背景及概述
西安水玻璃矽酸鈉又名偏矽酸鈉,俗名水玻璃或泡花堿。Na2SiO3=122.06,常為(wèi)玻璃态,也可(kě)為(wèi)單斜晶體。相對密度2.40,熔點1088℃,折光率(玻)1.520(25℃)。溶于水,在熱水中分解,析出矽膠。工業品組成複雜,常表示為(wèi)xNa2O·ySiO2,有(yǒu)吸濕性,為(wèi)無色、青綠(lǜ)色、棕色固體或粘稠液體,其物理(lǐ)性質随氧化鈉與二氧化矽的(de)比例而不同,水溶液呈強堿性。二矽酸鈉(Na2Si2O5),熔點874℃。矽酸鈉九水合物為(wèi)無色斜方晶體,在空氣中風化,熔點40~48℃,加熱至100℃時失去(qù)六分子(zǐ)水。由矽石、純堿與粉狀煤共熔,冷卻後粉碎,用水萃取、濃縮而制得,或由矽石與燒堿共熔而得。用作肥皂填充劑、粘合劑,用于制矽膠、矽鋁凝膠和(hé)人造鈉沸石等。
物理(lǐ)性質
西安水玻璃矽酸鈉溶液呈無色透明、黃綠(lǜ)色、青灰色、或微紅(hóng)色,無色透明的(de)液體質量.好。矽酸鈉溶液中含有(yǒu)的(de)雜質如(rú)Fe2O3、CaO、MgO和(hé)Al2O3等對其透明度及物理(lǐ)化學(xué)性能均有(yǒu)影響。水玻璃的(de)性能參數包括模數n(氧化矽與氧化鈉的(de)摩爾比),密度D(或波美度°Bé)和(hé)粘度μ等。用水玻璃溶液作黏合劑時,其粘度與密度和(hé)模數有(yǒu)關。密度相同時,模數越大粘度越大。模數相同時,密度越大粘度越大。模數越大的(de)水玻璃溶液随密度增大粘度增大越快,這是因為(wèi)模數越高(gāo),膠态二氧化矽的(de)含量也越高(gāo),水玻璃溶液的(de)膠體性質就越強。此外,水玻璃溶液的(de)粘度随溫度升高(gāo)而降低(dī)。
化學(xué)性質
1)水解水玻璃是一(yī)種強堿弱酸鹽,與水反應發生水解生成氫氧化鈉,從而使水玻璃溶液呈堿性。水玻璃溶液是膠體溶液,其膠粒帶負電。
2)與酸的(de)反應水玻璃溶液顯堿性,所以它能與無機(jī)酸和(hé)有(yǒu)機(jī)酸發生反應。反應結果是二氧化矽溶膠以凝膠體沉澱析出。水玻璃溶液與鹽酸的(de)反應式如(rú)下
3)與堿的(de)反應:1)與堿金屬離(lí)子(zǐ)反應隻是提高(gāo)其堿度,使模數下降,不會影響水玻璃膠體溶液的(de)穩定性。2)與堿土金屬離(lí)子(zǐ)反應會發生絮凝,生成白色凝膠沉澱,水玻璃溶液與氫氧化鋇反應式如(rú)下
.終生成的(de)水合矽酸鋇是凝膠體。同樣,與其他堿土金屬離(lí)子(zǐ)如(rú)Ca2+、Mg2+、Sr2+會發生類似的(de)反應。
4)液體水玻璃的(de)硬化液體水玻璃與空氣中的(de)二氧化碳反應,生成無定形矽酸,逐漸幹燥而硬化,與石灰的(de)凝結硬化類似
這個反應過程很慢,因此液體水玻璃要密封保存。在使用中經常采用加熱或者加入氟矽酸鈉的(de)方法來加快硬化,氟矽酸鈉适宜的(de)用量為(wèi)水玻璃質量的(de)12%~15%。硬化速度還與模數和(hé)密度有(yǒu)關。模數越大,矽膠越易析出,硬化越快;密度越小,粘度越小,硬化越快。硬化速度還與環境溫度和(hé)濕度有(yǒu)關,溫度越高(gāo),濕度越小,硬化越快。
