Как сделать силикат

Обновлено: 09.10.2024

Потребность связывания веществ, деталей и предметов для получения новых изделий вызвала появление растворов, названных клеями. Клеевые средства делятся на специальные и универсальные. Специальные клеи используют для склеивания однородных, универсальные — разнородных материалов.

К последним относят силикатный клей. Раствор используют более чем в 25 сферах промышленной деятельности. Основные сведения об этом виде клея и его применении собраны в этой статье.

Состав

Клей выглядит как гель прозрачного, зеленоватого или коричневатого цвета, обязательным веществом в составе которой являются соли кремниевой кислоты.

Дополнительно в состав входят оксиды щелочных металлов – или натрия, или калия, или лития. Поэтому существуют три основных вида клея: натриевый, калиевый и литиевый. Каждый из них создаёт клеевую массу, обладающую сходными, но присущими каждому в отдельности, свойствами.

Дома, в школе и офисе принято название этой массы канцелярский или конторский клей. В промышленности — силикатный клей жидкое стекло.

Клеящие свойства жидкого стекла прямо пропорциональны силикатному модулю – отношению количества кремниевого сырья к количеству щелочного компонента. Область значений силикатного модуля 2,0 – 4,0.

Технологии производства

В промышленном изготовлении жидкого стекла применяют два вида технологических решений – сухой и мокрый.

Сухая технология

Используют три способа получения готового продукта в зависимости от основного исходного сырья: песок, кремниевое сырьё или стеклобой.

На основе песка. При добавлении в песок технической соды получают натриевое, а с поташом – калиевое жидкое стекло. Содержание процесса — при температуре около 1300 °C происходит запекание смеси, которая при охлаждении превращается в камнеподобные глыбы силиката.

Силикат натрия после охлаждения (сухая технология)

Как выглядит охлаждённая натриевая смесь после запекания, видно на фото 1.

В дальнейшем глыбы размалываются в порошок и упаковываются в бумажные мешки.

Другой вариант — производится растворение размельчённых глыб в горячей воде под давлением для получения жидкой суспензии. Жидкое стекло заливают в пластиковые канистры или в металлические бочки.

На основе кремниевого сырья. Сырьё измельчают, добавляют в него щелочной элемент (оксиды или натрия, или калия, или лития). Полученную шихту перемешивают в стационарном или вращающемся автоклаве при температуре около 1000 °C под давлением 3 – 4 атмосферы до получения силикатных глыб. Глыбы являются основным материалом для получения порошка или готового жидкого стекла.

На основе стеклобоя. Сырьё измельчают, очищают от примесей, добавляют щелочной ингредиент и расплавляют шихту. После охлаждения расплав приобретает вид силикатной глыбы, из которой получают порошок, гранулы или водную дисперсию. Из порошка и гранул жидкое стекло можно изготовить на месте применения.

Мокрая технология

Преимуществом этого вида технологии является прямое получение жидкого стекла без предварительного создания силикатной глыбы.

Суть технологии составляет растворение сырья, содержащего кремний, растворами щелочных веществ. К сырью относят природный кремнезём, чаще всего инфузорит или диатомит, в аморфном состоянии – в виде порошка. К кремнезёму добавляют щелочной раствор натрия, калия или лития концентрированный, что ускоряет реакцию растворения.

Время, необходимое для получения жидкого стекла зависит от размеров крупинок порошка, температуры и давления при растворении. При удельном весе щелочного раствора 1,2 под давлением три атмосферы при температуре около 100 °C жидкое стекло из инфузорита было получено за три часа с силикатным модулем около 3,0.

Области применения

Из общего количества жидкого стекла, производимого в России, 90% приходится на натриевое, 8% — на калиевое жидкое стекло.

В быту

Канцелярский или конторский клей используется для склеивания бумаги, приклеивания её к непористым поверхностям. Применяется также для ремонта стеклянных и фарфоровых изделий. Заклеивает свежие срезы, предотвращая развитие поражения дерева.

Стиральные порошки, мыло, средства для мойки посуды – всё это производят с применением натриевого жидкого стекла.

Используемые в быту краски для работ на открытом воздухе, для защиты сильно нагреваемых поверхностей создаются на основе калиевого варианта. Этот же клей используют при обработке деревянных и других поверхностей для создания защитной плёнки. Плёнка не трескается, выдерживает нагревание и охлаждение, атмосферные осадки.

Порядок обработки силикатным клеем кузова автомобиля показан в видео.

В строительстве

Наиболее широко в строительной отрасли применяют натриевое жидкое стекло. Его цена в три раза меньше цены других видов.

Обработка жидким стеклом придаёт фундаменту будущего дома повышенную прочность.

Высокая адгезия и проникающая способность используют при заделке трещин в фундаменте, при этом фундамент становится монолитным. Наглядно такие работы показаны в видео.

Вещество используют для добавления в цемент при устройстве стенок печей, обеспечивая их огнеупорность. При добавлении силикатного клея в цемент или бетон существенно повышают их прочностные качества и стойкость к атмосферным воздействиям.

С помощью жидкого стекла прямо на объекте строительства или ремонта готовятся грунтовочные растворы, пропитки для потолков и стен, антисептики, гидроизоляционные и огнеупорные смеси.

Другие сферы

В литейном производстве силикатный клей используют для изготовления форм и стержней для разовых отливок. Пример, как делать форму для отливки в домашних условиях приведён в видео.

Применяемые в сварке электроды изготавливают с применением калиевого жидкого стекла

При добыче руды, разделении нефти и воды, очистке канализационных стоков используют хорошее прилипание силикатного клея к любым материалам. В этих случаях жидкое стекло применяют в качестве реагента флотации.

