سیلیکات های قلیایی

سیلیکات ها یکی از مهم ترین ترکیب های صنعتی سیلیسیم هستند. در این میان، سیلیکات های قلیایی را می توان از واکنش بین سیلیس (sio_۲) با انواع قلیا ها مانند سود، پتاس و کلسیم اکسید در دماهای بالای ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد در کوره الکتریکی و یا کوره های دوار تهیه کرد.

سیلیکات های قلیایی سدیم، سیلیکات های قلیایی پتاسیم و کلسیم از جمله مهم ترین و پرکاربرد‏ترین سیلیکات ها محسوب می شوند. سدیم سیلیکات و پتاسیم سیلیکات در آب محلول هستند ولی کلسیم سیلیکات در آب نامحلول است. سیلیکات های قلیایی در صنایع تولید شیشه، سرامیک، مواد شوینده و سورفکتنت ها کابرد دارد. همچنین در تولید چسب، رنگ، انواع رزین، سیمان، زئولیت و سیلیکاژل مورد استفاده قرار می گیرند.از سیلیکات ها به عنوان کاتالیست در فرایند‏های پالایشگاهی استفاده می شود.

روش های معمول تولید سیلیکات های قلیایی به دمای بسیار بالا (بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد) نیاز دارند. درنتیجه هزینه زیادی برای تامین انرژی لازم برای انجام واکنش صرف می شود. باتوجه به این که صرفه جویی در انرژی و وقت، از ارکان مهم صنایع مدرن محسوب می شوند، بنابراین لازم است که روش های کلاسیک تولید سیلیکات های قلیایی مورد بازنگری و اصلاحات قرار گیرند.

مشخصات فنی آنالیزی سیلیکات های قلیایی

برای استفاده و یا خرید هر ماده ای نیاز به آنالیز آن ماده می باشد. در بسیاری از مواد شیمیایی با توجه به ماهیت ماده فقط خلوص مواد مطرح است بدین معنی که شما می توانید با دانستن مثلا یک اسید مانند اسید سولفوریک تمام خواص دیگر آن را با استفاده از جداول بدست آورید اما در سیلیکات سدیم با توجه به نسبت های مخنلف SiO_۲ به Na_۲O ، با داشتن یک مشخصه فنی نمی توان بقیه خواص سیلیکات را مشخص کرد.

در یک برگه فنی سدیم سیلیکات موارد زیر باید اشاره شده باشد:

ریشیو(Ratio)، میزان جامد محلول(Solid Content)، درصد SiO_۲، درصد Na_۲O، وزن مخصوص یا بومه،  pH و ویسکوزینه که در ادامه به توضیح هریک می پردازیم.

ریشیو(Ratio)

به نسبت وزنی SiO_۲ به Na_۲O در سیلیکات سدیم ریشیو می گویند. با توجه به این که جرم مولکولی SiO_۲ نزدیک به جرم مولکولی Na_۲O می باشد ریشیو مولی تقریبا برابر با ریشیو وزنی در سیلیکات سدیم می باشد.

محلول های سیلیکات سدیم با ریشیو های ۲ تا ۳/۳ با جامدات محلول متفاوت جهت کاربری های مختلف تولید می شوند.

میزان جامد محلول(solid content)

میزان جامد محلول که در بسیاری از صنایع از جمله صنایع تولید پودر شوینده به عنوان ملاک محاسبه قیمت قرار می گیرند عبارت است از مجموع درصد وزنی SiO_۲ و Na_۲O موجود در محلول سیلیکات سدیم که این درصد ها با آنالیز سیلیکات سدیم بدست می آیند.

با افزایش میزان جامد محلول طبیعتا محلول غلیظ تر شده و سیال ویسکوز تر میشود اما این تغییرات ویسکوزیته برای ریشیوهای متفاوت یکسان نیست. برای مثال اگر با داشتن دو غلظت یکسان از سیلیکات سدیم ریشیو ۲ و ۳/۳ میزان مساوی غلظت را افزایش دهیم، تغییرات ویسکوزیته ریشیو بالاتر, سریع تر و بیشتر است. این نکته در انتخاب سیلیکات سدیم در کاربری چسبندگی در فرآیندهای مختلف بسیار مهم است.

درصد SiO_۲

این درصد معرف خواص بافری محلول می باشد و هر چه درصد آن در یک ریشیو یکسان بالاتر باشد مقاومت محلول در برابر کاهش pH بیشتر است. درصد بالای SiO_۲ در مواردی که خاصیت بافری سیلیکات اهمیت دارد نکته بسیار مهمی است. باید توجه داشت با افزایش غلظت SiO_۲ و با ثابت نگه داشتن غلظت Na_۲O ریشیو افزایش و احتمال تشکیل زنجیره ها و یا ترکیبات حلقوی سیلیکاتی افزایش می یابد.

درصدNa_۲O

این درصد تعیین کننده قلیاییت محلول سیلیکات سدیم است. بطوری که با افزایش این درصد، خاصیت بازی محلول افزایش پیدا کرده و pH  آن بالاتر است. تعیین درصد Na_۲O با استفاده از تیتراسیون محلول با اسید هیدروکلریریک یک نرمال یا با نرمالیته پایین تر انجام می شود. توجه داشته باشید اگرچه در استاندارد نرمالیته اسید یک مشخص شده اما هر چه قدر نرمالیته اسید پایین تر باشد نقطه تعیین رنگ با دقت بیشتری مشخص می شود و دقت آزمایش بالاتر است.

دانسیته یا بومه سدیم سیلیکات

دانسیته سدیم سیلیکات که به اشتباه رایج شده است در واقع جرم حجمی مخصوص سیلیکات سدیم است که از تقسیم دانسیته سدیم سیلیکات به دانسیته آب مقطر در هر مکان بدست می آید. جرم حجمی مخصوص یکی از مهم ترین آیتم های آنالیز کیفی این ماده است که برای اندازه گیری آن معمولا از هیدرومتر یا بومه سنج استفاده میشود. دمای استاندار اندازگیری جرم حجمی مخصوص سدیم سیلیکات در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد است. برای اندازگیری ابتدا محلول را در حمام آب سرد یا گرم باید به دمای ۲۰ درجه سانتی گراد رسانده و با هیدرومتر اندازگیری کرد.