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1163 纯碱 Na2CO3

  纯碱 ( 化学名碳酸钠、无水碳酸钠, sodium carbonate 、 sodaash) 分子式 Na2CO3 ,相对分子质量 105.99 。碳酸钠是一种由强碱和弱酸组成的盐,但在一定条件下能表现出碱类的性质,可代替烧碱用于某些行业,且纯度较高,故习惯上称它为纯碱。纯碱为白色粉末或细粒结晶。相对密度 2.532 ,熔点 851 ℃ ,沸点分解,味涩。易溶于水,溶解度随温度的升高而增大;微溶于无水酒精;不溶于丙酮。干燥的纯碱不侵蚀皮肤,但它是强碱弱酸盐,在水中能水解而具有较强的碱性,有一定腐蚀性,能伤害皮肤和丝毛织物纤维;能与酸中和作用,生成盐和水并放出二氧化碳。纯碱暴露在空气中会吸收水分和二氧化碳,生成碳酸氢钠并结成硬块、质量增加、品质降低;纯碱在高温下会分解成氧化钠和二氧化碳;纯碱能与硫酸钙:碳酸镁等起复分解反应而生成不溶性沉淀碳酸钙、碳酸镁;纯碱与铵盐也起复分解反应生成氨;纯碱与石灰乳反应可得到氢氧化钠和碳酸钙沉淀;纯碱与水能生成多种水合物,如一水碳酸钠、七水碳酸钠、十水碳酸钠。十水碳酸钠俗称老碱、石碱、晶碱等。可用于调节 pH 值,代替烧碱生产松香皂化物,也可作为混凝土速凝剂使用。

[ 应用实例 1]

减水剂对粘土可塑成型坯料的减水效果

  碳酸钠、硅酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠及复合减水剂对粘土可塑成型坯料的减水效果的影响。结果表明:减水剂的添加降低了粘土坯料的塑限含水率,碳酸钠与焦磷酸钠复合的减水剂减水效果最好,单一减水剂中碳酸钠的减水效果最佳,利用测试泥坯塑限含水率的方法检验减水效果可以取得良好的对比效果。

1 前言
  
粘土矿物是陶瓷、建筑材料等生产中重要的可塑性原料,粘土的加入有利于坯料成型的同时,往往伴随着含水量升高,干燥成本增加,干燥收缩大,是可塑成型中引起产品开裂变形的主要原因之—。
   在实际生产过程巾,为了使坯料能适合成型及以后各工序的要求,常向坯料加入减水剂,其主要作用有:改善泥浆的流动性,使其在低水分下粘度适当便于浇注;助磨作用,缩短研磨时间,提高泥浆产量等。文献大多研究添加剂的对浆料的减水、稀释效果,而对粘土可塑成型坯料的影响研究较少,可塑成型坯料含水量减少,不仅有利于成型、减少用水、降低干燥能耗.还能减少干燥收缩,降低产品开裂变形缺陷,进而提高成品率,增加效益.对可塑成型的实际生产有重要的意义。本文通过向粘土中添加碳酸钠、硅酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠及复合减水剂,测试了各种减水剂对粘土坯料的减水效果。确定了复合减水剂的最佳配方,同时证明利用测试泥坯塑限含水率的方法可以有效表征减水效果,且方法简单,用料少,研究结果对粘土可塑成型的实际生产具有一定的指导意义。

2 实验
2 . 1 实验材料
   实验原料:粘土,来自广东某地,主要化学成分 ( % ) : A1 2 O 3 , 26.36 ; SiO 2 , 58.68 ; Fe 2 O 3 , 0.12 ; CaO , 0.44 ; MgO , 0.09 ; K 2 O 、 Na 2 O , 8.41 ;灼减, 6.42 。
   实验药品: Na 2 CO 3 ; Na 2 SiO 3 (Na 2 O19.3 %~ 22.8 % ) ; (NaPO 3 ) 6 ; Na 4 P 2 O 7 · 10H 2 O 。

2 . 2 实验过程
   将粘土球磨 24h ,烘干,过筛备用。称取一定量的粘土于烧杯中,加入水至微微流动,逐滴加入配制好的减水剂溶液,根据前期试验结果,减水剂的加入量按干粘土比重的 0.3 %添加,放入烘箱烘至泥团状,捏练至不粘手,陈腐 24h 。用手搓法测泥坯塑限的方法测试泥团塑限含水量,用来表征减水效果。单一减水剂对粘土塑限含水率的影响结果见表 1 。复合减水剂的组成及减水效果见表 2 。

3 结果与讨论
3 . 1 减水剂的作用机理
   无机酸的钠盐和粘土泥浆中的絮凝离子 Ca 2+ 、 Mg 2+ 进行交换,生成不溶性或溶解度极小的盐类,将 Ca 2+ 、 Mg 2+ 原来吸附的水膜释放出成自由水;水化度大的 Na + 使扩散增大、水化膜加厚,使外加水减少。此外,加入这类电解质会使泥浆变成碱性,使颗粒带负电荷,除中和正电荷外,剩余负电荷使颗粒间相互斥力加大, Zeta 电位增高,促进泥浆稀释。

表 1 单一减水剂对粘土塑限含水率的影响

序号

减水剂( 0.3wt% )

塑限含水率 (wt%)

1

未加

20.5

2

Na 2 CO 3

18.8

3

Na 2 SiO 3

19.2

4

(NaPO 3 ) 6

19.5

5

Na 4 P 2 O 7 ·10H 2 O

19.0

表 2 减水剂复配对粘土塑限含水率的影响

序号

减水剂( 0.3% )组成

塑限含水率 (wt%)

6

( 2 )( 3 )

19.0

7

( 2 )( 4 )

18.7

8

( 2 )( 5 )

18.0

9

( 3 )( 4 )

18.6

10

( 3 )( 5 )

19.2

11

( 4 )( 5 )

19.2

12

( 2 )( 3 )( 4 )

18.7

13

( 2 )( 3 )( 5 )

18.9

14

( 2 )( 4 )( 5 )

18.7

15

( 3 )( 4 )( 5 )

19.4

16

( 2 )( 3 )( 4 )( 5 )

18.9

注:括号内数字为表 1 中单一减水剂的序号
   若粘土中含有机物质,采用 Na 2 CO 3 、 Na 2 SiO 3 ,均可使它解凝,但二者的作用不尽相同。 Na 2 CO 3 主要使有机物质胶体离解,离解后的 Na + 和 COO — 均能使泥浆解凝。
2R — COOH( 有机腐殖质 )+Na 2 CO 3 →
2 R - COONa+H 2 O+CO 2 ↑
R - COON a → RCO O - +N a +

  Na 2 SO 3 除提供 Na + 进行阳离子交换,聚合的 SiO 还能和有机阴离子一样.部分与粘土吸附 Ca 2+ 、 Mg 2+ 形成稳定的络合物,部分吸附在粘土颗粒断裂的界面上,加强胶粒的净电荷。
   在粘土中加入六偏磷酸钠、焦磷酸钠等磷酸盐电解质后,均会电解出一定量的 Na+ 和聚合阴离子, Na + 和粘土表面的 Ca 2+ 发生离子交换,由于水化钠离子的介入,增加了扩散层的厚度,提高了粘土颗粒的 Zeta 电位,同时聚合阴离子可以部分的被带正电荷的粘土颗粒端面所吸附,使粘土端面电荷改性,打破了粘土颗粒间的由于边—面结合形成的“卡片结构”,释放出部分自由水,从而起到减水作用。

3 . 2 单一减水剂对粘土的减水效果研究
   从表 1 可以看出:各减水剂的加入均可以起到减水效果,原因是 Na + 和粘土中的 Ca 2+ 、 Mg 2+ 离子进行交换,生成不溶性或溶解度极小的盐类.将 Ca2 + 、 Mg 2+ 原来吸附的水膜释放出成自由水,起到减水效果。
   几种减水剂减水效果对比来看. Na 2 CO 3 对粘土的减水效果要优于其他几种钠盐,主要由于减水剂中阴离子除了有结合 Ca 2+ 、 Mg 2+ 离子能力外,能吸附在粘土粒子的表面,阴离子的吸附能力和置换顺序为:

OH > CO > P 2 O > PO > I - > B r - > Cl - > NO > F - > SO

   由上述顺序可以看出, CO 置换和吸附能力强于其他阴离子,更易置换出有机质的阴离子,解离出来的有机离子更易吸附于粘土粒子表面,形成憎水基团,起到减水的作用。因此,各减水剂的减水效果不尽相同,减水效果顺序基本和上述阴离子置换能力顺序一致。

3 . 3 复合减水剂对粘土含水量的影响
   由表 2 复合减水剂的加入对粘土的塑限含水率的影响可以看出,复合减水剂的减水效果总体效果要优于单一减水剂,两种减水剂复合的效果来看, 8 号碳酸钠与焦磷酸钠的减水效果最显著,三种以上的减水剂复配作用不突出,普遍的规律是含有碳酸钠的复合减水剂的减水效果要好,这与粘土中阴离子的作用有关。
   复配减水剂对粘土的作用较复杂,减水剂中大量聚合阴离子在粘土颗粒的边上发生吸附和健合。中和粘土颗粒的正电荷或增大负电性,使其与减水剂中水化能力较强的 Na + 构成扩大双电层,从而有效地增加了胶体的稳定性,降低了泥浆粘度,同时粘土“卡片结构”被破坏,颗粒充分分散。粘土颗粒外围吸附水化膜增厚,多余的水分释放出来,减少了加水量。

4 结论
  
复合减水剂对粘土的减水效果整体上优于单一减水剂,最佳的复配为碳酸钠与焦磷酸钠,减水可达 2.5 %;单一减水剂中, Na 2 CO 3 的效果最好。在阳离子相同的情况下,减水剂中阴离子的作用是减水效果存在差异的主要原因。利用测试塑限含水率的方法表征减水效果可以起到良好的对比效果。


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