Современной сферой применения силикатного клея стала космическая.

Литиевое жидкое стекло используют при создании терморегулируемых поверхностей космических аппаратов.

Достоинства силикатного клея

Применение клея в перечисленных сферах обусловлено его положительными качествами. К ним относят:

Дешевизна исходных компонентов для производства жидкой формы.
Простота хранения при низких температурах – после замерзания и размораживания не теряет своих свойств.
Высокая степень адгезии практически с любыми материалами, определяемая величиной силикатного модуля.
Способность образовывать прочную гидроизоляционную плёнку со сроком эксплуатации до пяти лет. Плёнка защищает от воздействия кислот, перегрева. Сама не горюча.
Появление при высыхании нерастворимой клеевой прослойки, обладающей антисептическими и антистатическими свойствами.
При высыхании отсутствуют деформационные сдвиги, что сохраняет форму и крепость склеенных материалов.

Недостатки

Помимо большого числа достоинств клею присущи и недостатки, которые учитывают

При планировании использования учитывают и недостатки жидкого стекла. Некоторые из них связаны с достоинствами клеящей массы:

Клей непригоден для обработки пористых материалов, таких как кирпич. Из-за высокой проникаемости суспензия заполняет все поры и при высыхании разрывает кирпич изнутри. Это ограничивает применение суспензии в строительстве.
Малое время работы с растворами, в состав которых входит силикатный клей — быстрое затвердевание требует навыков и опыта строителей.
Для гидроизоляции нужны другие компоненты, к которым материал используется как дополнение.

Виды и марки

По предназначению силикатный клей используется в быту и в промышленном производстве. В быту этот клей называют канцелярским (реже — конторским). В государственных стандартах принято название – жидкое стекло (натриевое, натриево-калиевое, калиевое, калиево-натриевое или литиевое).

Клей канцелярский в магазинах представляют свыше десяти производителей. Основными марками являются BRAUBERG, Attach?, Berlingo, ОфисМаг, Экспоприбор. Эти марки выпускаются многими странами по единому рецепту.

Основу суспензии всех марок составляет силикат натрия. Как правило, клей для бытовых нужд представляет собой достаточно густой гель прозрачного цвета. Каждый бренд использует свой вид упаковки.

Жидкое стекло изготавливают стекольные предприятия в качестве дополнительной, а некоторые — в качестве основной продукции. Эти заводы располагаются в местах, богатых необходимыми для производства полезными ископаемыми — кремнезёмами и щелочными металлами.

В промышленных нуждах жидкое стекло выпускают в виде порошка, гранул или водной суспензии. Порошок — вещество белого цвета. Гранулы и суспензия могут иметь оттенки серого, жёлтого или зеленоватого цвета, в зависимости от применённой щёлочи.

Фасовка формы упаковок

При любом способе производства готовый силикатный клей — состав дисперсный, коллоидный раствор. На воздухе клей быстро высыхает, поэтому хранится только в упакованном виде.

Канцелярский клей расфасовывают в небольшие гибкие пластиковые тубы или баночки. Как правило, для облегчения использования каждая упаковка имеет крышку с дозатором подачи клеевой массы.

Канцелярский клей – виды упаковок

Зарубежные и российские производители в качестве дозатора используют шарик, при нажатии на который клей поступает на склеиваемую поверхность. Дозатор обеспечивает равномерную подачу клея, без пачканья рук. Это очень удобно в школе, а также в домашних условиях, где клеем пользуются дети.

Жидкое стекло производственного назначения пакуется в зависимости от агрегатного состояния.

Порошок и гранулы упаковывают в плотные бумажные мешки весом 25 или 50 кг в каждом.

Суспензия заливается в 250-литровые металлические бочки, металлические банки или в жёсткие пластиковые канистры объёма от 0,5 до 6 литров. Большие объёмы перевозятся в автомобильных или железнодорожных цистернах.

Жидкое стекло, упакованное в пластиковые канистры

Технические характеристики

Технические характеристики жидкого стекла определяются ГОСТами. Основными являются: внешний вид, массовая доля двуокиси кремния, окиси щелочного металла, силикатный модуль. Определяются ограничения для окисей железа, алюминия, серы, кальция. Массовые доли приводятся в процентах к общему количеству суспензии.

Нормой внешнего вида суспензии является густая жидкость плотностью 1,3…1,5 г/см 3 . Количество воды находится в пределах 50–70%. Не допускаются механические примеси или включения, которые видны простым глазом. Цвет жидкости жёлтый или серый.

Доля кремния зависит от предназначения жидкого стекла, находится в пределах от 23 до 37%. Щелочные доли: натрия — 8,7–13,8%; калия и лития — 20–26%.

Объём окисей всех других видов не должен превышать 1%.

Инструкция по применению

Порядок использования жидкого стекла в промышленности определяется технологиями соответствующих производств. Правила определяют применяемые для каждого продукта дозы и состав суспензии, а также меры безопасности при работе с нею.

На каждой упаковке клея приведена инструкция по его применению. К бытовым делам относят склеивание бумаги, деревянных, стеклянных и металлических поверхностей, а также покрытие различных поверхностей, ремонт предметов одежды и обуви. При этом рекомендуют следующие правила работы.

