Как делают жидкое стекло?

Жидкое стекло – это водный щелочной раствор силикатов натрия (Na₂O·(SiO₂)n) или калия (K₂O·(SiO₂)n), который получают с использованием различных химических процессов. Этот материал обладает уникальными свойствами, такими как высокая адгезия, термостойкость, огнеупорность и водонепроницаемость, что делает его востребованным в строительстве, производстве клеев и других промышленных сферах. Рассмотрим процесс производства жидкого стекла поэтапно.

1. Основные компоненты для производства

Для изготовления жидкого стекла используются следующие основные компоненты:

• Кремнезёмсодержащее сырьё: кварцевый песок, опока, трепел или диатомит.
• Щёлочи: гидроксид натрия (едкий натр) или карбонат натрия (сода).
• Дополнительные вещества: углекислый калий для получения калиевого жидкого стекла.

Состав конечного продукта определяется соотношением оксида кремния (SiO₂) к оксиду натрия (Na₂O) или калия (K₂O). Это соотношение называется силикатным модулем и влияет на свойства жидкого стекла.

2. Методы производства

Существует два основных метода производства жидкого стекла:

А. Метод автоклавной обработки

1. Подготовка сырья: Кремнезёмсодержащее сырьё измельчается до состояния мелкодисперсного порошка.
2. Обработка щёлочью: Подготовленное сырьё помещается в автоклав – герметичный сосуд высокого давления.
3. Химическая реакция: Сырьё обрабатывается концентрированным раствором гидроксида натрия при температуре кипения раствора щёлочи и атмосферном давлении либо под повышенным давлением до 0,8 МПа.
4. Получение продукта: В результате реакции образуется насыщенный водный раствор силикатов натрия или калия – жидкое стекло.

Этот метод позволяет получить продукт с высокой степенью чистоты и контролируемыми характеристиками.

Б. Метод сплавления

1. Измельчение компонентов: Кварцевый песок смешивается с содой (карбонатом натрия) или поташом (карбонатом калия).
2. Сплавление смеси: Смесь нагревается в специальных печах при температуре около 1200–1500 °C до образования монолитной силикатной массы.
3. Растворение массы в воде: Полученная силикатная масса охлаждается, измельчается и растворяется в воде при высоких температурах и давлениях.
4. Фильтрация и очистка: Раствор фильтруется от примесей для получения готового продукта.

Метод сплавления чаще используется для массового промышленного производства.

3. Технологические этапы производства

Процесс включает несколько ключевых этапов:

1. Измельчение кварца

Кварцевый песок измельчается до состояния мелких частиц для обеспечения равномерности реакции с другими компонентами.

2. Смешивание компонентов

Измельчённый кварц смешивается с содой или поташом, а также другими добавками (например, сульфатами калия или натрия).

3. Сплавление

Смесь нагревается в печи при температуре выше 1200 °C до полного плавления компонентов и образования однородной массы.

4. Автоклавная обработка

Если используется автоклавный метод, смесь подвергается воздействию горячего пара под давлением не более 0,8 МПа для завершения химической реакции между кремнезёмом и щёлочью.

5. Охлаждение и растворение

После сплавления полученную массу охлаждают, дробят на куски и растворяют в воде при высокой температуре для получения конечного продукта – жидкого стекла.

6. Фильтрация

Раствор фильтруют от механических примесей для улучшения качества готового продукта.

4. Характеристики готового продукта

Готовое жидкое стекло имеет следующие характеристики:

• Растворимость в воде благодаря гидролизу;
• Щелочная реакция раствора с pH от 10 до 13;
• Высокая плотность и вязкость зависят от концентрации раствора;
• Огнеупорность и термостойкость;
• Способность образовывать прочную плёнку после высыхания.

Цвет готового продукта варьируется от прозрачного до бледно-коричневого оттенка в зависимости от состава исходных материалов.

5. Применение жидкого стекла

Жидкое стекло широко применяется:

• В строительстве для гидроизоляции фундаментов, стен подвалов и бассейнов;
• Для приготовления огнеупорных красок;
• В качестве антисептика для защиты древесины;
• Для укрепления слабых грунтов;
• В производстве кислотоупорных цементов;
• Как клей для склеивания фарфора, бумаги или картона;
• В производстве электродов и очистке масел.