Силикаты. Часть 1
Реакции в кристаллических смесях, образующих силикатные системы, составляют одну из самых больших областей химии твердых тел. Их научное и практическое значение в производстве стекла, вяжущих веществ и огнеупорных материалов хорошо известно. Эти реакции, так же как и процессы образования шпинелидов в смесях твердых веществ, можно разделить по взаимодействию в системах с R2O, RO, R2O3, R02 и другими окислами. Рассмотрим важнейшие из этих взаимодействий.
Системы с R2O
Эти системы и в первую очередь относящиеся к ним взаимодействия между кремнеземом и углекислым натрием, углекислым калием, углекислым литием и сульфатом натрия, представляют особенно большой интерес для стекольной и глиноземной промышленности. Их изучению посвящены многочисленные исследования (см., например, [247, 360, 364, 491, 635—638]).
Тамман и Эльсен [635] на основании отмеченного ими эндотермического эффекта на кривой нагревания смеси соды с кварцем полагали, что эти вещества начинают взаимодействовать между собой при температуре 780° С. В дальнейшем Хоуэрс и Тернер [421] показали, что в эквимолекулярных смесях соды и кремнезема уже при температуре 650° С в течение 14 ч реагирует почти 90% веществ, а за 50 ч реакция протекает практически нацело. Заметить же начало реакции можно при температуре около 400° С. Авторы изучали течение реакций в смесях кремнезема с содой с молярным отношением 4; 3; 2 и 1. При этом установлено, что скорость взаимодействия реагентов тем выше, чем больше содержание кремнезема в смеси: наименьшей оказывается скорость реакции в четвертой смеси. Это наблюдение легко объяснить исходя из представления о диффузии как о лимитирующей стадии процесса. Действительно, слой продуктов, образующихся в данном случае на зернах кремнезема, тем тоньше и соответственно оказывает тем меньшее сопротивление реакции, чем больше содержание SiO2 в смеси.
Тернер [360, 421] пришел к выводу, что кинетику взаимодействия соды с кремнеземом (рис. 158) можно описать уравнением мономолекулярной реакции. В дальнейшем [247] была показана несправедливость этого представления. По Строкову [636], продуктом реакции является в данном случае метасиликат натрия Na2Si03. Строков утверждал даже, что при спекании смесей соды с кремнеземом образуется лишь одно это соединение независимо от соотношения реагирующих веществ. Это убеждение было опровергнуто впоследствии в работах Лилеева [3641, Торопова [124], Гибсона и Уорда [637] и Гинстлинга [247].
В этих работах было установлено, что при достаточном содержании углекислого натрия в смеси (когда Na2CO3:SiO2 > 2) он реагирует с кремнеземом с образованием ортосиликата натрия по формуле
Будников и Матвеев 16391 установили возможность синтеза в смесях Na2CO3 + 3SiO2 при температурах 700—750° С трисилика-та натрия — Na2O-3SiO2 и исследовали свойства этого соединения. Его показатели преломления Ng = 1,5025 и Np = 1,4965, удельный вес (кристаллического силиката) 2,9443, коэффициент термического расширения 165*10-7.
Другие части: