1基本信息

中文名稱:硅酸鋰
中文別名:偏硅酸鋰;硅酸二鋰鹽
英文名稱:lithium metasilicate
英文別名:Silicic acid, dilithium salt; Lithium silicate; silicic acid (h2sio3), dilithium salt; lithiumsilicate; Silicic acid,dilithium salt; LithiumMetasilicateAnhydrous; ; dilithium oxosilanediolate
CAS:10102-24-6
EINECS:233-270-5
分子式:Li2O3Si
分子量:89.9657

2物化性質

無臭、無味透明液體。呈弱鹼性,pH值在11左右。產品相對密度和黏度隨產品型號而不同,相對密度在1.16~1.19之間(25℃)。溶於水及鹼性溶液,不溶於醇及有機溶劑。與酸作用遊離出凝膠。有自乾性,溶液水分蒸發后,能生成一種不溶於水的干膜,具有水不可逆性。

3用途

用作黏合劑,主要用於無機富鋅塗料和高級焊條。

4製法

氫氧化鋰法:將硅酸鈉與硫酸反應,生成水合硅酸與硫酸鈉,取其水合硅酸與氫氧化鋰反應,生成硅酸鋰和水,製得硅酸鋰產品。

5安全性

本品無毒,不燃。採用鐵桶或聚乙烯塑料桶包裝。每桶25kg。應貯存在通風陰涼的庫房內,運輸過程中要避免烈日曝晒,冬季要防止冷凍,要求在20~40℃條件下貯運。

6多硅酸鋰及其水溶液

硅酸鋰是金屬鋰與硅酸反應時生成的一系列的化合物。已知的硅酸鋰有以下幾種:
一硅酸鋰:
Li8SiO6或者 4Li2O·SiO2;
Li4SiO4或者2Li2O·SiO2(正硅酸鹽);
Li2SiO3或者Li2O·SiO2(偏硅酸鹽)。
二硅酸鋰:
Li6Si2O7或者3Li2O·2SiO2;
Li2Si2O5或者Li2O·2SiO2。
五硅酸鋰:
Li2Si5O11或者Li2O·5SiO2。
這裡專門介紹多硅酸鋰。因為多硅酸鋰的水溶液相對應於鈉水玻璃,所以也叫鋰水玻璃,簡稱硅酸鋰。由於它具有一些特殊的性質,所以近二、三十年來越來越受到各國的重視。美國是最早研究硅酸鋰製造的國家,生產技術幾乎為其壟斷。到了80年代,日本對硅酸鋰的研究不論是質量,還是應用範圍都有超美之勢。中國在這方面的研究才剛剛起步。
1.硅酸鋰水溶液的性質
硅酸鋰水溶液為無色透明或呈微乳白色的液體,無臭、無毒、不燃、呈鹼性(pH=11~12)。硅酸鋰水溶液和硅酸鈉一樣,加入酸性物質后容易膠凝。但由於鋰離子半徑比鈉、鉀離子半徑小得多,因而硅酸鋰水溶液還具有一些獨特的性能:硅酸鋰水溶液的性能與二氧化硅膠粒大小密切相關,如SiO2粒子為1mμ左右,則產品清晰透明、粘度低、貯存和使用性能(耐水性、耐火性、耐侯性等)均十分優異;而當SiO2粒子約3mμ時,溶液呈微膠體狀,粘度高,存放穩定性差,使用性能差。硅酸鋰水溶液允許模數高達8,SiO2含量20%,仍然粘度低,穩定性好。硅酸鋰水溶液具有自乾性,且能生成不溶於水的干膜,耐乾濕交替性極好。硅酸鋰水溶液在受熱時析出沉澱,但如沉澱不過熱、不脫水,則在冷卻后還能重新溶解。硅酸鋰水溶液有和具有親水表面的玻璃、鋼鐵、鋁及纖維等的表面反應成膜的特性,60℃以上即可進行,溫度愈高,反應愈快。由於製法不同,硅酸鋰水溶液中的SiO2可呈結晶態或膠態,而通常穩定膠體SiO2溶液中很少或沒有結晶態SiO2;而作為塗料使用時,採用SiO2呈結晶態的硅酸鹽製成的塗膜其性能卻顯著優於膠態硅酸鹽製成的塗膜。值得注意的是硅酸鋰水溶液在光潔表面上(金屬、玻璃等)形成的干膜不連續、附著力差、起皮、掉粉。然而,硅酸鋰和硅酸鈉或鉀混合使用,不僅能降低成本,還可改善硅酸鋰的成膜反應。
2.硅酸鋰水溶液的用途
由於硅酸鋰水溶液的獨特性能,因而有其廣泛的用途。作為塗料基料,可用水作溶劑,形成的塗膜,除具有無機塗料的耐熱、不燃、耐輻射、無毒等一般性能外,還具有自干,耐熱可達1000℃,耐磨性、耐濕性、耐侯性、耐乾濕交替性佳,耐水性優異等特點。可用於海上工程、石油管道、船舶、橋樑以及建築塗料和建築材料用塗料,如浴室、廚房、衛生間、大廈、各種構件,以及水泥、混凝土、石棉瓦、鋁、鐵、木質材料、合成樹脂、陶瓷等的塗裝,尤其適宜用於潮濕環境和耐水性裝飾塗料。