Подготовить необходимый для работы инвентарь — банки с клеем, кисти, щётки, валики и т. п. Очистить от посторонних предметов место для расположения склеиваемых, защищаемых или ремонтируемых предметов.
Приготовить необходимое для обработки больших поверхностей количество жидкого стекла из сухих ингредиентов.
Произвести очистку мест склеивания и ремонта от грязи и жировых отложений. Если предстоит склеивание деревянных и металлических поверхностей, мелкие дефекты устранить наждачным полотном.
При склеивании нанести на обе поверхности тонкий слой клея, приложить их обработанными сторонами и прижать. Выждать время, необходимое для кристаллизации клея, после чего склеенные детали можно использовать по назначению.
Для защиты поверхности от вредного воздействия её тщательно очистить. Деревянную поверхность загрунтовать клеевой грунтовкой. После высыхания грунтовки наносить клей тонкими слоями (5–6 слоёв). Каждый следующий слой наносить после высыхания предыдущего. Нанесение клеевого состава производить кистью или с помощью пульверизатора.
Перед нанесением защиты на корпус автомобиля поверхность очистить от грязи, отполировать и обезжирить соответствующими реактивами. Нанести от 3 до 10 слоёв силикатного клея. Время высыхания клеевой защиты на кузове – 8–10 часов. На этот период не допустить попадания пыли на кузов.
При работе следить, чтобы клей не попадал на открытые участки кожи или в глаза. Если это произошло — смыть клей водой, не допуская высыхания.

При использовании сухих компонентов клей готовят в количествах, необходимых для проведения работы. Излишки быстро загустеют и во многих случаях их придётся выбросить. Даже при невысоких ценах на силикатные клеи это экономически невыгодно.

Порядок применения и меры безопасности приведены здесь.

Чем разбавить

Силикатный клей — это водный раствор различной плотности. Поэтому основным способом разбавления суспензии является добавление воды. Соотношение воды и клея для разных целей показано в ролике.

Загустевший раствор разжижают добавлением горячей очищенной воды с постоянным размешиванием до получения однородной среды. Количество воды зависит от требуемой густоты клея. Чем гуще раствор, тем выше его клеящие свойства. Более жидкую суспензию легче равномерно нанести на поверхность склеиваемых или защищаемых поверхностей.

Засохший на теле клей растворяют и смывают тёплой водой. Для удаления засохшего клея с одежды его замачивают на 0,5 – 1 час в тёплом растворе соды.

Со стеклянной поверхности удалить высохший клей не удастся никогда, из-за однородности химического состава.

Как сделать силикатный клей самому

Когда рассматривался вопрос силикатный клей что это такое, было отмечено два этапа промышленного создания этой суспензии:

сплавление исходного сырья для получения силикатного сырья — глыб;
получение жидкой фракции клея растворением измельчённых глыб в щёлочи

Первый этап осуществляется только на промышленном оборудовании в условиях высокой температуры и давления. В домашних условиях повторить этот процесс невозможно.

На втором этапе происходит соединение силиката с щелочным окислом натрия или калия (реже — лития). Когда есть готовые силикатные полимеры, то конторский клей можно сделать и в домашних условиях.

При самостоятельном изготовлении клея в качестве силикатной основы берут силикагель, а в качестве щёлочи — соду или гидроксид калия. Эти ингредиенты клеевого состава покупают в магазинах.

Химическая реакция соединения основы и щёлочи происходит в присутствии воды при подогреве и интенсивном размешивании.

Наглядно процесс приготовления калиевого жидкого стекла показан на

В видео рассказано, как самому изготовить силикатный клей — калиевое жидкое стекло.

Знание состава, преимуществ и недостатков позволяет использовать силикатныйклей для детского творчества. Клей позволяет создавать даже художественные произведения, поражающие своеобразием. Без использования жидкого стекла не могут обойтись многие отрасли промышленности.

Порядок приготовления натриевого жидкого стекла приведён здесь.

Характеристики и физические свойства силиката натрия

Он растворяется в холодной воде (гидролизуется по аниону).

Рис. 1. Силикат натрия. Внешний вид.

Таблица 1. Физические свойства силиката натрия.

Молярная масса, г/моль

Температура плавления, o С

Получение силиката натрия

Силикат натрия образуется при сплавлении оксида кремния (IV) с карбонатом натрия (1) или гидроксидом натрия (2):

Химические свойства силиката натрия

Силикат натрия представляет собой среднюю соль, образованную сильным основанием – гидроксидом натрия (NaOH) и слабой кислотой – кремниевой (H₂SiO₃). В водном растворе она подвергается гидролизу по аниону. Наличие гидроксид-ионов свидетельствует о щелочном характере среды.

Na + + SiO₃ 2- + HOH <-> HSiO₃ — + Na + + OH — ;

Силикат натрия разлагается в горячей воде:

Эта соль взаимодействует с кислотами (3), щелочами (4) и диоксидом углерода (5):

Применение силиката натрия

Силикат натрия используется в процессе изготовления стекла (компонент шихты), а также нашел применение в производстве жаростойких кислотоупорных бетонов.

Примеры решения задач

Задание	Какая масса оксида кремния (IV), содержащего 25% примесей,потребуется для получения силиката натрия массой 5,6 г по реакции с карбонатом натрия?
Решение	Запишем уравнение реакции взаимодействия оксида кремния (IV) с карбонатом натрия с образованием силиката натрия:

Рассчитаем количество моль силиката натрия (молярная масса равна 122 г/моль):

Согласно уравнению реакции n (Na₂SiO₃) : n (SiO₂) = 1: 1. Значит,

Тогда масса оксида кремния (IV) будет равна (молярная масса – 60 г/моль):

Учитывая наличие примесей в составе оксида кремния (IV) его масса будет равна:

m (SiO₂) =3 x 0,25 = 0,75 г.

