3.11 Разварка силикатной глыбы и приготовление растворов жидких стекол

3.11.1 Общие сведения

Одним из важнейших материалов при производстве электродов является жидкое стекло. В качестве связующего оно служит необходимым компонентом подавляющего большинства электродов и применяется при всех способах нанесения покрытия. Вязкость и клейкость, регулируемые в широких пределах, неорганическое происхождение, низкая стоимость — вот главные причины распространения жидкого стекла для изготовления электродов.

В отечественной практике растворы жидких стекол из силикатной глыбы приготовляют в электродных цехах, поэтому работники электродных производств должны иметь ясное представление о процессах, протекающих при растворении силикатной глыбы, характеристиках и свойствах жидких стекол.

Силикатная глыба представляет собой сплав кремнезема_с содой, (поташом или сульфатом натрия, получаемый в стекловаренных ванных печах при температуре 1300—1500° С. В качестве кремнезема SiO₂ обычно используют чистые пески, реже — пылевидный кварц (горная мука — маршалит).

В зависимости от применяемого сырья может быть получена натриевая, калиевая, калиево-натриевая, натриево-калиевая, сульфатная или содово-сульфатная глыба. Две последние не находят применения в практике электродного производства, так как содержат большое количество серы. При применении соды Na₂СО₃ и поташа K₂CO₃ образование щелочных силикатов может быть изображено следующей реакцией: R₂СОз+nSiO₂= = R₂О nSiO₂ + СО₂, где R — натрий или калий К.

Цвет силикатной глыбы определяется составом и количеством примесей, присутствующих в исходном сырье (обычно в песке) или переходящих из футеровочных материалов печи. Основными окислами, окрашивающими силикатную глыбу, являются окислы железа. Закись железа FеО придает ей сине-зеленый цвет, окись железа Fе₂:О₃ — желто-зеленый. Желтоватый цвет придают глыбе сернистые соединения, коричневый — частицы углерода из топлива. При отсутствии красящих примесей глыба бесцветна.

Основной характеристикой силикатной глыбы, определяющей ее свойства и свойства жидкого стекла, является силикатный модуль М. В общем виде модуль представляет отношение числа молекул (ч. м.) SiO₂ к числу молекул R₂О, где R — калий, натрий или их сумма.

Формула для определения модуля глыбы является универсальной. Она пригодна для натриевой, калиевой и смешанной силикатной глыбы.

Длительное воздействие атмосферной влаги разрушает силикатную глыбу. При длительном хранении силикатной глыбы на открытом воздухе снижается ее растворимость в воде и резко возрастают потери, вызванные увеличением количества нерастворившихся остатков.

3.11.2 Растворение силикатной глыбы

Силикатная глыба практически нерастворима в холодной воде. Она начинает заметно растворяться только при температуре воды 60—70°С, дальнейшее повышение температуры сопровождается увеличением растворимости глыбы.

Растворение силикатной глыбы — сложный физико-химический процесс.

Одновременно с выщелачиванием начинает происходить гидратация силикатной глыбы, гидратация — процесс соединения в первую очередь поверхностных молекул с водой, что может быть представлено уравнением R₂O∙nSiO₂ + mH₂O = R₂O∙nSiO₂∙mH₂O

Гидратация силикатной глыбы происходит тем быстрее, чем ниже ее модуль, выше температура и мельче куски.

Растворы силикатной глыбы с модулем больше 2 приобретают клеющие свойства. Это связано с появлением крупных ионизированных комплексов, образованных большим количеством молекул SiO₂ и Н₂О и некоторым количеством RОН, которые стабилизированы щелочной средой, содержащей положительные ионы натрия или калия. Поэтому для целей электродного производства можно рекомендовать к использованию силикатную глыбу с модулем от 2,9 до 3,2. При модуле глыбы, заключенном в указанном интервале, растворы обладают достаточно высокими клеющими свойствами и в то же время мало склонны к разрушению.