作為粘合劑,可使用於木材、紙張、塑料、玻璃、金屬、混凝土、磚瓦、石棉,以及瓦楞紙箱、纖維板、絕緣板、電視熒光粉、汽車制動器和離合器等等。
作為表面處理劑,可直接塗於金屬表面,用作鋼鐵表面防鏽液,手風琴、收音機、儀錶儀器等金屬元件的防蝕劑和使用於有色金屬裝飾品、日用品、工藝品的保光、保色;塗覆於玻璃,可形成透光性優良、反光度低的表面塗層;塗覆於鍍鋅鐵皮,在鹽水中不腐蝕;塗覆於塑料薄膜,可提高其隔濕性和阻氣性等等。
3.製法
因為碳酸鋰和石英砂熔融而製成的硅酸鋰玻璃,在水中不溶解。因此,常規的可溶性硅酸鹽製造方法不能製得硅酸鋰水溶液,必須尋求其它製造方法。
文獻報導的製造方法雖然不少,但都存在一些缺點或不足之處。如採用較多的硅溶膠法,原料成本太高;硅膠法,雖可使用便宜原料,但要求高溫高壓設備;硅粉法;原料也不便宜,而且成品外觀和反應收率都有問題;離子交換法可以用各種可溶性鋰鹽,但樹脂床在中國投資費用較高,而且處理樹脂后的廢酸、廢水量大,從生產成本和環境保護考慮似乎也不宜選用。在較多的方法中,目前認為較好的方法是活性硅酸——氫氧化鋰法。以下介紹該法。
活性硅酸——氫氧化鋰法是利用將水玻璃溶液按陽離子交換法製得的具有一定濃度的活性硅酸溶液與氫氧化鋰粉末或水溶液反應而製成。可以得到具有透明性、長期貯存穩定性以及粘結力優良的硅酸鋰水溶液。
(1)原料的預製備及其要求
活性硅酸水溶液,就是使硅酸鈉或硅酸鉀水溶液通過陽離子交換樹脂床層經離子交換后而生成。該水溶液中的二氧化硅的粒徑在5毫微米以下,二氧化硅含量1~7重量份,SiO2/M2O(M表示鉀或鈉)摩爾比300~2000。根據需要,如果再同陰離子交換劑接觸,則可以提供製備硅酸鋰水溶液的更好的原料。
這種活性硅酸水溶液,常溫放置,二氧化硅的粒徑要逐漸增大,使溶液增粘,以至膠化。因此,製備硅酸鋰水溶液時,必須在活性硅酸生成后尚未增粘和膠化之前,最好二氧化硅粒徑還在1~2毫微米之間時,立即同氫氧化鋰反應。如果二氧化硅粒徑達到5毫微米以上,同氫氧化鋰反應就要引起膠化,不僅需要長時間的解膠,而且不能製成透明的硅酸鋰水溶液。
還須指出,SiO2的濃度如果不足1%(重量),同氫氧化鋰反應,顯然得到的硅酸鋰水溶液中的SiO2的濃度不夠,濃縮時將須除去大量的水;如果超過7%,製得的活性二氧化硅水溶液即使立即同氫氧化鋰反應,在反應前的瞬間,也會顯著增粘或膠化,從而不能在短時間內製造出透明的硅酸鋰水溶液。因此,二氧化硅的濃度最好在2~5%(重量)之間。
氫氧化鋰使用粉末狀、粒狀、塊狀或水溶液均可,但最好是粉末狀或水溶液狀氫氧化鋰。也可以使用以乙醇、乙二醇、丙酮、胺、季胺的氫氧化物等置換部分水溶液而得到的氫氧化鋰溶液。(2)製備及其操作條件
將上述製得的活性硅酸水溶液和氫氧化鋰粉末(或水溶液)按一定的配比,在0~80℃(接近常溫即可)且攪拌下混合反應10分鐘~2小時,即可得到透明而穩定的硅酸鋰水溶液。其中原料配比是:活性硅酸水溶液和氫氧化鋰粉末(或水溶液)最好是按SiO2:Li2O的摩爾比為2.5~10之間。摩爾比低於2.2,反應時易生成化學組成為Li2O·2SiO2或2Li2O·SiO2的白色沉澱,不能保持水溶液穩定地進行反應;摩爾比大於10,反應得到的硅酸鋰水溶液在高溫下的長期穩定性低,實際使用效果不好。
兩種原料的混合方法,採用在攪拌下於活性硅酸水溶液中添加氫氧化鋰;或於氫氧化鋰中添加活性硅酸水溶液,或將兩者同時加入的方法均可。
然後,將製得的稀硅酸鋰水溶液,在常壓或減壓下於25~90℃蒸發濃縮,即可得到SiO2含量35%(重量)以下(通常10~25%)具有實用濃度的硅酸鋰水溶液。這樣的產品,分散於其中的二氧化硅粒子微細,不僅具有真溶液的性質,而且長期貯存穩定性好。
另據文獻報導,中國化工部天津化工研究院硅酸鋰試製組,在全面分析比較了國外發表的各種方法后,經反覆試驗,研究出一條獨特的製造工藝路線,即常溫常壓反應法,其優點能利用廉價原料、簡單設備、常溫常壓反應、直接製造高濃度、高模數的硅酸鋰水溶液。詳情未見報導。

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