Задание	Какая масса кремниевой кислоты может быть получена при взаимодействии 500 мл 15%-ного раствора силиката натрия (плотность 1,1 г/мл) и соляной кислоты?
Решение	Запишем уравнение реакции:

Найдем массу раствора силиката натрия, а также массу растворенного вещества Na₂SiO₃ в нем:

m_solution =500 x 1,1 = 550 г.

Рассчитаем количество моль силиката натрия (молярная масса равна 122 г/моль):

n (Na₂SiO₃) = 82,5 / 122 = 0,676 моль.

Согласно уравнению реакции n (Na₂SiO₃) : n (H₂SiO₃) = 1: 1. Значит,

Тогда, масса образующейся кремниевой кислоты будет равна (молярная масса – 78 г/моль):

Как сделать силикат натрия — жидкое стекло

Как сделать самому силикат натрия — жидкое стекло.

Силикат натрия, называемый жидким стеклом, представляет собой интересное соединение, которое используется во многих вещах. Жидкое стекло представляет собой клей, высокотемпературный цемент или огнеупор, используемый и в качестве герметика для бетона. Мой интерес заключается в использовании силиката натрия для огнеупоров в кузнечном горне с высокой температурой. Это коммерчески доступно, но локально я не смог найти его в нужной мне концентрации. Так что я нашел несколько видео и информации в Интернете и узнал, как сделать свой собственный стакан воды.
Я добился успеха, поэтому подумал, что поделюсь своим опытом.
Предупреждение, это включает использование едкого вещества и тепла, поэтому надевайте соответствующее защитное оборудование, защитную маску, перчатки и работайте в хорошо проветриваемом помещении.

Шаг 1: Материалы

Шаг 2: Видео всего процесса создания жидкого стекла

Шаг 3: Действия

Один комментарий

Безопасность прежде всего … алюминий и щелочь НЕ смешиваются. Нержавеющая сталь является предпочтительным выбором.

Кроме того, в зависимости от того, используете ли вы кристаллический или шариковый гидроксид натрия, вам может потребоваться непрерывно перемешивать щелок в воде в течение нескольких минут до полного растворения. Носить перчатки. Вода может стать настолько горячей, что крошечные брызги подойдут и поймают тыльную сторону руки, которая болит, как черт, в основном позже.

Что касается вещей, которые не растворяются полностью: щелочь не будет (оставаться) растворяться при более низких температурах в соотношении более 1: 1 с водой.

Что касается соотношения, это может показаться 50% -ным раствором жидкого стекла, но я считаю, что он намного выше этого. (Вроде … некоторые вещи не растворяются / не реагируют)

1-я причина: тепло будет генерировать пар, а кипячение будет уменьшать только количество воды. Жидкое стекло продается как 40%, потому что это самая высокая концентрация, которая возможна для адекватного растворения химических веществ в растворе.

Итак, мои рекомендации таковы:
1. Получить химически стойкие перчатки и фартук, а также не вентилируемые защитные очки Z-71 или выше.
2. Удалите всех детей и домашних животных из области.
3. Носите рубашки с длинным рукавом, длинные брюки. И ОБУВЬ.
4. Иметь достаточную проточную воду и полотенца, которые вы не против испортить, чтобы убрать разливы.
5. Убедитесь, что все utinsils НЕ АЛЮМИНИЕВЫ. Или стекло (гидроокись натрия может травить стекло). В идеале просто получите немного нержавеющей стали.
6. Не работай один.
7. ВСЕГДА добавляйте гидроксид натрия в воду. НИКОГДА НЕ ДОБАВЛЯЙТЕ ВОДУ В ГИДРОКСИД НАТРИЯ.
8. Взвесьте пустой контейнер для смешивания / нагрева перед запуском, чтобы вы могли взвесить раствор, когда закончите.
9. Добавьте щелок в холодную воду. Это нагреется достаточно, чтобы растворить щелок очень быстро.

Увеличение воды до 600 г. (При работе с щелоком взвешивающие жидкости больше подходят для определения правильных концентраций) для рецепта Total. Это должно дать вам на 20% больше воды для работы, улучшая растворимость и позволяя выкипать. Для дальнейшего поощрения правильного принятия решения и снижения риска неизвестных реакций используйте дистиллированную воду. (Моя колодезная вода настолько жесткая, что реакции всего, что находится в воде, препятствуют правильному растворению щелочи при более высоких концентрациях.)

Взвесьте раствор по окончании кипячения. Только вода испарилась, основываясь на законах массы. Здесь нет квантовых расчетов.
Таким образом, вы можете безопасно вычесть 500 грамм из 1100 (если вы использовали 600 грамм воды), чтобы определить содержание воды и, следовательно, разбавление раствора.

Силикат натрия (Na2SiO3): структура, свойства, применение, риски

Содержание:

В силикат натрия представляет собой неорганическое соединение, образованное двумя ионами натрия Na + и силикатный анион SiO₃ 2 – . Также говорят, что он состоит из молекулы кремнезема SiO.₂ и оксид натрия Na₂О. Его химическая формула может быть выражена как Na₂да₃ или также Na₂ИЛИ.да₂.

Однако состав силиката натрия может варьироваться в зависимости от соотношения SiO.₂/ Na₂Либо по весу, либо в молях. Его еще называют растворимым силикатом или жидким стеклом. Его можно получить в виде порошка, крупных кристаллов, либо в виде растворов.

Силикат натрия широко используется в моющих средствах и мыле, поскольку он смягчает воду, делая очистку более эффективной. Он также входит в состав таких продуктов, как крем для бритья.

