Physico-chemical processes of alkaline activation of silica during heat treatment in the SiO2-NaOH-H2O system
| Parent link: | Ивановский государственный химико-технологический университет. Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология=Russian Journal of Applied Chemistry: научно-технический журнал/ Ивановский государственный химико-технологический университет.— .— Иваново: ИГХТУ, 1958-.— 0579-2991 Т. 67, вып. 4.— 2024.— С. 108-114 |
|---|---|
| Corporate Author: | |
| Other Authors: | , , , |
| Summary: | Заглавие с экрана The physicochemical processes during alkaline activation of the SiO2-NaOH-H2O system with crystalline silica have been investigated. The studies were carried out using thermogravimetric, X-ray phase analysis methods and IR spectroscopy data. Compositions with different silicate modulus (SiO2/Na2O 4-7), the amount of the introduced silica fume (10-30%) in substitution of marshalite and the concentration of sodium hydroxide solution (30-60 wt.%) are considered. According to the results of the study, the reactions of interaction of the components and a model of phase transformations in the composition when it is heated to 850 °C are proposed. At the stage of interaction of the components (30-130 °C), hydration processes occur with the formation of sodium hydrosilicate Na2SiO3(OH), with on the surface of which a layer of crystallohydrate water and a water layer to be formed without formation of free water. When the composition is heated to temperatures of 130-300 °С the water layer and then the crystallohydrate water are removed. The removed water interacts with unreacted silica and forms hydrated forms of silica. Upon further heating to temperatures of 310-800 °C, OH groups are removed from sodium hydrosilicates and hydrated forms of silica and it turns into anhydrous silicates. Heating the composition to 850 °C leads to the formation of a pyroplastic mass from a eutectic melt (Na2O·2SiO2-SiO2) and residual silica. The two-stage mechanism of formation of a porous frame is established at the stage of decomposition of sodium hydrosilicate crystallohydrates (80-200 °C) and at the stage of melt foaming at high temperatures (790-850 °C). Foaming occurs due to the removal of water vapor (80-200 °C) and the expansion of the volume of gases (790-850 °C) in the porous structure formed at the first stage of foaming. The developed compound of the high-modulus composition (SiO2/Na2O 5,7) is a basis to obtain a porous glass composite using a two-stage alkaline technology with the introduction of additional oxides that increase chemical resistance. The composition includes the following components, wt.%: marshalite - 50, silica fume - 23, sodium hydroxide - 16, water - 11. Исследованы физико-химические процессы, протекающие при щелочном активировании композиции системы SiO2-NaOH-H2O с кристаллическим кремнеземом. Исследования проводились с помощью термогравиметрического, рентгенофазового методов анализа и данных ИК-спектроскопии. Установлены зависимости свойств композиции от величины силикатного модуля (SiO2/Na2O 4-7), количества микрокремнезема (10-30%), вводимого взамен маршалита, и концентрации раствора гидроксида натрия (30-60 мас.%). По результатам исследования предложены реакции взаимодействия компонентов и модель фазовых превращений в композиции при ее нагревании до 850 °С. На этапе взаимодействия компонентов (30-130 °С) происходят процессы гидратации с образованием гидросиликата натрия Na2SiO3(OH), на поверхности которого формируется слой кристаллогидратной воды и водной оболочки. При этом свободная вода отсутствует. При нагревании композиции до температур 130-300 °С удаляется водная оболочка и далее кристаллогидратная вода. Удаляемая вода вступает во взаимодействие с непрореагировавшим кремнеземом с образованием гидратированных форм кремнезема. При дальнейшем нагревании до температур 310-800 °С гидросиликаты натрия и гидратированные формы кремнезема переходят в безводные силикаты. Нагрев композиции до 850 °С приводит к образованию пиропластичной массы из эвтектического расплава (Na2О·2SiO2-SiO2) и остаточного кремнезема. Установлен двухстадийный механизм формирования пористого каркаса композиции. На первой стадии (температуры 80-200 °С) происходит разложение кристаллогидратов гидросиликата натрия, и на второй (температуры 788-850 °С) - вспенивание расплава. Вспенивание происходит за счет удаления паров воды (80-200 °С) и расширения объема газов (788-850 °С) в пористой структуре, образованной на первом этапе вспенивания. Разработанный состав высокомодульной композиции (SiO2/Na2O 5,7) служит в качестве основы для получения пористого стеклокомпозита по одностадийной щелочной технологии, при введении дополнительных оксидов, повышающих химическую стойкость. Состав включает следующие компоненты, мас.%: маршалит - 50, микрокремнезем - 23, гидроксид натрия - 16, вода - 11. Текстовый файл AM_Agreement |
| Published: |
2024
|
| Series: | Chemical technology |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.elibrary.ru/item.asp?id=63359633 https://doi.org/10.6060/ivkkt.20246704.6947 |
| Format: | Electronic Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=672767 |