100–105 ° C (212–221 ° F) силикат натрия теряет молекулы воды, образуя стеклянное уплотнение с температурой плавления выше 810 ° C (1490 ° F).
Ремонт силикатом натрия может длиться два года или дольше. Восстановление происходит быстро, и симптомы исчезают мгновенно. Этот ремонт работает только тогда, когда силикат натрия достигает своей «конверсионной» температуры 100–105 ° C. Загрязнение моторного масла - серьезная возможность в ситуациях, когда присутствует утечка охлаждающей жидкости в масло. Загрязнение смазочных материалов силикатом натрия (частицами стекла) нарушает их функцию.
Раствор силиката натрия используется для недорогого, быстрого и постоянного вывода из строя автомобильных двигателей. Запуск двигателя с примерно 2 литрами раствора силиката натрия вместо моторного масла вызывает выпадение раствора в осадок, катастрофически повреждая подшипники и поршни двигателя в течение нескольких минут. В США эта процедура использовалась для соответствия требованиям программы Car Allowance Rebate System (CARS).
Смесь силиката натрия и опилки использовались между двойной обшивкой некоторых сейфов. Это не только делает их более огнестойкими, но и делает их вскрытие кислородно-ацетиленовым резаком чрезвычайно трудным из-за выделяемого дыма.
Когда кристаллы ряда солей металлов бросают в раствор жидкого стекла, образуются простые или разветвленные сталагмиты цветных силикатов металлов. Это явление использовалось производителями игрушек и химических наборов, чтобы доставлять поучительное удовольствие многим поколениям детей с начала 20 века до наших дней. Раннее упоминание о кристаллах солей металлов, образующих «химический сад » в силикате натрия, можно найти в журнале Modern Mechanix за 1946 год. Используемые соли металлов включают сульфаты и / или хлориды меди, кобальта, железа, никеля и марганца.
Силикат натрия используется в качестве дефлокулянта в литейных шликерах, помогая снизить вязкость и потребность в большом количестве воды для разжижения глины. тело. Он также используется для создания эффекта потрескивания в керамике, обычно выкованной кругом. На колесо набрасывается ваза или бутылка, довольно узкая и с толстыми стенками. Силикат натрия наносится кистью на участок детали. Через 5 минут стенка изделия вытягивается наружу ребром или рукой. Результат - морщинистый или потрескавшийся вид.
Он также является основным агентом в «волшебной воде», которая используется при соединении кусков глины, особенно если их уровень влажности отличается.
Силикат натрия с добавками был закачан в землю, чтобы укрепить ее и тем самым предотвратить дальнейшую утечку высокорадиоактивной воды с АЭС Фукусима-дайити в Японии в апреле 2011 года. Остаточное тепло уносимая водой, использованной для охлаждения поврежденных реакторов, ускоряла схватывание закачиваемой смеси.
3 июня 1958 года USS Nautilus, первая в мире атомная подводная лодка, посетила Эверетт и Сиэтл. В Сиэтле членов экипажа, одетых в гражданскую одежду, отправили тайно купить 140 литров автомобильного продукта, содержащего силикат натрия (первоначально обозначенного как Stop Leak), для ремонта протекающей системы конденсатора. «Наутилус» направлялся к Северному полюсу для выполнения сверхсекретной миссии по пересечению Северного полюса под водой.
Историческое использование адгезионных свойств силикатов натрия - производство бумажные патроны для револьверов с черным порохом, произведенные Мануфактурной компанией Кольта в период с 1851 по 1873 год, особенно во время Гражданской войны в США. Силикат натрия использовался для скрепления горючей нитрированной бумаги вместе с образованием конического бумажного картриджа для удерживания черного пороха, а также для приклеивания свинцового шара или конической пули к открытому концу бумажного картриджа. Такие патроны из цементированной силикатом натрия бумаги вставлялись в цилиндры револьверов, тем самым ускоряя перезарядку револьверов с черным порохом. Это использование в значительной степени закончилось выпуском револьверов Colt с патронами в латунной гильзе, начиная с 1873 года. Аналогичным образом, силикат натрия также использовался для цементирования верхнего пыжа в латунных гильзах для дробовика, тем самым устраняя необходимость в обжиме на верхняя часть латунного гильзы для дробовика, чтобы держать гильзу вместе. Перезарядка латунных гильз для дробовиков широко практиковалась самодостаточными американскими фермерами в 1870-х годах с использованием того же материала жидкого стекла, который также использовался для сохранения яиц. Цементирование верхнего комка на патрон дробовика заключалось в нанесении от трех до пяти капель водяного стекла на верхний комок, чтобы прикрепить его к латунному корпусу. Латунные корпуса для патронов для дробовика были заменены бумажными, начиная примерно с 1877 года. В более новых патронах для дробовиков с бумажным корпусом использовался обжимной валик вместо цементированного жидким стеклом соединения, чтобы удерживать верхний комок в гильзе. Однако, в то время как латунные дробовые патроны с верхними пыжами, зацементированными жидким стеклом, можно было перезаряжать почти бесконечно (учитывая порох, пыж и дробь, конечно), бумажные корпуса, которые заменили латунные корпуса, можно было перезаряжать только несколько раз.
Хотя силикат натрия и другие силикаты не используются в медицине, они являются основными компонентами «мгновенных» кремов для разглаживания морщин, которые временно подтягивают кожу, чтобы минимизировать внешний вид от морщин и мешков под глазами. Эти кремы, если их нанести тонким слоем и дать высохнуть в течение нескольких минут, могут дать впечатляющие результаты. К сожалению, это не постоянно, длится несколько минут или пару часов. Он работает как водный цемент: как только мышца начинает двигаться, она трескается и оставляет белые остатки на коже.
Плакат времен Первой мировой войны, предлагающий использовать жидкое стекло для консервирования яиц (внизу справа). Жидкое стекло с большим успехом использовалось в качестве консерванта для яиц, в основном, когда охлаждение недоступно. Свежеотнесенные яйца погружают в раствор силиката натрия (жидкое стекло). После погружения в раствор их удалили и дали высохнуть. На яйцах остается стойкий воздухонепроницаемый налет. Если они затем хранятся в подходящей среде, большинство бактерий, которые в противном случае могли бы вызвать их порчу, удерживаются, а их влага сохраняется. Согласно цитируемому источнику, обработанные яйца можно хранить свежими с использованием этого метода до пяти месяцев.. При варке яиц таким образом скорлупа становится непроницаемой для воздуха, и яйцо будет иметь тенденцию треснуть, если в скорлупе не будет проделано отверстие (например, булавкой) для выхода пара.
Силикат натрия свойства флокулянта также используются для осветления вина и пива путем осаждения коллоидных частиц. Однако в качестве очищающего агента силикат натрия иногда путают с isinglass, который получают из коллагена, экстрагированного из высушенных плавательных пузырей осетровых рыб <11.>и прочие рыбки. Яйца, консервированные в ведре с жидким стекловолокном, и их скорлупа иногда также используются (запекаются и измельчаются) для очистки вина.
Гель силиката натрия также используется в качестве субстрата для роста водорослей в аквакультуре питомниках.
 | Викискладе есть материалы, связанные с силикатами натрия. |