Это сырье для приготовления кремниевых катализаторов SiO.₂. Его растворы используются в качестве клея во многих областях, от клейкой бумаги и картона до стекла, фарфора, огнеупорных форм, цемента и абразивных дисков.

Поскольку это полностью негорючий материал, он используется для изготовления огнестойких тканей, поскольку он огнестойкий, а также в качестве покрытия для средств защиты.

Состав

Общая формула силикатов натрия — xSiO₂/ Na₂Или где x — молярное или массовое отношение.

Молярное соотношение означает количество молей SiO.₂ деленное на количество молей Na₂О. Весовое соотношение означает вес SiO.₂ деленное на вес Na₂ИЛИ.

Добавление еще щелочи (Na₂O) изменяется молярное или массовое соотношение.

Раствор силиката натрия с низким молярным соотношением, например 1/1 (1 моль SiO₂ и 1 моль Na₂O) содержит в основном мономеры SiO₄ 4 – и S димеры₂ИЛИ₅ 2 – помимо ионов Na + .

Раствор с высоким молярным соотношением, например 3,3 / 1 (3,3 моль SiO₂ на каждый моль Na₂O) имеет высокую долю полимеров или полимеров кремния и кислорода.

Номенклатура

-Стакан для воды (от англ. стакан воды)

Свойства

Физическое состояние

-Твердые крупные куски, похожие на сине-зеленые кристаллы

-От бесцветного до белого порошкообразного твердого вещества

-Бесцветные водные растворы.

Молекулярный вес

Из формулы Na₂да₃: 122,063 г / моль.

Температура плавления

Плотность

Это зависит от соотношения SiO₂/ Na₂ИЛИ.

Растворимость

Когда он находится в форме крупных зеленоватых кристаллов, он растворяется в воде при нагревании и под высоким давлением. Порошок немного более растворим, но в обоих случаях его растворимость зависит от количества натрия или Na.₂Или кому принадлежит.

Чем выше содержание натрия (в виде Na₂О) быстрее растворяется.

pH

Его водные растворы сильно щелочные.

Химические свойства

Коммерчески подготовлен в отношениях SiO₂/ Na₂Или по весу от 1,5 до 3,3. По мере увеличения SiO₂ во взаимосвязи растворимость в воде и щелочность уменьшаются.

Растворение твердого силиката в воде может образовывать гелеобразные или высоковязкие смеси.

Порошок силиката натрия может растворяться в воздухе, если он содержит большое количество Na.₂Или он имеет тенденцию легко впитывать воду из окружающей среды.

Если pH их растворов понижается путем добавления кислоты, образуется гель.

Другие свойства

Получение

Кремнеземный песок SiO расплавляют для получения силикатов натрия.₂ с карбонатом натрия Na₂CO₃ безводный в открытой духовке. Молярное отношение песка к карбонату натрия может варьироваться от 0,5 до 3,75.

Приложения

В мыле и моющих средствах

Силикаты натрия являются одними из первых соединений, используемых в составах моющих средств.

Силикат натрия связывает ионы кальция и кальция 2+ и магний Mg 2+ , устраняя то, что называется жесткостью воды, то есть смягчая ее. При этом образуются нерастворимые осадки, поэтому его используют в небольших количествах.

Действие силиката натрия позволяет моющему средству действовать без влияния упомянутых ионов на процесс очистки.

В катализаторах и силикагелях

Силикагели обычно получают путем подкисления раствора силиката натрия до pH менее 10 или 11. Время, необходимое для образования геля, варьируется.

Кремнезем можно получить путем смешивания силиката натрия с сильной минеральной кислотой. Силикат натрия используется в производстве основ для катализаторов, поскольку он является источником кремнезема SiO.₂.

В качестве клея или клея

Концентрированные водные растворы силиката натрия используются в качестве клеев и герметиков. Они выдерживают температуру до 1100 ° C.

Основное применение клеев из силиката натрия — это клейкая бумага, гофрированный или гофрированный картон, коробки и картонные коробки. Также для склеивания или спекания древесины или для приклеивания металла к различным материалам.

Применяется для склеивания стекла, фарфора, керамики, текстиля, кожи и т. Д. Для склеивания стекловолокна, оптического стекла и тары из ударопрочного стекла.

Он позволяет приготовить огнеупорный цемент для изготовления резервуаров, котлов, печей и форм для литья металлов, а также для изготовления водостойких или кислотостойких растворов или цементов.

Силикаты натрия могут реагировать с фторидами кремния с образованием кислотостойких цементов с низкой тенденцией к усадке и тепловым расширением, аналогичным стали.

Они также используются для изготовления цемента для абразивных дисков, используемых для полировки.

В буровых растворах для нефтяных скважин

Силикат натрия в течение многих лет использовался в качестве химического раствора при бурении определенных типов пластов с очень высокой проницаемостью, например, состоящих из песка.

Высокая проницаемость означает, что он легко пропускает жидкости.

Его добавляют вместе с соединением, которое активирует силикат с образованием полимера. Этот полимер обеспечивает прочность, жесткость и снижает проницаемость в зернистых грунтах.

Поскольку почва менее проницаема, жидкость не проходит через нее свободно, и, таким образом, предотвращается потеря жидкости во время фазы бурения скважины.

В различных приложениях

Силикат натрия также имеет множество применений. Некоторые упомянуты ниже.

-В средствах повседневного ухода, например, входит в состав кремов для бритья.

-При отбеливании текстиля, например шерсти.

