王明華, 陳婧齡

摘 要：本文立足于實(shí)際生產(chǎn)上的水玻璃應(yīng)用問題，通過以工業(yè)片堿及高細(xì)度硅粉合成模數(shù)不同的水玻璃，對其解膠效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并通過對水玻璃進(jìn)行長時(shí)間存放，對其解膠效果進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，并分析了其解膠效果變化的原因。

關(guān)鍵詞：水玻璃? 解膠實(shí)驗(yàn)? 失效實(shí)驗(yàn)

1 前 言

在陶瓷行業(yè)，泥漿解膠劑是非常重要的化工料，對于生產(chǎn)控制及節(jié)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(jī)鹽類，其代表為硅酸鹽系列解膠劑[2-4]。在對不同的企業(yè)進(jìn)行調(diào)研的過程中，我們發(fā)現(xiàn)有企業(yè)完全采用水玻璃作為泥漿解膠劑以降低工廠生產(chǎn)成本，另一方面存在企業(yè)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(jìn)行解膠劑使用效果問題探討上，企業(yè)方表示完全使用水玻璃作為解膠，對于生產(chǎn)有一定的不利，同時(shí)水玻璃會有一定的解膠效果波動情況?？紤]到水玻璃及五水偏硅酸鈉本質(zhì)上都是屬于硅酸鈉系列解膠劑，只是模數(shù)上有所不同。因此，在探討不同模數(shù)水玻璃的解膠效果，對于指導(dǎo)硅酸鈉系列解膠劑的生產(chǎn)應(yīng)用，對于企業(yè)生產(chǎn)是有一定幫助。

考慮到市售水玻璃的質(zhì)量不一，以及水玻璃的存放狀況不確定，不能精準(zhǔn)有效的合成不同模數(shù)的水玻璃。本文以高細(xì)度二氧化硅及化工純片堿為原料，利用高細(xì)度物料反應(yīng)活性大的特點(diǎn)，通過現(xiàn)場調(diào)配的方式合成不同模數(shù)水玻璃，并購買景德鎮(zhèn)當(dāng)?shù)卦?，通過泥沙配比大致擬定泥料配方，做對比解膠實(shí)驗(yàn)。考慮到硅酸鈉的主要成本在于鈉的含量，本實(shí)驗(yàn)分析在同等鈉含量的情況下，不同模數(shù)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(jìn)行解膠實(shí)驗(yàn)對比，并對其進(jìn)行測試，分析其解膠效果下降的原因。

2? 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑及儀器

（1）試劑：片堿（化學(xué)純）、高細(xì)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(jī)、電子天平、烘箱、標(biāo)準(zhǔn)篩、涂氏粘度計(jì)，干燥箱、X射線衍射儀。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

1、不同模數(shù)水玻璃合成

高細(xì)二氧化硅具有高細(xì)度高活性的特點(diǎn)，因此以高細(xì)二氧化硅和片堿為原料制備水玻璃實(shí)驗(yàn)可以在常溫常壓下進(jìn)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(xì)二氧化硅直接進(jìn)行化合反應(yīng)，反應(yīng)過程中用玻璃棒攪動，促使反應(yīng)均勻，等待大約30分鐘反應(yīng)結(jié)束后即可得到成品水玻璃。反應(yīng)以下列化學(xué)方程式為主體發(fā)生的：

查閱文獻(xiàn)得知，國家標(biāo)準(zhǔn)的一級水玻璃中Na含量占比為12.8%，本實(shí)驗(yàn)以鈉含量為衡量標(biāo)桿，根據(jù)Na含量不變，可以計(jì)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?？紤]到高模數(shù)的水玻璃合成會比較困難，因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)五種模數(shù)的水玻璃，表1是合成六種模數(shù)水玻璃的配方組成：

2、泥漿解膠實(shí)驗(yàn)

依據(jù)景德鎮(zhèn)的泥料配方，暫定泥漿數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)確定為解膠對象。

本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了單因素控制實(shí)驗(yàn)法，在同一模數(shù)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(shù)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容為：將上述球磨好的泥漿取100ml倒入涂-4粘度計(jì)中，靜置30s測定其流速;將流出的泥漿重新倒回涂氏粘度計(jì)中，靜置30min測定其觸變性;接著測定泥漿的比重。

