¿Qué es el silicato de sodio?

El silicato de sodio es un nombre común para todos los compuestos iónicos que tienen la fórmula química general Na2xSiyO2 años + x. Los miembros más comunes de este grupo incluyen metasilicato de sodio, ortosilicato de sodio y pirosilicato de sodio.

A menudo, los aniones de estos silicatos de sodio son sustancias poliméricas. Generalmente, los silicatos de sodio son compuestos sólidos transparentes e incoloros que están disponibles como sólidos o en forma de polvo blanco que es soluble en agua (excepto para la mayoría de los silicatos ricos en silicio). Cuando se disuelve en agua, los silicatos de sodio forman soluciones alcalinas acuosas.

Los silicatos de sodio son estables en soluciones neutras y alcalinas. Cuando están en soluciones ácidas, el ión silicato tiende a reaccionar con los iones hidrógeno, formando ácido silícico. Estos componentes de ácido silícico tienden a descomponerse en gel de dióxido de silicio hidratado. Cuando este compuesto hidratado se calienta para expulsar el agua, da como resultado una sustancia dura y translúcida que denominamos gel de sílice (un desecante común).

Existen varios métodos para producir silicatos de sodio, según el tipo de silicato. Normalmente, un silicato de sodio se produce mediante el tratamiento de una mezcla de sílice, sosa cáustica y agua en presencia de vapor caliente. Además, podemos obtener un silicato de sodio mediante la disolución de sílice en carbonato de sodio fundido.

Este mineral no se debe confundir con el Metasilicato de sodio, aunque suenen muy parecidos.

¿Qué es el metasilicato de sodio?

El metasilicato de sodio es un compuesto inorgánico que tiene la fórmula química Na2SiO3. Es el ingrediente principal de las soluciones de silicato de sodio disponibles comercialmente.

Este es un compuesto iónico que contiene cationes de sodio y aniones de metasilicato polimérico. Este compuesto iónico es un sólido incoloro, cristalino e higroscópico altamente delicuescente. Es soluble en agua, pero no soluble en alcoholes.

Al considerar la producción de metasilicato de sodio, podemos producirlo fusionando dióxido de silicio con óxido de sodio en una proporción molar de 1: 1. Además, el silicato de sodio cristaliza a partir de diversas soluciones de hidratos, como pentahidrato y nohidrato.

Hay muchos usos importantes del metasilicato de sodio, incluida la producción de sílice a través de la reacción entre metasilicato de sodio y ácidos, producción de cemento y aglutinantes, pulpa, papel, jabón, detergente, aplicaciones automotrices, conservante de huevos, artesanías, etc.

Hay muchas aplicaciones del silicato de sodio: como ingredientes en detergentes, papel, tratamiento de agua, materiales de construcción, como fluido de perforación en paredes de perforación, en reparación de metales, reparación de automóviles, etc.

Métodos de fabricación

Por vía húmeda. El silicato de sodio se obtiene por vía húmeda calcinando piedras de chispa (pedernal)que aún calientes se inmergen en agua fría. Se obtiene así una masa porosa soluble en soda cáustica siempre

que se opere a seis atmósferas de presión y en autoclave provista de agitador.

Otro método consiste en lo siguiente: en un autoclave, provista de agitador, se pone una lejía de soda cuya densidad oscila entre 1,22 y 1.24 y se le agrega harina fósil (kieselguh) calcinada en una pr0porción de 2,8 – 3 partes de ella por una de soda.

Se inyecta luego vapor de agua hasta obtener en el autoclave tres atmosferas de presión. A las dos o tres horas, se tiene 1a solución casi completa del kieseguhr; la solución de silicato de sodio tiene una densidad que oscila entre 1,16 y 1,18, es decir, menor que la de la solución de soda cáustica, debido a la condensación del vapor de agua que se inyecta al autoclave.

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Importancia del silicato de sodio en la industria de cerámicas

¿Qué es la industria de la cerámica?

En general, el término cerámica (productos cerámicos) se utiliza para materiales inorgánicos formados por compuestos no metálicos, que pueden tener algún contenido orgánico, y que son estabilizados mediante un proceso de cocción. Además de los materiales en base arcilla, la cerámica incluye actualmente multitud de productos con una pequeña fracción de arcilla o ninguna en absoluto.