-При отбеливании бумажной массы. Например, для отбеливания измельченной древесины среди других ингредиентов используется смесь, содержащая перекись водорода и силикат натрия. Силикат натрия используется для связывания ионов металлов, которые ускоряют разложение пероксида.

-Для изготовления огнестойких тканей. Как антипирен и как покрытие для средств защиты.

-В кремнеземных пигментах.

-Для обнаружения зерен кукурузы, пораженных насекомыми. Используется смесь силиката натрия и воды, в которой зараженные зерна быстро всплывают на поверхность.

-В электроосаждении цинка.

-При флотации минералов он используется в качестве диспергатора шлама и ила и в качестве кондиционера для поверхности минералов.

-Для пропитки дерева.

Риски

Силикат натрия из-за высокого содержания щелочи является сильным раздражителем кожи, глаз и слизистых оболочек. При проглатывании он может быть токсичным и раздражать слизистые оболочки так же, как растворы каустической соды.

Его следует хранить отдельно от сильных кислот, металлов и галогенов, таких как фтор, с которыми он бурно реагирует.

Изобретение относится к химической технологии получения "силикат-глыбы" и может быть применено в производстве жидкого стекла. Способ получения "силикат-глыбы" включает дробление и плавку с содой кремнеземсодержащего материала, в качестве которого используют стеклобой, плавку ведут в руднo-термическом режиме при соотношении массы стеклобоя и массы соды (10-15):1, после чего расплав гранулируют с получением "силикат-глыбы". Технический результат изобретения - упрощение способа получения "силикат-глыбы".

Изобретение относится к химической технологии, в частности к получению "силикат-глыбы", применяемой при производстве жидкого стекла.

Известен способ приготовления "силикат-глыбы" для стекольной шихты, отличающийся тем, что "силикат-глыбу" получают помолом кварцевого песка в 45%-ном водном растворе NaOH до прохождения полученной суспензии через сито 0,04 с последующей обработкой полученной суспензии в автоклаве при 120-250 o C и избыточном давлении 2-80 атм и сушкой при 300-400 o C [1].

Недостатками известного способа являются большой расход щелочи натрия (до 40% мас.), высокие энергозатраты и техническая сложность процесса.

Известен способ, принятый за прототип, получения "силикат-глыбы" варкой шихты, состоящей из кварцевого песка и соды (карбоната натрия) в стекловаренной печи [2].

В известном способе взаимодействие диоксида кремния (кремнезема) с оксидом натрия осуществляется при температуре 1450-1500 o C в течение 6-8 ч.

Недостатками известного способа являются большой расход соды (до 50% мас. ), высокие энергозатраты на реакцию взаимодействия диоксида кремния с оксидом натрия и значительный выход диоксида углерода.

Известно, что в бытовых и промышленных отходах имеется огромное количество нестандартного стеклянного лома (стеклобоя), содержащего оксидные примеси, не позволяющие использовать его в стекловарении, что приводит к необходимости тщательной сортировки стеклобоя по химическому составу (цвету).

Известно также, что в химический состав стекла (стеклобоя) входят диоксид кремния (кремнезем) и оксид натрия, причем количество оксида натрия в стекле лишь несколько меньше, чем его должно быть в составе "силикат-глыбы".

Задачей изобретения является технически несложное и недорогое получение "силикат-глыбы".

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения "силикат-глыбы", включающем дробление и плавку с содой кремнеземсодержащего материала, согласно изобретению в качестве кремнеземсодержащего материала используют стеклобой, плавку ведут в руднотермическом режиме при соотношении массы стеклобоя и массы соды (10-15):1, после чего расплав гранулируют с получением "силикат-глыбы".

Способ осуществляется следующим образом.

В руднотермическую печь, снабженную графитовыми электродами, имеющую ванну, представляющую собой водоохлаждаемый металлический кожух с возможностью образования гарниссажа на внутренних стенах ванны, оборудованную леткой, позволяющей периодически сливать расплав с отсечкой в печи его части, загружают карбонат натрия (техническую соду), расплавляют его в дуговом режиме и в руднотермическом режиме доводят до жидкоподвижного состояния с температурой расплава 950-1150 o C.

В расплав загружают порцию дробленого стеклянного лома, составляющую не более 1/3 от массы исходного карбоната натрия, и проваривают до получения расплава однородной консистенции. При этом повышается вязкость расплава и его сопротивление. Для поддержания жидкотекучести расплава его температура повышается путем увеличения напряжения на электродах. Операция по загрузке стеклянного лома повторяется до достижения необходимого модуля расплава силиката натрия. При этом температура расплава в конце цикла достигает 1300-1400 o C. Затем полученный расплав сливается через выпускное отверстие с оставлением в печи части расплава, в который загружается новая порция карбоната натрия и весь цикл повторяется.

Пример осуществления предлагаемого способа.

Получение силикат-глыбы с модулем 2,45-2,55.

Переработке подвергался стеклобой следующего химического состава,%: SiO₂-74,4; Na₂O-24,4; CaO-4,2. Для получения силикат-глыбы с заданным модулем (оксид кальция принимается как нейтральное составляющее) требовалось увеличить содержание Na₂O в исходном стеклянном ломе на 4,25% что в пересчете на карбонат натрия составляет 7,22% Na₂CO₃ по отношению к массе исходного стеклобоя.

