手機掃碼訪問本站
微信咨詢
硅酸鈉又名偏硅酸鈉，俗名水玻璃或泡花堿。Na2SiO3＝122.06，常為玻璃態，也可為單斜晶體。相對密度2.40，熔點1088℃，折光率(玻)1.520(25℃)。溶于水，在熱水中分解，析出硅膠。工業品組成復雜，常表示為xNa2O·ySiO2，有吸濕性，為無色、青綠色、棕色固體或粘稠液體，其物理性質隨氧化鈉與二氧化硅的比例而不同，水溶液呈強堿性。二硅酸鈉(Na2Si2O5)，熔點874℃。硅酸鈉九水合物為無色斜方晶體，在空氣中風化，熔點40～48℃，加熱至100℃時失去六分子水。由硅石、純堿與粉狀煤共熔，冷卻后粉碎，用水萃取、濃縮而制得，或由硅石與燒堿共熔而得。用作肥皂填充劑、粘合劑，用于制硅膠、硅鋁凝膠和人造鈉沸石等。
硅酸鈉溶液呈無色透明、黃綠色、青灰色、或微紅色，無色透明的液體質量最好。硅酸鈉溶液中含有的雜質如Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ和Ａｌ２Ｏ３等對其透明度及物理化學性能均有影響。水玻璃的性能參數包括模數ｎ（氧化硅與氧化鈉的摩爾比），密度Ｄ（或波美度°Ｂé）和粘度μ等。用水玻璃溶液作黏合劑時，其粘度與密度和模數有關。密度相同時，模數越大粘度越大。模數相同時，密度越大粘度越大。模數越大的水玻璃溶液隨密度增大粘度增大越快，這是因為模數越高，膠態二氧化硅的含量也越高，水玻璃溶液的膠體性質就越強。此外，水玻璃溶液的粘度隨溫度升高而降低。
1）水解水玻璃是一種強堿弱酸鹽，與水反應發生水解生成氫氧化鈉，從而使水玻璃溶液呈堿性。水玻璃溶液是膠體溶液，其膠粒帶負電。
2）與酸的反應水玻璃溶液顯堿性，所以它能與無機酸和有機酸發生反應。反應結果是二氧化硅溶膠以凝膠體沉淀析出。水玻璃溶液與鹽酸的反應式如下
3）與堿的反應：1）與堿金屬離子反應只是提高其堿度，使模數下降，不會影響水玻璃膠體溶液的穩定性。2）與堿土金屬離子反應會發生絮凝，生成白色凝膠沉淀，水玻璃溶液與氫氧化鋇反應式如下
最終生成的水合硅酸鋇是凝膠體。同樣，與其他堿土金屬離子如Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｓｒ２＋會發生類似的反應。
4）液體水玻璃的硬化液體水玻璃與空氣中的二氧化碳反應，生成無定形硅酸，逐漸干燥而硬化，與石灰的凝結硬化類似
這個反應過程很慢，因此液體水玻璃要密封保存。在使用中經常采用加熱或者加入氟硅酸鈉的方法來加快硬化，氟硅酸鈉適宜的用量為水玻璃質量的12％～15％。硬化速度還與模數和密度有關。模數越大，硅膠越易析出，硬化越快；密度越小，粘度越小，硬化越快。硬化速度還與環境溫度和濕度有關，溫度越高，濕度越小，硬化越快。
硅酸鈉是無機硅化合物中發展最廣泛的產品，應用已有100多年歷史，應用范圍幾乎滲透到國民經濟的各個部門。硅酸鈉是制皂工業中最有價值的填料，將硅酸鈉摻入到洗衣皂中可緩沖洗衣皂的堿性，減少洗衣皂在水中的損耗，并可增強洗滌能力和防止肥皂酸敗；硅酸鈉在合成洗滌劑中起助洗、防腐、穩定泡沫的作用；可用作造紙的填料；用于制造硅凝膠、硅膠；用作鑄造工業中粘結劑，粘接砂和黏土，制作成人們需要的各種各樣的鑄型和型芯；水玻璃涂在金屬表面會形成堿金屬硅酸鹽及二氧化硅凝膠薄膜，使金屬免受外界酸、堿等的腐蝕；用作粘結劑來粘結玻璃、陶瓷、石棉、木材、膠合板等；用于制造耐火材料、白炭黑、耐酸水泥；在紡織工業用作漿料、浸漬劑，在紡織物染色和壓花紋時用作固染劑和媒染劑，以及用于絲綢織物加重；在皮革生產中加入水玻璃，它的分散的膠體二氧化硅用于生產軟皮革；在食品工業可用于保存蛋類，防止微生物進入蛋殼空隙造成變質；在制糖工業，水玻璃可以脫除糖液中的色素和樹脂質；此外硅酸鈉在醫學繃帶、蓄電池制造、電焊條制造、煉鋼等行業都有重要的用途。
1. 硅酸鈉單獨用作緩蝕劑
1）硅酸鈉在冷鐵防銹中的應用：將模數為2.0～2.8(最好為2.4)的硅酸鈉，用水稀釋充分攪拌后靜置，保留上層清液作為防銹液。將除銹去污后的冷鐵浸泡在上述溶液中，取出后使多余的溶液自動流下，自然干燥即可。處理后的冷鐵可在普通室內保存1～2個月而不生銹，在此期間可以隨意使用。
2）硅酸鈉為主的堿性清洗液：采用以硅酸鈉為主要緩蝕劑的堿性清洗液對鐵器文物的脫鹽清洗效果較好。硅酸鹽與鐵表面的氧化物發生反應，生成部分Fe2O3、Fe2SiO4和Fe7SiO10，這些新生成的物質具有較強的抗腐蝕能力。
3）硅酸鈉對鋁合金的緩蝕作用：硅酸鈉主要通過促進鋁合金的鈍化或在其表面形成轉化膜，抑制鋁合金的點蝕，進而減少裂紋源的產生，提高鋁合金在氯化鈉溶液中抗點蝕的能力及腐蝕疲勞壽命而起到緩蝕作用，是一種陽極型緩蝕劑。同時硅酸鈉的濃度對鋁合金的緩蝕作用有很大的影響，當添加0.20mg/g的硅酸鈉時，鋁合金在3.5%NaCl溶液中具有較好的緩蝕作用。
4）硅酸鈉被膜緩蝕劑：當藥劑溶于水后，硅酸鈉被膜緩蝕劑中對金屬表面有強親和力的成分會在金屬表面形成一層細密、堅韌的硅鐵穩定膜，使金屬與腐蝕環境隔絕開來，從而可有效地防止金屬腐蝕。另外，所形成的膠態負離子吸附水中帶正電的離子構成固定層，并向外擴散構成擴散層，兩界面處產生的動電位使包圍在擴散層中的難溶物質過飽和度加大，不易形成晶核，從而抑制了結垢的可能。硅酸鈉被膜緩蝕劑的使用效果與藥劑濃度、水溫、水質、水流速度、材質等因素有關。
2. 硅酸鈉復配緩蝕劑
盡管如此，硅酸鈉作為緩蝕劑單獨使用有一定的缺陷，它成膜慢，所形成的膜有孔隙，易形成硅垢，所以它與其它物質復配使用已成為一種發展趨勢。3.1 1）Njff-Ⅱ緩蝕劑：Njff-Ⅱ緩蝕劑由硅酸鈉、鉬酸鹽、有機胺復配而成，是主要控制陽極反應的混合抑制型緩蝕劑。加量0.2%時，在鹽水鉆井液濾液中對G105鋼試片80℃動態腐蝕的緩蝕率達88.19%。Njff-Ⅱ緩蝕劑目前已在江蘇油田廣泛應用。根據現場反饋的信息，使用該緩蝕劑后，鉆桿、鉆具的更換周期明顯延長。
2）一種銅的緩蝕劑：以硅酸鈉為主，與聚環氧琥珀酸(PESA)、苯駢三唑(BTA)、Zn2+復配使用的緩蝕劑當其構成配比為60∶40∶1∶8時，顯示出較好的協同效應，此時對銅的緩蝕效果好。該復合水處理劑是以抑制陽極腐蝕為主的緩蝕劑，從環境保護、可持續發展的角度進行研究具有重要意義。
3）用于天然海水中的高效緩蝕劑：腐蝕介質取自青島魯迅公園的天然海水，鹽度是32%，實驗過程中，海水定期更新。將硅酸鈉、硫酸鋅、葡萄糖酸鈣、烷基多糖苷和鎢酸鈉按一定比例置于容器中，攪拌均勻所得的緩蝕劑是一種適用于天然海水中碳鋼的低毒、高效復合緩蝕劑。實驗數據表明，未預膜時緩蝕劑的臨界濃度是280mg/L，此時對碳鋼的緩蝕率為93.8%，并且試樣表面光亮如初，沒有局部腐蝕；預膜后緩蝕劑的臨界濃度降為210mg/L，此時對碳鋼的緩蝕率為93.1%。
4）碳鋼-銅復合體系緩蝕劑：以硅酸鈉為主，與聚天冬氨酸、苯駢三唑、鉬酸鈉的復配緩蝕劑是以抑制陽極腐蝕為主的復合型緩蝕劑，對碳鋼-銅復合體系有很好的緩蝕效果。在緩蝕劑總濃度為50.5mg/L，其配比為60∶20∶1∶20時，其緩蝕效果最佳。