2.3 失效實(shí)驗(yàn)

將優(yōu)選出來解膠效果好的水玻璃，放置于燒杯內(nèi)，靜置21天，再進(jìn)行泥漿解膠實(shí)驗(yàn)，測試其解膠效果，并與封閉包裝的水玻璃做對比實(shí)驗(yàn)。

3? 結(jié)果與分析

3.1 不同模數(shù)水玻璃解膠效果

結(jié)合目前生產(chǎn)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(shù)的水玻璃分別設(shè)計(jì)0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、%的使用量，并測試其流速比重等數(shù)據(jù)。取其較優(yōu)數(shù)據(jù)并觀察其泥漿解膠效果。得到的數(shù)據(jù)如表2。

根據(jù)泥漿的流速來看，解膠效果不錯的是三模數(shù)水玻璃和四模數(shù)水玻璃，但是從解膠效果上來看，其泥漿易沉積，泥漿穩(wěn)定性相比于低模數(shù)模數(shù)水玻璃較差。二模數(shù)水玻璃解膠范圍較窄，為0.6%～1.0%;二點(diǎn)五模數(shù)的水玻璃解膠范圍相對于二模數(shù)的較寬些，為0.5%～0.9%;并且加入后，泥漿的穩(wěn)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(shí)驗(yàn)，最好的解膠劑為二點(diǎn)五模數(shù)的水玻璃，其加入量為0.7%。

3.2 解膠劑失效實(shí)驗(yàn)

將不同模數(shù)的水玻璃分別配置500g，置于開口燒杯中，在實(shí)驗(yàn)室靜置三周后，再進(jìn)行解膠實(shí)驗(yàn)，得到如下解膠數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水玻璃的解膠效果明顯下降。高模數(shù)的水玻璃制品甚至無法實(shí)現(xiàn)解膠效果。

選擇放置三周四模數(shù)的水玻璃進(jìn)行測試，得到如下結(jié)果。

在圖中，可以發(fā)現(xiàn)，水玻璃中出現(xiàn)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(fā)生反應(yīng)所致，同時(shí)高模數(shù)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(yīng)分為以下兩個階段：

1）水玻璃分解反應(yīng)：水玻璃與空氣中的二氧化碳發(fā)生分解反應(yīng)。反應(yīng)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(yīng)式如下：

nSiO2+mH2O=nSiO2·mH2O

這個與生產(chǎn)上，往往要求使用水玻璃前必須進(jìn)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(jié)論

1.本實(shí)驗(yàn)以高細(xì)二氧化硅當(dāng)作原料與燒堿反應(yīng)以此合成五種模數(shù)的水玻璃陶瓷解膠劑。由于高細(xì)二氧化硅，具有超細(xì)高活性的特點(diǎn)，所以反應(yīng)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(jìn)行泥漿解膠實(shí)驗(yàn)。從解膠實(shí)驗(yàn)中可得，二點(diǎn)五模數(shù)的水玻璃對泥漿解膠效果最好，當(dāng)其加入量為0.7%時(shí)，此時(shí)泥漿流速為流速為51.88s，觸變?yōu)?.10，比重為1.70g/ml，與市面上的水玻璃解膠效果相差不大;當(dāng)水玻璃模數(shù)n為1、2時(shí)，其加入量小于0.8%時(shí)，泥漿則粘稠，流動性降低;當(dāng)水玻璃模數(shù)n為3、4時(shí)，加入量大于0.7%時(shí)，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(wěn)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(yīng)生成無定形硅酸，降低了其解膠性能。

參考文獻(xiàn)

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

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

[3] 蔣榮峰.建筑陶瓷礦物原料及坯料的解膠實(shí)驗(yàn)研究[D].景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)，2016.

[4] 張海峰.多功能復(fù)合陶瓷添加劑的研究與應(yīng)用[D].長沙理工大學(xué)，2012.

[5] 林宗壽.無機(jī)非金屬材料工學(xué)[M]. 武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2008.

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