علم سرامیک

سديم سيليکات

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

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.

 بخش دوم: خواص و ويژگي هاي « سديم سيليکات »

  خواص

 سديم سيليکات پودر سفيد رنگي است که به آساني در آب حل مي شود و محلولي قليائي به وجـود مي آورد. ايـن يکي از ترکيـباتي است که شامل سديم اورتـوسيليکات (Na₄SiO₄)، سديم پيروسيليکات (Na₆Si₂O₇) و ديگر ترکيبات مي شود. همة آنها شيشه اي (glassy)، بي رنگ و قابل حل در آب هستند. سديم سيليکات در محلولهاي خنـثي و قليائي پايدار است. در محلولهاي اسيدي، يون سليکات با يونهاي هيدروژن واکنش مي دهد تا «سيليسيک اسيد» را تشکيل دهد که وقتي گرم شود، «سيليکا ژل» را که ماده اي سخت و شيشه اي است، به وجود مي آورد.

يادآوري: محيط اسيدي، خنـثي و بازي (قليائي) را با توجه به عدد pH به صورت زير تقسيم مي کنند:

نسبت «سيليس به سودا» يا Ratio

يکي از مشخصه هاي مهم در تعيين کاربرد انواع «سديم سيليکات» در صنايع مختلف، نسبت سيليس به سودا (يا Ratio) است. اين نسبت را به صورت زير مي توان نوشت:

Ratio = SiO₂ / Na₂O

با توجه به موارد مصرف مي توان سه محدوده براي آن تعريف کرد:

◄ مرجع: سايت شرکت «پارس زئولايت» www.parszeolite.com

هر چه نسبت Ratio بالاتر باشد، دانسيته (جرم حجمي) سديم سيليکات نيز بالاتر خواهد بود. براي مثال، دانسيتة يک نمونه سديم سيليکات صنعتي با 1/2-9/1=Ratio برابر است با gr/cc ۴۵/۱-۳۵/۱.

در منبعي ديگر (از اين نشانه) دو محدوده براي Ratio تعريف شده است:

 5/2 – 3/2          Low Ratio

5/3 – 3/3          High Ratio

 در همين منبـع خـواص درجه هاي مختـلف صنـعتي «سديـم سيليکات» توليدي يکي از شرکتها (MS Jain Group) (http://www.kiranglobal.com) به صورت جدول زير قيد شده است:

◄ منبع: سايت شرکت MS Jain Group .

جدول زير که برگرفته از ويکيـپدياي انگليسي است، خواص فيزيکي و ترموشيميائي سديم سيليکات را خلاصه کرده است:

◄ منبع: ويکيپدياي انگليسي (از اين نشانه)  www.en.wikipedia.org/wiki/Sodium_silicate

منابع براي مطالعة بيشتر:

الف) منابع فارسي:

http://sodium-silicate.blogfa.com/

براي مطالعة روشهاي خشک و تر براي توليد سديم سيليکات (مقاله با فرمت PDF) بر اين «نشانه» کليک کنيد.

ب) منابع انگليسي:

ساخت «سديم سيليکات» با فرمت PDF از اين نشانه.

ويدئوي ساخت «سديم سيليکات» از اين نشانه.

ويدئو با عنوان «باغي از بلور، نمکهاي سيليکاتي» از اين نشانه.