不同模數水玻璃解膠及失效實驗分析

王明華, 陳婧齡

摘 要：本文立足于實際生產上的水玻璃應用問題，通過以工業片堿及高細度硅粉合成模數不同的水玻璃，對其解膠效果進行了實驗研究，并通過對水玻璃進行長時間存放，對其解膠效果進行對比實驗，并分析了其解膠效果變化的原因。

關鍵詞：水玻璃? 解膠實驗? 失效實驗

1 前 言

在陶瓷行業，泥漿解膠劑是非常重要的化工料，對于生產控制及節能省耗有著重要的助益。出于控制成本的要求，目前的主要陶瓷泥漿解膠劑主要為無機鹽類，其代表為硅酸鹽系列解膠劑[2-4]。在對不同的企業進行調研的過程中，我們發現有企業完全采用水玻璃作為泥漿解膠劑以降低工廠生產成本，另一方面存在企業將五水偏硅及水玻璃混合使用來解膠的方法，來提高解膠效果[5-6]，在進行解膠劑使用效果問題探討上，企業方表示完全使用水玻璃作為解膠，對于生產有一定的不利，同時水玻璃會有一定的解膠效果波動情況。考慮到水玻璃及五水偏硅酸鈉本質上都是屬于硅酸鈉系列解膠劑，只是模數上有所不同。因此，在探討不同模數水玻璃的解膠效果，對于指導硅酸鈉系列解膠劑的生產應用，對于企業生產是有一定幫助。

考慮到市售水玻璃的質量不一，以及水玻璃的存放狀況不確定，不能精準有效的合成不同模數的水玻璃。本文以高細度二氧化硅及化工純片堿為原料，利用高細度物料反應活性大的特點，通過現場調配的方式合成不同模數水玻璃，并購買景德鎮當地原料，通過泥沙配比大致擬定泥料配方，做對比解膠實驗。考慮到硅酸鈉的主要成本在于鈉的含量，本實驗分析在同等鈉含量的情況下，不同模數水玻璃對泥漿的解膠效果。通過將合成水玻璃放置三周，再進行解膠實驗對比，并對其進行測試，分析其解膠效果下降的原因。

2? 實驗部分

2.1 試劑及儀器

（1）試劑：片堿（化學純）、高細硅粉（6000目），水玻璃，星子高嶺土（325目）、長石粉（200目）、石英粉（200目）。

（2）儀器：快速球磨機、電子天平、烘箱、標準篩、涂氏粘度計，干燥箱、X射線衍射儀。

2.2 實驗過程

1、不同模數水玻璃合成

高細二氧化硅具有高細度高活性的特點，因此以高細二氧化硅和片堿為原料制備水玻璃實驗可以在常溫常壓下進行。將純度為98%的NaOH加入一定比例的水配置成堿溶液，等堿液冷卻后，加入高細二氧化硅直接進行化合反應，反應過程中用玻璃棒攪動，促使反應均勻，等待大約30分鐘反應結束后即可得到成品水玻璃。反應以下列化學方程式為主體發生的：

查閱文獻得知，國家標準的一級水玻璃中Na含量占比為12.8%，本實驗以鈉含量為衡量標桿，根據Na含量不變，可以計算出不同水玻璃中NaOH的加入量，從而可得知白炭黑的加入量。考慮到高模數的水玻璃合成會比較困難，因此本實驗設計五種模數的水玻璃，表1是合成六種模數水玻璃的配方組成：

2、泥漿解膠實驗

依據景德鎮的泥料配方，暫定泥漿數據為星子高嶺土55%，鉀長石35，石英10%，泥漿含水率定為34%，以此數據確定為解膠對象。

本實驗運用了單因素控制實驗法，在同一模數水玻璃情況下，改變其加入量，測定對于泥漿的解膠性能，從而了解水玻璃模數加入量對泥漿性能的影響，并且找出解膠效果最好的水玻璃類型及其加入量。具體的實驗內容為：將上述球磨好的泥漿取100ml倒入涂-4粘度計中，靜置30s測定其流速;將流出的泥漿重新倒回涂氏粘度計中，靜置30min測定其觸變性;接著測定泥漿的比重。