5）高Cl-濃度環境中的復配緩蝕劑：硅酸鈉與鉬酸鈉復配后，緩蝕劑毒性降低。硅酸鈉形成的沉淀膜彌補了鉬酸鈉形成的鈍化膜的缺陷，從而在材料表面形成完整致密的保護膜層，阻止腐蝕的發生和進行。在高Cl-濃度環境中，此緩蝕劑仍能有效地阻止Cl-通過膜層向金屬表面的遷移，抑制金屬的腐蝕。
6）鋁-硅聯合緩蝕劑鋁-硅聯合緩蝕劑：由預膜液和封閉液組成。用鋁系復合緩蝕劑對水中碳鋼預膜后，轉入含硅酸鈉的水中進行封閉處理，在原來氫氧化鋁膜上又沉積上相當的二氧化硅，自動修補了膜的缺陷，進一步提高了鋁緩蝕膜的耐蝕性能。鋁-硅聯合緩蝕劑不僅在淡水中具有好的緩蝕效果，而且在海水中、在溫度較高的鹽水中同樣具有較好的緩蝕效果。
7）鹽酸介質中鋁合金復合緩蝕劑：由鉬酸銨、硅酸鈉和鎢洛托品以一定比例復合而成的緩蝕劑是冷軋鋁板在1mol/LHCl中的非磷、非鉻高效復合型緩蝕劑。當其總濃度為10.6mg/L，其中鉬酸銨、鎢洛托品和硅酸鈉的最佳復合比為2.375∶468.750∶1.000時，緩蝕率達到99.91%。另外還有很多關于利用硅酸鈉與其他物質復配制成不同功能的緩蝕劑。
硅酸鈉有干法、濕法兩種生產工藝。干法又包括碳酸鈉法、元明粉（硫酸鈉）法、氯化鈉法；濕法以液體燒堿和石英砂為原料，加溫、加壓反應后得到液體產品。
1. 干法
1）碳酸鈉法：根據所需產品的模數要求，將純堿（Na2CO3）和粒徑0.180～0.250mm（60~80目）的石英砂（SiO2）按比例混合均勻送入馬蹄焰窯爐，在1450~1500℃下熔融，高溫熔融產物從窯爐出料口流出，通過模子上面的輥子壓制成塊或者水淬成顆粒。若需要生產液體產品則需再進行高溫溶解或高溫高壓溶解，并經沉淀、濃縮制得液體水玻璃。其化學反應方程式：
即：純堿、石英砂→混合→熔融→成型成固體泡花堿→經溶化→液體泡花堿，其中成型成固體泡花堿有2種方法：（1）干法成型工藝流程簡介熔窯采用燃天然氣蓄熱式馬蹄焰熔窯，備用燃料為燃油。投料采用單側密封式投料口，以減少該處侵蝕延長熔窯壽命，杜絕粉塵飛揚并減少該處熱量散失以節能。原料車間制備好的配合料經配合料帶式輸送機卸入硅酸鈉聯合車間熔窯的窯頭料倉。熔窯采用單側加料，窯頭料倉下的密封式投料機將配合料按液面信號均勻加入熔窯內，在高溫下進行一系列物理、化學變化完成原料的熔制和均化。（2）水淬法成型水淬法成型與干法成型工藝不同的是高溫熔融料液從窯內流出后直接進入冷卻水，高溫熔融料液急冷炸裂，在水中淬冷成1~5mm的顆粒，顏色為綠色或灰色。經過出料機運至皮帶機，再輸送至料倉，包裝入庫。此法生產的硅酸鈉含水，結塊嚴重，難以長時間儲存，給后續化料也會帶來困難。此法由于熔融料液在水淬時部分顆粒狀固體硅酸鈉在冷卻水中會發生水解，使冷卻水顯堿性，而且冷卻水循環使用時溫度越高，水解程度越大，會產生堿泥，循環水冷卻效果降低，就需要排出較多的廢水，造成嚴重的環境污染。此種工藝已經被國家明令淘汰了。
2. 濕法
將液體苛性鈉和石英砂按適當比例混合加入壓熱釜內，用蒸汽加熱并進行攪拌，使之直接反應而成液體水玻璃，經過濾、濃縮制得成品水玻璃。濕法生產水玻璃只能生產模數小于2.5的產品，難以生產高模數的產品，而且反應速度慢，從而限制了此法的應用。我國采用濕法生產水玻璃僅占全國總產量的5%。化學反應方程式如下：
[1] 化學物質辭典
[2] 淺談工業硅酸鈉行業現狀
[3] 硅酸鈉緩蝕劑的研究現狀與展望
[4] 淺談硅酸鈉生產工藝及行業發展趨勢