Особенности изучения кремниевой кислоты и ее солей, связанные с экологическими проблемами силикатного производства

Ортоклаз (минерал из группы

полевых шпатов)…………………… K2 Al2 Si6 O16 = K2 O ∙ Al2 O3 ∙ 6SiO2

Слюда (мусковит)…………KH2 Al3 (SiO4 )3 или K2 O ∙ 3Al2 O3 ∙ 6SiO2 ∙2H2 O

Каолин (белая глина)……………………H4 Al2 Si2 O9 = Al2 O3 ∙ 2SiO3 ∙ 2H2 O

Асбест …………………………………H4 Mg3 Si2 O9 = 3MgO ∙ 2SiO2 ∙ 2H2 O

Наибольшее распространение в природе имеют силикаты, содержащие алюминий и называемые алюмосиликатами. Как показывают формулы приведенных выше минералов, к числу алюмосиликатов принадлежит слюда, ортоклаз и др.

Если студень кремниевой кислоты частично обезводить, то образуется твердая белая, очень пористая масса, обладающая большой адсорбционной способностью. Этот продукт под названием силикагеля имеет разнообразное применение в промышленности: для улавливания газов, водяных паров, для отчистки нефти, керосина. Наконец, крупнопористый силикагель - незаменимый носитель для многих катализаторов. При полном высушивании и прокаливании кремневой кислоты образуется кремневый ангидрид SiO2 .

Физические свойства. Многие силикаты тугоплавки и в воде практически не растворимы. Из силикатов, имеющих большое значение, растворимы лишь силикаты натрия и калия. Эти силикаты называются растворимыми стеклами. Их раствор называется жидким стеклом. Находит применение в мыловаренном производстве, в крашении, в производстве бумаги, а также для пропитки дерева и тканей с целью сообщения им несгораемости и стойкости против гниения.

Жидкое стекло - одно из важнейших неорганических клеящих веществ (адгезив). Это связано с тем, что силикат натрия находится в нем в виде макромолекул. Жидким стеклом пропитывают ткани и дерево для придания им огнестойкости; оно применяется для изготовления кислотоупорного цемента, силикатных красок и глазурей.

Химические свойства.

Силикаты реагируют почти со всеми кислотами, в том числе и угольной кислотой:

Na2SiO3 + H2O + CO2 → Na2CO3 + H2SiO3 ↓

Растворимые силикаты могут участвовать в реакциях обмена с другими солями:

Na2SiO3 + CaCl2 → CaSiO3↓ + 2NaCl

2 Na+ + SiO32- +Ca2+ + 2Cl- → CaSiO3↓ + 2Na+ + 2Cl-

Ca2+ + SiO32- → CaSiO3↓

В водных растворах силикаты подвергаются гидролизу и обладают щелочной реакцией:

Силикаты, входящие в состав минералов (их формулы выражают в виде оксидов), в природных условиях разрушаются под действием воды и оксида углерода (IV):

К2О ∙ Аl2O3 ∙ 6 SiO2 + CO2 + 2 H2O →

Ортоклаз

→ Аl2O3 ∙ 2 SiO2 ∙ 2 H2O + 4SiO2 + К2 CO3

каолинит кремнезем

При разрушении таких силикатов образовались залежи глины и песка, а на основе их в результате биохимического разложения растительных и животных остатков образовалась почва.

Силикатная промышленность.

Силикатную промышленность составляют производства различных строительных материалов, стекла и керамики из природных силикатов.

Важнейшие строительные материалы, выпускаемые силикатной промышленностью, показаны на схеме 10, §39, с.97.

Производство изделий из стекла связано с образованием большого количества отходов и выбросов: твердые отходы (стеклобой, сырьевые материалы цехов подготовки шихты в виде пыли, порошковые отходы цехов обработки сортовой посуды), суспензии и шламы (шламы и осадки систем подготовки шихты, систем пылегазоулавливания и очистки сточных вод, суспензии систем шлифования и полирования стекол), сточные воды (сливы замасливателя в производстве стекловолокна, полировальные, промывные и травильные растворы при обработке и декорировании изделий), газообразные выбросы (отходящие газы стекловаренных печей, содержащие оксиды азота и серы, соединения свинца, фтора, фосфора и бора, оксид углерода, бензпирен, дымовые газы сушильных цехов подготовки шихты, газовая фаза и воздух со стадий закалки и охлаждения стекла).