В двухэлектродную руднотермическую печь мощностью 75 кВа, позволяющую загружать до 100 кг шихтовых материалов, загрузили 7,5 кг карбоната натрия, расплавили его и нагрели расплав до температуры 1100-1150 o C. Затем в расплав загрузили 2,5 кг стеклянного лома технологической крупностью менее 20 мм и варили полученную смесь в течение 15 мин до получения расплава однородной консистенции. После этого повысили напряжение на электродах на 20% и загрузили 3,5 кг стеклобоя. Загрузку стеклобоя, его проварку до получения однородной смеси и последующее повышение напряжения на электродах повторяли до тех пор, пока не проварили 100 кг стеклобоя. Основную часть полученного расплава в количестве 100 кг слили через выпускное отверстие печи, в оставшийся в печи расплав загрузили 7,5 кг карбоната натрия и весь цикл повторили снова.

Полученная в результате плавки силикат-глыба имела следующий химический состав %: SiO₂-68,7; Na₂O-27,3; CaO-4,0, что соответствует модулю 2,52. Время, затраченное на приготовление 100 кг "силикат-глыбы", составило 3,5 часа.

Таким образом, по предлагаемому способу можно осуществлять быстрое, недорогое и технически несложное получение " силикат-глыбы", утилизируя при этом любое потребное количество нестандартного стеклобоя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Пат. РФ N 2053970 по заявке N 92014433/33 от 23.12.92, опубл. Бюлл. изобр. N 4, 10.02.96. МКИ С 03 С 6/02, С 03 В 1/02.

2. Под ред. И.И. Китайгородского. "Технология стекла", М.:Стройиздат, 1961. С. 324,336-351 (Прототип).

Способ получения "силикат-глыбы", включающий дробление и плавку с содой кремнеземсодержащего материала, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего материала используют стеклобой, плавку ведут в рудно-термическом режиме при соотношении массы стеклобоя к массе соды (10 - 15):1, после чего расплав гранулируют с получением "силикат-глыбы".

Кремний расположен в главной подгруппе IV группы (или в 14 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение кремния

Электронная конфигурация кремния в основном состоянии :

+14Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Электронная конфигурация кремния в возбужденном состоянии :

+14Si * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3

Атом кремния содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии.

Степени окисления атома кремния — от -4 до +4. Характерные степени окисления -4, 0, +2, +4.

Физические свойства, способы получения и нахождение в природе кремния

Кремний — второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Встречается только в виде соединений. Оксид кремния SiO₂ образует большое количество природных веществ – горный хрусталь, кварц, кремнезем.

Простое вещество кремний – атомный кристалл темно-серого цвета с металлическим блеском, довольно хрупок. Температура плавления 1415 °C, плотность 2,33 г/см 3 . Полупроводник.

Качественные реакции

Качественная реакция на силикат-ионы SiO₃ 2- — взаимодействие солей-силикатов с сильными кислотами . Кремниевая кислота – слабая. Она легко выделяется из растворов солей кремниевой кислоты при действии на них более сильными кислотами.

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃ + 2 NaCl

Видеоопыт взаимодействия силиката натрия с соляной кислоты (получение кремниевой кислоты) можно посмотреть здесь.

Соединения кремния

Основные степени окисления кремния +4, 0 и -4.

Наиболее типичные соединения кремния:

Способы получения кремния

SiO₂ + 2Mg -> Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

Еще один способ получения кремния в лаборатории — восстановление из оксида алюминием:

В промышленности использовать дорогие алюминий и магний неэффективно, поэтому используют другие, более дешевые способы:

1. Восстановление из оксида коксом в электрических печах:

SiO₂ + 2C -> Si + 2CO

Однако в таком процессе образующийся кремний загрязнен примесями карбидов кремния, и для производства, например, микросхем уже не подходит.

2. Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния водородом при 1200 °С:

SiCl₄ +2H₂ -> Si + 4HCl

или цинком :

SiCl₄ + 2Zn -> Si + 2ZnCl₂

3. Также чистый кремний получается при разложении силана :

Химические свойства

При нормальных условиях кремний существует в виде атомного кристалла, поэтому химическая активность кремния крайне невысокая.

1. Кремний проявляет свойства окислителя (при взаимодействии с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя (при взаимодействии с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому кремний реагирует и с металлами , и с неметаллами .

1.1. При обычных условиях кремний реагирует с фтором с образованием фторида кремния (IV):

При нагревании кремний реагирует с хлором, бромом, йодом :

1.2. При сильном нагревании (около 2000 о С) кремний реагирует с углеродом с образованием бинарного соединения карбида кремния (карборунда):

C + Si -> SiC

При температуре выше 600°С взаимодействует с серой:

Si + 2S -> SiS₂

1.3. Кремний не взаимодействует с водородом .

1.4. С азотом кремний реагирует в очень жестких условиях:

1.5. В реакциях с активными металлами кремний проявляет свойства окислителя. При этом образуются силициды:

2Ca + Si -> Ca₂Si

Si + 2Mg -> Mg₂Si

1.6. При нагревании выше 400°С кремний взаимодействует с кислородом :

2. Кремний взаимодействует со сложными веществами:

2.1. В водных растворах щелочей кремний растворяется с образованием солей кремниевой кислоты. При этом щелочь окисляет кремний.

2.2. Кремний не взаимодействует с водными растворами кислот , но аморфный кремний растворяется в плавиковой кислоте с образованием гексафторкремниевой кислоты :

При обработке кремния безводным фтороводородом комплекс не образуется:

С хлороводородом кремний реагирует при 300 °С, с бромоводородом – при 500 °С.

2.3. Кремний растворяется в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот :

3Si + 4HNO₃ + 12HF -> 3SiF₄ + 4NO + 8H₂O

Бинарные соединения кремния

Силициды металлов

Силициды – это бинарные соединения кремния с металлами, в которых кремний имеет степень окисления -4. Химическая связь в силицидах металлов — ионная.