2.3 失效實驗

將優選出來解膠效果好的水玻璃，放置于燒杯內，靜置21天，再進行泥漿解膠實驗，測試其解膠效果，并與封閉包裝的水玻璃做對比實驗。

3? 結果與分析

3.1 不同模數水玻璃解膠效果

結合目前生產上水玻璃的使用情況，初步定水玻璃的使用范圍為0.5-0.9%，對于不同模數的水玻璃分別設計0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、%的使用量，并測試其流速比重等數據。取其較優數據并觀察其泥漿解膠效果。得到的數據如表2。

根據泥漿的流速來看，解膠效果不錯的是三模數水玻璃和四模數水玻璃，但是從解膠效果上來看，其泥漿易沉積，泥漿穩定性相比于低模數模數水玻璃較差。二模數水玻璃解膠范圍較窄，為0.6%～1.0%;二點五模數的水玻璃解膠范圍相對于二模數的較寬些，為0.5%～0.9%;并且加入后，泥漿的穩定性有所提高，整體流速升高了粘度下降了。所以綜合泥漿流速與觸變來看，本體系泥漿的解膠實驗，最好的解膠劑為二點五模數的水玻璃，其加入量為0.7%。

3.2 解膠劑失效實驗

將不同模數的水玻璃分別配置500g，置于開口燒杯中，在實驗室靜置三周后，再進行解膠實驗，得到如下解膠數據。

實驗結果表明，水玻璃的解膠效果明顯下降。高模數的水玻璃制品甚至無法實現解膠效果。

選擇放置三周四模數的水玻璃進行測試，得到如下結果。

在圖中，可以發現，水玻璃中出現了大量的Na2CO3化合物與無定形硅酸。這主要是水玻璃吸收空氣中的CO2，與之發生反應所致，同時高模數的水玻璃會自動析出硅膠。從以上兩張XRD圖可知，水玻璃放置了20天會生成碳酸鈉與無定形硅酸。該反應分為以下兩個階段：

1）水玻璃分解反應：水玻璃與空氣中的二氧化碳發生分解反應。反應式如下：

Na2O·nSiO2+CO2=Na2CO3+nSiO2

2）形成無定形硅酸：硅酸的水合作用，其反應式如下：

nSiO2+mH2O=nSiO2·mH2O

這個與生產上，往往要求使用水玻璃前必須進行劇烈攪拌，以促使水玻璃解膠效果均勻的做法，是匹配的。

4? 結論

1.本實驗以高細二氧化硅當作原料與燒堿反應以此合成五種模數的水玻璃陶瓷解膠劑。由于高細二氧化硅，具有超細高活性的特點，所以反應條件只需在常溫常壓下。

2.采用星子高嶺土，長石分，石英為泥漿原料進行泥漿解膠實驗。從解膠實驗中可得，二點五模數的水玻璃對泥漿解膠效果最好，當其加入量為0.7%時，此時泥漿流速為流速為51.88s，觸變為1.10，比重為1.70g/ml，與市面上的水玻璃解膠效果相差不大;當水玻璃模數n為1、2時，其加入量小于0.8%時，泥漿則粘稠，流動性降低;當水玻璃模數n為3、4時，加入量大于0.7%時，泥漿則易沉積，流動性也會降低。

3.將水玻璃露天放置21天，測得的泥漿與之前的相比較粘稠，總體性能也不夠穩定，水玻璃的解膠效果大大降低了。由于水玻璃露天放置與空氣中的CO2反應生成無定形硅酸，降低了其解膠性能。

參考文獻

[1] 宋曉嵐，謝鴻姜，閆程印.陶瓷減水劑的研究進展[J].材料導報，2013，27（23）：50-52+75.

[2] 謝鴻姜.陶瓷復合減水劑合成及其減水效果研究[D].中南大學，2014.

[3] 蔣榮峰.建筑陶瓷礦物原料及坯料的解膠實驗研究[D].景德鎮陶瓷大學，2016.

[4] 張海峰.多功能復合陶瓷添加劑的研究與應用[D].長沙理工大學，2012.

[5] 林宗壽.無機非金屬材料工學[M]. 武漢工業大學出版社，2008.

[6] 翟鳳瑞.硅粉的形成及應用前景[J].中國資源綜合利用，2003（08）：31-34.