علم سرامیک

سدیم سیلیکات - بخش نخست

سديم سيليکات

و کاربرد آن به عنوان روان ساز در صنعت کاشي و سراميک

ترجمه و تأليف: ابوالفضل گروئي

بخش نخست: آشنائي و روش توليد « سديم سيليکات »

« سديم سيليکات » نام عمومي ترکيب سديم متا سيليکات يا Na₂SiO₃ است و هم چنين به نامـهاي «آب شيشه» يا «شيشـة مايع» نيز شنـاختـه شده است و مي تـوان فرمول آن را به شکل Na₂O∙SiO₂ نيز نشان داد. به صورت محلول آبي و جامد در دسترس است و در صنايع سيمان، حفاظتِ غير فعال آتش (Passive fire protection)، ديرگدازها، نساجي، فرآوري الوار و اتومبيلها به کار مي رود.

روش توليد

سديم سيليکاتهاي محلول (يا آب شيشه) محلولهاي آب و شيشه هاي محلول هستند که از نسبتهاي متغير Na₂CO₃ و SiO₂ ساخته مي شوند. سديم سيليکات از سه جزء سازنده تشکيل شده است:

سيليس          جزء سازندة اصلي؛

قليا               سديم اکسيد و

آب               تعيين کنندة خواص ترکيب هاي آب دار و بي آب.

گام نخست: توليد ساچمه (خرده شيشه)

در دماي ˚C1200-1100 سديم کربنات و سيليکون دي اکسيد (از شن) در حالت گداخته واکنش مي دهند تا شيشة جامد بي شکلي (آمورف) به نام «سديم سيليکات» تشکيل شود که ساچمه ناميده مي شود و در واقع مخلوطي از SiO₂ و Na₂O است. کربن دي اکسيد نيز در اين واکنش آزاد مي گردد.

Na₂CO₃ + SiO₂ → Na₂SiO₃ + CO₂

گام دوم: تبديل به آبِ شيشه

ساچمه به داخل واکنشگر (reactor) تغذيه و با آب مخلوط و بخار داده مي شود تا محيط پر فشاري را ايجاد نمايد که ساچمه ها را حل کند. اين محلول «آب شيشه» يا water glass ناميده مي شود. بخار و آب فرآيند به طور پيوسته به داخل واکنشگر تغذيه مي شود تا فشار ايجاد کند و ساچمه ها شروع به حل شدن کنند. آبِ شيشة توليد شده در داخل بشکه ها و تانکرها ذخيره سازي و به مقصد مصرف کننده ارسال مي گردد.

گام سوم: تغيـير Ratio

سديم سيليکات محلول به يک مخزن واسطه انـتـقال داده مي شود تا خـنک شود و سپـس به انبار منـتـقل مي شود. در اين جا مي توان سديم هيـدروکسيـد جامد (NaOH) را به محلول اضافه کرد تا سديم سيليکاتهاي محلول با Ratio هاي کمتر توليد شود. بسته به نسبت SiO₂/Na₂O خواص آب شيشه تغيـير مي کند و پيش از ارسال آن از کارخانه مي توان با افزودن NaOH و هم چنين مقداري سديم سيليکات محلول آن را تغيـير داد.

بلورهاي جامد سديم سيليکات

شماي اين فرآيند در شکل زير آورده شده است:

سديم سيليکات بي آب (anhydrous) شاملِ يک زنجيرة آنيوني پليمري است که چهار وجهي هاي {SiO₄} (و نه يون SiO₃^2- گسسته) در گوشه ها به اشتراک گذاشته شده اند. علاوه بر شکـل بي آب، تعدادي شکل آب دار (هيدراته) با فرمول Na₂SiO₃∙nH₂O (وقتي n برابر است با 5، 6، 7، 8 و 9) نيز وجود دارد که شـامل آنيون گسستة تـقريـباً چهار وجـهي SiO₂(OH)₂^2- با آب هيدراسيون (آب پوشي) مي باشد. براي نمونه، سديم سيليکات پنتا هيدرات (Na₂SiO₃∙5H₂O) که به صورت تـجـاري در دستـرس است، به صـورت Na₂SiO₂(OH)₂∙4H₂O و نوناهيدرات Na₂SiO₃∙9H₂O به صورت Na₂SiO₂(OH)₂∙8H₂O فرمول بندي مي شوند.