سیلیکات سدیم
و کاربرد آن به عنوان روان ساز در صنعت کاشی و سرامیک
ترجمه و تألیف: ابوالفضل گروئی
بخش نخست: آشنائی و روش تولید « سیلیکات سدیم»
« سیلیکات سدیم » نام عمومی ترکیب سدیم متا سیلیکات یا Na2SiO3 است و هم چنین به نامـهای «آب شیشه» یا «شیشـة مایع» نیز شنـاختـه شده است و می تـوان فرمول آن را به شکل Na2O∙SiO2 نیز نشان داد. به صورت محلول آبی و جامد در دسترس است و در صنایع سیمان، حفاظتِ غیر فعال آتش (Passive fire protection)، دیرگدازها، نساجی، فرآوری الوار و اتومبیلها به کار می رود.
روش تولید
سدیم سیلیکاتهای محلول (یا آب شیشه) محلولهای آب و شیشه های محلول هستند که از نسبتهای متغیر Na2CO3 و SiO2 ساخته می شوند. سدیم سیلیکات از سه جزء سازنده تشکیل شده است:
سیلیس جزء سازندة اصلی؛
قلیا سدیم اکسید و
آب تعیین کنندة خواص ترکیب های آب دار و بی آب.
گام نخست: تولید ساچمه (خرده شیشه)
در دمای ˚C1200-1100 سدیم کربنات و سیلیکون دی اکسید (از شن) در حالت گداخته واکنش می دهند تا شیشة جامد بی شکلی (آمورف) به نام «سدیم سیلیکات» تشکیل شود که ساچمه نامیده می شود و در واقع مخلوطی از SiO2 و Na2O است. کربن دی اکسید نیز در این واکنش آزاد می گردد.
Na2CO3 + SiO2 → Na2SiO3 + CO2
گام دوم: تبدیل به آبِ شیشه
ساچمه به داخل واکنشگر (reactor) تغذیه و با آب مخلوط و بخار داده می شود تا محیط پر فشاری را ایجاد نماید که ساچمه ها را حل کند. این محلول «آب شیشه» یا water glass نامیده می شود. بخار و آب فرآیند به طور پیوسته به داخل واکنشگر تغذیه می شود تا فشار ایجاد کند و ساچمه ها شروع به حل شدن کنند. آبِ شیشة تولید شده در داخل بشکه ها و تانکرها ذخیره سازی و به مقصد مصرف کننده ارسال می گردد.
گام سوم: تغیـیر Ratio
سدیم سیلیکات محلول به یک مخزن واسطه انـتـقال داده می شود تا خـنک شود و سپـس به انبار منـتـقل می شود. در این جا می توان سدیم هیـدروکسیـد جامد (NaOH) را به محلول اضافه کرد تا سدیم سیلیکاتهای محلول با Ratio های کمتر تولید شود. بسته به نسبت SiO2/Na2O خواص آب شیشه تغیـیر می کند و پیش از ارسال آن از کارخانه می توان با افزودن NaOH و هم چنین مقداری سدیم سیلیکات محلول آن را تغیـیر داد.
بلورهای جامد سدیم سیلیکات
شمای این فرآیند در شکل زیر آورده شده است:
سدیم سیلیکات بی آب (anhydrous) شاملِ یک زنجیرة آنیونی پلیمری است که چهار وجهی های {SiO4} (و نه یون SiO32- گسسته) در گوشه ها به اشتراک گذاشته شده اند. علاوه بر شکـل بی آب، تعدادی شکل آب دار (هیدراته) با فرمول Na2SiO3∙nH2O (وقتی n برابر است با 5، 6، 7، 8 و 9) نیز وجود دارد که شـامل آنیون گسستة تـقریـباً چهار وجـهی SiO2(OH)22- با آب هیدراسیون (آب پوشی) می باشد. برای نمونه، سدیم سیلیکات پنتا هیدرات (Na2SiO3∙5H2O) که به صورت تـجـاری در دستـرس است، به صـورت Na2SiO2(OH)2∙4H2O و نوناهیدرات Na2SiO3∙9H2O به صورت Na2SiO2(OH)2∙8H2O فرمول بندی می شوند.