不同 p H 值介質中硅灰的水合作用

不同pH介質中硅灰的水合作用1前言硅灰是鐵合金等生產(chǎn)中收集的粉塵,其粒徑小，比表面積大，因而在化工、冶金、建材等行業(yè)得以廣泛應用，但隨著使用環(huán)境中pH值的不同，硅灰與水的水合作用將隨著水的pH值的不同而發(fā)生相應的變化，通過測定不同pH值條件下硅灰水合產(chǎn)物pH值的變化情況，分析硅灰與水的水合狀況。2實驗與結果211實驗原料實驗所使用的硅灰取自遵義鐵合金廠，其化學組成見表1。表1硅溟化學成份SiO】點捋F電0多頃3Mg。C 由。灼威平均粒輕(%)(%)(%)<%)<%)(%)(%) (Uni)含景9L35Q勺0項KI3。一9X131 5,1212實驗方法本實驗以取5g硅灰加入150ml水中時的水合作用為實驗基準。水溶液的pH值用HCl和NaOH溶液調(diào)整，其pH值在2~13之間進行調(diào)節(jié)，調(diào)整間距為015。實驗時將準確秤取的5g硅灰倒入已調(diào)節(jié)至一定pH值的水中，在攪拌的同時用pH離子計每隔2min記錄一次pH值的變化，直至其恒定不變?yōu)橹埂?13實驗結果硅灰與不同pH值的水溶液水合時，其水合產(chǎn)物的pH值變化情況見圖1。圖中曲線1~14分別為硅灰與pH值為2、3、315、4、5、6、8、9、10、11、1115、12、1215、13的水溶液水合時水合產(chǎn)物的pH值變化情況。由圖1可見，當硅灰與pH值為2-315,4~6,8-1115,12~13的水溶液水合時，其水合物溶液的最終pH值分別在317-410,913-914,916-918,1117-1216之間變化。3分析與討論311硅灰的結構x衍射表明硅灰中的SiO2是以無定型的形式存在［1］。從圖2的無定型氧化硅結構模型［2］可見時間（cnim）圖I硅灰與不同pHffl水溶液的水合產(chǎn)物pl［值氧化硅結構內(nèi)部有毛細管通道，且其內(nèi)部和外部都有缺陷，存在Si-O-Si的斷鍵三Si-O-和三Si-[3]。因此當硅灰與不同pH值的水作用時，水會沿氧化硅結構內(nèi)部的毛細管通道進入其內(nèi)部，并與之發(fā)生作用。3.2不同pH值溶液中硅灰的水合作用由圖1的實驗結果可見，硅灰與不同pH值的水溶液作用時，其水合作用隨著水溶液pH值在一定范圍內(nèi)的變化而變化。這是由于硅灰與水作用時，它所含的無定型氧化硅表面隨著水溶液pH值的不同而帶不同的電荷所造成的。在不同pH值下無定型氧化硅表面帶電情況如圖3示。由于在硅灰的收集過程中硅灰長時間與空氣相接觸，因而它所含的無定型氧化硅表面的鍵主要以三Si-O鍵為主。3.2.1pH值為2~6的溶液中硅灰的水合作用當硅灰與酸性水溶液接觸時，氧化硅表面的三Si-O斷鍵很快與酸性水溶液中的H+作用形成

0-O-Si—OHIO0-O-Si—OHIO圖3不同pH值下無定形氧化硅表血帶電情說三Si-OH，且在三SiOH基團中O2-的作用下三Si-OH將與H+發(fā)生耦合而形成三Si-OH2+離子；當水溶液的酸性較強時，H+的濃度較大，三Si-OH與H+耦合為三Si-OH2+離子后還剩余較多，因而此時水合物溶液的酸度也較大,溶液的pH值較?。ㄒ妶D1的曲線1~3）；反之當硅灰與酸性較弱的水溶液水合時，三Si-OH與H+耦合后已基本上不再有剩余的H+,因而此時水合物溶液的pH值較大（見圖1曲線4~6）。3.2.2pH值為8~13的水溶液中硅灰的水合作用當硅灰與pH值為8~13的水溶液接觸時，溶液中的OH-對無定型氧化硅中結合較弱的Si-O-Si鍵有較強的破壞作用，使之斷鍵形成三Si-OH2+,三Si-O-等基團。當硅灰與堿性較弱的水溶液接觸時，因溶液中的OH-較少，且此時OH-主要在氧化硅中起斷鍵作用，因此水合物溶液的pH值主要由氧化硅的表面狀況所決定。由圖3可見,在堿性溶液中，氧化硅表面的三Si-O-基團將會與溶液中有限的H+耦合而形成三Si--OH，從而使溶液中的OH-相對維持在一定的濃度，水合物的pH值就在一微小的范圍內(nèi)波動（見圖1中曲線7~11）；當硅灰與堿性較強的水溶液水合時，由于此時溶液中的OH-較多,OH-除破壞Si-O-Si鍵外還有剩余，因而此時水合物溶液的pH值隨著水溶液pH值的增大而增大（如圖1中的曲線12-14）。4結論實驗表明