矽酸鈉是無機(jī)矽化合物中發展.廣泛的(de)産品,應用已有(yǒu)100多年(nián)曆史,應用範圍幾乎滲透到國(guó)民經濟的(de)各個部門。矽酸鈉是制皂工業中.有(yǒu)價值的(de)填料,将矽酸鈉摻入到洗衣皂中可(kě)緩沖洗衣皂的(de)堿性,減少洗衣皂在水中的(de)損耗,并可(kě)增強洗滌能力和(hé)防止肥皂酸敗;矽酸鈉在合成洗滌劑中起助洗、防腐、穩定泡沫的(de)作用;可(kě)用作造紙的(de)填料;用于制造矽凝膠、矽膠;用作鑄造工業中粘結劑,粘接砂和(hé)黏土,制作成人們需要的(de)各種各樣的(de)鑄型和(hé)型芯;水玻璃塗在金屬表面會形成堿金屬矽酸鹽及二氧化矽凝膠薄膜,使金屬免受外界酸、堿等的(de)腐蝕;用作粘結劑來粘結玻璃、陶瓷、石棉、木材、膠合闆等;用于制造耐火材料、白炭黑、耐酸水泥;在紡織工業用作漿料、浸漬劑,在紡織物染色和(hé)壓花紋時用作固染劑和(hé)媒染劑,以及用于絲綢織物加重;在皮革生産中加入水玻璃,它的(de)分散的(de)膠體二氧化矽用于生産軟皮革;在食品工業可(kě)用于保存蛋類,防止微生物進入蛋殼空隙造成變質;在制糖工業,水玻璃可(kě)以脫除糖液中的(de)色素和(hé)樹脂質;此外矽酸鈉在醫學(xué)繃帶、蓄電池制造、電焊條制造、煉鋼等行(xíng)業都有(yǒu)重要的(de)用途。
1. 矽酸鈉單獨用作緩蝕劑
1)矽酸鈉在冷鐵防鏽中的(de)應用:将模數為(wèi)2.0~2.8(.好為(wèi)2.4)的(de)矽酸鈉,用水稀釋充分攪拌後靜置,保留上層清液作為(wèi)防鏽液。将除鏽去(qù)污後的(de)冷鐵浸泡在上述溶液中,取出後使多餘的(de)溶液自(zì)動流下,自(zì)然幹燥即可(kě)。處理(lǐ)後的(de)冷鐵可(kě)在普通室內(nèi)保存1~2個月而不生鏽,在此期間可(kě)以随意使用。
2)矽酸鈉為(wèi)主的(de)堿性清洗液:采用以矽酸鈉為(wèi)主要緩蝕劑的(de)堿性清洗液對鐵器文物的(de)脫鹽清洗效果較好。矽酸鹽與鐵表面的(de)氧化物發生反應,生成部分Fe2O3、Fe2SiO4和(hé)Fe7SiO10,這些新生成的(de)物質具有(yǒu)較強的(de)抗腐蝕能力。
3)矽酸鈉對鋁合金的(de)緩蝕作用:矽酸鈉主要通過促進鋁合金的(de)鈍化或在其表面形成轉化膜,抑制鋁合金的(de)點蝕,進而減少裂紋源的(de)産生,提高(gāo)鋁合金在氯化鈉溶液中抗點蝕的(de)能力及腐蝕疲勞壽命而起到緩蝕作用,是一(yī)種陽極型緩蝕劑。同時矽酸鈉的(de)濃度對鋁合金的(de)緩蝕作用有(yǒu)很大的(de)影響,當添加0.20mg/g的(de)矽酸鈉時,鋁合金在3.5%NaCl溶液中具有(yǒu)較好的(de)緩蝕作用。
4)矽酸鈉被膜緩蝕劑:當藥劑溶于水後,矽酸鈉被膜緩蝕劑中對金屬表面有(yǒu)強親和(hé)力的(de)成分會在金屬表面形成一(yī)層細密、堅韌的(de)矽鐵穩定膜,使金屬與腐蝕環境隔絕開來,從而可(kě)有(yǒu)效地(dì)防止金屬腐蝕。另外,所形成的(de)膠态負離(lí)子(zǐ)吸附水中帶正電的(de)離(lí)子(zǐ)構成固定層,并向外擴散構成擴散層,兩界面處産生的(de)動電位使包圍在擴散層中的(de)難溶物質過飽和(hé)度加大,不易形成晶核,從而抑制了結垢的(de)可(kě)能。矽酸鈉被膜緩蝕劑的(de)使用效果與藥劑濃度、水溫、水質、水流速度、材質等因素有(yǒu)關。
2.矽酸鈉複配緩蝕劑
盡管如(rú)此,矽酸鈉作為(wèi)緩蝕劑單獨使用有(yǒu)一(yī)定的(de)缺陷,它成膜慢,所形成的(de)膜有(yǒu)孔隙,易形成矽垢,所以它與其它物質複配使用已成為(wèi)一(yī)種發展趨勢。3.1 1)Njff-Ⅱ緩蝕劑:Njff-Ⅱ緩蝕劑由矽酸鈉、钼酸鹽、有(yǒu)機(jī)胺複配而成,是主要控制陽極反應的(de)混合抑制型緩蝕劑。加量0.2%時,在鹽水鑽井液濾液中對G105鋼試片80℃動态腐蝕的(de)緩蝕率達88.19%。Njff-Ⅱ緩蝕劑目前已在江蘇油田廣泛應用。根據現場反饋的(de)信息,使用該緩蝕劑後,鑽杆、鑽具的(de)更換周期明顯延長(cháng)。
2)一(yī)種銅的(de)緩蝕劑:以矽酸鈉為(wèi)主,與聚環氧琥珀酸(PESA)、苯骈三唑(BTA)、Zn2+複配使用的(de)緩蝕劑當其構成配比為(wèi)60∶40∶1∶8時,顯示出較好的(de)協同效應,此時對銅的(de)緩蝕效果好。該複合水處理(lǐ)劑是以抑制陽極腐蝕為(wèi)主的(de)緩蝕劑,從環境保護、可(kě)持續發展的(de)角度進行(xíng)研究具有(yǒu)重要意義。
3)用于天然海水中的(de)..緩蝕劑:腐蝕介質取自(zì)青島魯迅公園的(de)天然海水,鹽度是32%,實驗過程中,海水定期更新。将矽酸鈉、硫酸鋅、葡萄糖酸鈣、烷基多糖苷和(hé)鎢酸鈉按一(yī)定比例置于容器中,攪拌均勻所得的(de)緩蝕劑是一(yī)種适用于天然海水中碳鋼的(de)低(dī)毒、..複合緩蝕劑。實驗數據表明,未預膜時緩蝕劑的(de)臨界濃度是280mg/L,此時對碳鋼的(de)緩蝕率為(wèi)93.8%,并且試樣表面光亮(liàng)如(rú)初,沒有(yǒu)局部腐蝕;預膜後緩蝕劑的(de)臨界濃度降為(wèi)210mg/L,此時對碳鋼的(de)緩蝕率為(wèi)93.1%。
4)碳鋼-銅複合體系緩蝕劑:以矽酸鈉為(wèi)主,與聚天冬氨酸、苯骈三唑、钼酸鈉的(de)複配緩蝕劑是以抑制陽極腐蝕為(wèi)主的(de)複合型緩蝕劑,對碳鋼-銅複合體系有(yǒu)很好的(de)緩蝕效果。在緩蝕劑總濃度為(wèi)50.5mg/L,其配比為(wèi)60∶20∶1∶20時,其緩蝕效果.佳。
5)高(gāo)Cl-濃度環境中的(de)複配緩蝕劑:矽酸鈉與钼酸鈉複配後,緩蝕劑毒性降低(dī)。矽酸鈉形成的(de)沉澱膜彌補了钼酸鈉形成的(de)鈍化膜的(de)缺陷,從而在材料表面形成完整緻密的(de)保護膜層,阻止腐蝕的(de)發生和(hé)進行(xíng)。在高(gāo)Cl-濃度環境中,此緩蝕劑仍能有(yǒu)效地(dì)阻止Cl-通過膜層向金屬表面的(de)遷移,抑制金屬的(de)腐蝕。
6)鋁-矽聯合緩蝕劑鋁-矽聯合緩蝕劑:由預膜液和(hé)封閉液組成。用鋁系複合緩蝕劑對水中碳鋼預膜後,轉入含矽酸鈉的(de)水中進行(xíng)封閉處理(lǐ),在原來氫氧化鋁膜上又沉積上相當的(de)二氧化矽,自(zì)動修補了膜的(de)缺陷,進一(yī)步提高(gāo)了鋁緩蝕膜的(de)耐蝕性能。鋁-矽聯合緩蝕劑不僅在淡水中具有(yǒu)好的(de)緩蝕效果,而且在海水中、在溫度較高(gāo)的(de)鹽水中同樣具有(yǒu)較好的(de)緩蝕效果。
7)鹽酸介質中鋁合金複合緩蝕劑:由钼酸铵、矽酸鈉和(hé)鎢洛托品以一(yī)定比例複合而成的(de)緩蝕劑是冷軋鋁闆在1mol/LHCl中的(de)非磷、非鉻..複合型緩蝕劑。當其總濃度為(wèi)10.6mg/L,其中钼酸铵、鎢洛托品和(hé)矽酸鈉的(de).佳複合比為(wèi)2.375∶468.750∶1.000時,緩蝕率達到99.91%。另外還有(yǒu)很多關于利用矽酸鈉與其他物質複配制成不同功能的(de)緩蝕劑。
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