Силициды, как правило, легко гидролизуются в воде или в кислой среде.

Например , силицид магния разлагается водой на гидроксид магния и силан:

Соляная кислота легко разлагает силицид магния:

Получают силициды сплавлением простых веществ или восстановлением смеси оксидов коксом в электропечах:

2Mg + Si -> Mg ₂ Si

2MgO + SiO₂ + 4C -> Mg₂Si + 4CO

Силан

Силан – это бинарное соединение кремния с водородом SiH₄, ядовитый бесцветный газ.

Если поместить порошок силицида магния в очень слабый раствор соляной кислоты, то на поверхности раствора образуются пузырьки газа. Они лопаются и загораются на воздухе. Это горит силан. Он образуется при взаимодействии кислоты с силицидом магния:

Видеоопыт получения силана из силицида магния можно посмотреть здесь.

На воздухе силан горит с образованием SiO₂ и H₂O:

Видеоопыт сгорания силана можно посмотреть здесь.

Силан разлагается водой разлагается с выделением водорода:

Силан разлагается (окисляется) щелочами :

Силан при нагревании разлагается :

Карбид кремния

В соединениях кремния с неметаллами — ковалентная связь.

Рассмотрим карбид кремния – карборунд Si +4 C -4 . Это вещество с атомной кристаллической решеткой. Он имеет структуру, подобную структуре алмаза и характеризуется высокой твердостью и температурой плавления, а также высокой химической устойчивостью.

Карборунд окисляется кислородом при высокой температуре:

Карборунд окисляется кислородом в расплаве щелочи :

Галогениды кремния

Хлорид и фторид кремния – галогенангидриды кремниевой кислоты.
SiCl₄.

Получают галогениды кремния действием хлора на сплав оксида кремния с углем :

Галогениды кремния разлагаются водой до кремниевой кислоты и хлороводорода:

Хлорид кремния (IV) восстанавливается водородом :

SiCl₄ + 2H₂ -> Si + 4HCl

Оксид кремния (IV)

Физические свойства и нахождение в природе

Оксид кремния (IV) – это твердое вещество с атомной кристаллической решеткой. В природе встречается в виде кварца, речного песка, кремнезема и прочих модификаций:

Химические свойства

Оксид кремния (IV) – типичный кислотный оксид . За счет кремния со степенью окисления +4 проявляет слабые окислительные свойства.

1. Как кислотный оксид, диоксид кремния (IV) взаимодействует с растворами и расплавами щелочей и в расплаве с основными оксидами . При этом образуются силикаты.

Например , диоксид кремния взаимодействует с гидроксидом калия:

Еще пример : диоксид кремния взаимодействует с оксидом кальция.

SiO₂ + CaO -> CaSiO₃

2. Оксид кремния (IV) не взаимодействует с водой , т.к. кремниевая кислота нерастворима .

3. Оксид кремния (IV) реагирует при сплавлении с карбонатами щелочных металлов . При этом работает правило: менее летучий оксид вытесняет более летучий оксид из солей при сплавлении.

Например , оксид кремния (IV) взаимодействует с карбонатом калия. При этом образуется силикат калия и углекислый газ:

4. Из кислот диоксид кремния реагирует только с плавиковой или с газообразным фтороводородом :

5. При температуре выше 1000 °С оксид кремния реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний.

Например , оксид кремния взаимодействует с магнием с образованием кремния и оксида магния:

SiO₂ + 2Mg -> Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

При избытке восстановителя образуются силициды:

SiO₂ + 4Mg -> Mg₂Si + 2MgO

6. Оксид кремния (IV) взаимодействует с неметаллами.

Например , оксид кремния (IV) реагирует с водородом в жестких условиях. При этом оксид кремния проявляет окислительные свойства:

Еще пример : оксид кремния взаимодействует с углеродом. При этом образуется карборунд и угарный газ:

SiO₂ + 3С -> SiС + 2СО

При сплавлении оксид кремния взаимодействует с фосфатом кальция и углем:

Кремниевая кислота

Строение молекулы и физические свойства

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде соединения общей формулы nSiO₂•mH₂O. Образует коллоидный раствор в воде.

Метакремниевая H₂SiO₃ существует в растворе в виде полимера:

Способы получения

Кремниевая кислота образуется при действии сильных кисло т на растворимые силикаты (силикаты щелочных металлов).

Например , при действии соляной кислоты на силикат натрия:

Na ₂ SiO ₃ + 2 HCl -> H ₂ SiO ₃ + 2 NaCl

Видеоопыт получения кремниевой кислоты из силиката натрия можно посмотреть здесь.

Даже слабая угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из солей:

Химические свойства

1. Кремниевая кислота — нерастворимая. Кислотные свойства выражены очень слабо, поэтому кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами :

Например , кремниевая кислота реагирует с концентрированным гидроксидом калия:

2. При нагревании кремниевая кислота разлагается на оксид и воду :

Силикаты

Способы получения силикатов:

1 . Растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:

2. Сплавление с основными оксидами:

СаО + SiO₂ -> CaSiO₃

3. Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия и кальция: Na₂O·CaO·6SiO₂.

Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na₂CO₃, известняка CaCO₃ и белого песка SiO₂:

Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb 2+ – хрусталь; Cr 3+ – имеет зеленую окраску, Fe 3+ – коричневое бутылочное стекло, Co 2+ – дает синий цвет, Mn 2+ – красновато-лиловый.

Читайте также: