Нейтрализация растворимых силикатов кислотами
Когда разбавленный раствор силиката натрия частично нейтрализуется кислотой до рН 8—9, то получается не гель, а золь кремнезема, если концентрация образуемой соли натрия оказывается менее чем 0,3 н., и процесс нейтрализации выполняется при повышенной температуре, так что частицы начинают расти, как только их размер достигнет нескольких миллимикрон. Таким образом, 3 %-ный золь кремнезема можно приготовлять путем частичной нейтрализации разбавленного раствора коммерческого силиката натрия кислотой в соответствии с усла - виями, запатентованными Александером, Айлером и Уолтером [79]. Из золя, состоящего из кремнеземных зародышей, вначале удаляют ионы натрия, пропуская через ионообменную смолу раствор силиката натрия с содержанием 2,2 % Si02 вплоть до момента, когда массовое отношение Si02: Na20 становится равным 85:1. Такой разбавленный золь затем нагревается при 100°С примерно в течение 10 мин с целью формирования зародышей желаемого размера. После этого в золь одновременно вливают разбавленные растворы силиката натрия и серной кислоты при энергичном перемешивании смеси в течение 8 ч, поддерживая рН~9 и температуру 95°С. Концентрация ионов натрия не должна превышать 0,3 н., так как в противном случае будет происходить агрегация частиц. При указанных условиях на кремнеземных зародышах осаждается кремневая кислота, образующаяся при добавлении силиката натрия и серной кислоты. При этом происходит формирование частиц размером, например, 37 нм.
В другом патенте Александер и Айлер [80] описали выделение частиц, сформированных по рассмотренному выше процессу, путем их коагуляции с ионами металла (например, кальция), промывания осадка для удаления соли натрия и последующей пептизации продукта до получения более концентрированного золя кремнезема посредством удаления ионов кальция ионным обменом.
При приготовлении золя нейтрализацией разбавленного раствора силиката кислотой существенным фактором является необходимость его быстрого перемешивания, чтобы образовавшаяся смесь не находилась бы при рН 5—6 в течение заметного промежутка времени, поскольку при таком рН почти мгновенно происходит формирование гелей кремневой кислоты. Поэтому требуется, чтобы серная кислота и силикат натрия интенсивно перемешивались, причем, чтобы предотвратить локальное геле - образование, необходим избыток серной кислоты или силиката натрия. Даже в наиболее критичной области рН<~7 способ перемешивания, запатентованный Армстронгом и Каммингсом [81], позволяет получать однородный раствор кремневой кислоты с концентрациями вплоть до 20 % SiC>2. Такой раствор даже при наиболее неблагоприятных рН не переходит в гель по крайней мере в течение нескольких минут.
Другим способом, применяемым при приготовлении коллоидного кремнезема по реакции силиката натрия с серной кислотой, является формирование кислого золя и осаждение соли натрия в сильнокислой среде. Поликремневая кислота временно устойчива при рН 2, и если натриевая соль кислоты, используемой для нейтрализации силиката натрия, оказывается в достаточной мере нерастворимой, то ее можно осадить и отделить. Как только соль натрия отделяется от кислого золя, то появляется возможность подщелачивания поликремневой кислоты, необходимого для роста коллоидных частиц и стабилизации получаемого продукта, или же, по-видимому, золь можно использовать в других процессах выращивания частиц кремнезема до желаемого размера. Так, Тейчер [82] проводил нейтрализацию силиката натрия кислотой с целью получения кислого золя, содержащего способную смешиваться с ним органическую жидкость, такую, например, как спирт, вызывающий осаждение соли. В более раннем способе, предложенном Уайтом [83], сульфат натрия осаждается из золя, который был приготовлен из силиката натрия и серной кислоты с добавлением ацетона. Мар- чегет и Гендон [84] вместо этого использовали в своей работе вещества, позволяющие формировать чрезвычайно мало растворимую соль натрия, такие, например, как продукт реакции между сульфит-ионами и глиоксалем, причем сульфит в этом случае действует как кислота при нейтрализации щелочи в силикате. В результате реакции силиката натрия с щавелевой кислотой получается кислый золь, из которого осаждается гидроок - салат натрия, с сохранением в растворе концентрации ионов натрия приблизительно 0,13 н. при 15°С [85]. Оставшуюся соль можно затем удалить ионным обменом [86].