Los principales sectores que se apoyan en los productos cerámicos manufacturados (cerámica), son los siguientes:

• pavimentos y revestimientos
• ladrillos y tejas
• cerámica de mesa y de decoración (cerámica doméstica)
• productos refractarios
• cerámica sanitaria
• cerámica técnica
• tuberías de gres vitrificado
• agregados de arcilla expandida
• abrasivos aglomerados inorgánicos.

La cerámica puede ser vidriada o no vidriada, porosa o vitrificada. Durante el proceso de cocción de materiales cerámicos se produce una transformación de los minerales constituyentes, dependiente del tiempo y de la temperatura, que da lugar a una mezcla de nuevos minerales y fases vítreas generalmente.

Entre las propiedades características de los productos cerámicos se encuentran una elevada resistencia mecánica, una gran resistencia al desgaste, una vida útil larga, son inertes e inocuos químicamente, una gran resistencia al calor y al fuego, una resistencia eléctrica, y a veces también una porosidad específica.

Las materias primas cerámicas se encuentran distribuidas por toda Europa, de manera que ciertos productos cerámicos como los ladrillos, que son relativamente baratos (pero que suponen costes de transporte elevados debido a su peso) se fabrican en casi todos los Estados miembros.

Debido a las tradiciones de construcción y a las consideraciones patrimoniales, la dimensión de las unidades difiere de un país a otro. Los productos más especializados, que exigen precios más elevados, suelen fabricarse principalmente en los países que disponen de las materias primas especiales necesarias para su elaboración y que tienen conocimientos técnicos suficientes para desarrollarlos.

¿Uso del silicato de sodio?

El silicato de sodio (cristal líquido) es un material polimerizado en suspensión acuosa de agua.

El silicato de sodio es un material inorgánico que actúa en la pasta cerámica, el cuerpo cerámico como agente fluidificante, y, a la vez, afecta a otros aspectos igualmente importantes.

Consiste en una cadena polimérica de silicatos en forma aniónica, en la que el sodio es el catión.

¿Cuáles son los usos de este mineral?

Permite disminuir en la fórmula la cantidad de elementos orgánicos que, debido a su descomposición, pueden crear fenómenos de desgasificación durante el ciclo de cocción y producir porosidad en la baldosa cerámica final.

Por este mismo motivo, la presencia de material inorgánico reduce el potencial de formación del llamado corazón negro durante la combustión.

Debido a su estructura con base de sílice, el silicato de sodio también puede facilitar la formación de vidrio, iniciando los procesos de vitrificación y sinterización que son la base de la producción del gres cerámico.

El silicato y el proceso de defloculación

El silicato de sodio puede iniciar los tres mecanismos básicos del proceso de defloculación:

1. Repulsión electrostática para el intercambio de cationes

Los cationes multivalentes, con doble carga positiva (como el calcio y el magnesio) o con triple carga positiva (como el hierro o el titanio), tienen una carga muy elevada y, por lo tanto, son capaces de anular la fuerte carga negativa que hay en las superficies de la micela.

Sin embargo, la carga negativa es necesaria para mantener la fuerza de repulsión entre las micelas que aseguran su flujo (tomemos el ejemplo de la fuerza de repulsión entre dos imanes idénticos).

La adición de cationes monovalentes (como el sodio) dentro del sistema permite la sustitución de las cargas positivas multivalentes presentes en la arcilla por una carga eléctrica débil.

Este intercambio catiónico específico disminuye la carga eléctrica positiva en las micelas sin neutralizar las negativas.

Ese es el origen de la reducción de la aglomeración y de la disminución de la viscosidad del sistema.

2. Repulsión estérica

Se produce utilizando dispersantes poliméricos hechos de cadenas moleculares inactivas que contienen un grupo funcional capaz de interactuar con las arcillas y las materias primas.

Los bordes de estas moléculas interactúan con las partículas suspendidas de la barbotina aumentando su distancia.

Los dispersantes poliméricos, en otras palabras, se unen a las partículas (a través del grupo funcional) colocando su cola en el borde: esta posición consigue obtener la distancia necesaria para deslizar las partículas una sobre otra sin interacción electrostática.

Este fenómeno es responsable de la reducción de la viscosidad.

3. Acción complejante

Los agentes complejantes están formados por moléculas químicas (sales de sodio) particulares que tienen grupos funcionales que contienen átomos, como el oxígeno o el nitrógeno, que proporcionan al sistema una carga electrónica muy negativa.

Esta carga atrae sobre todo cargas positivas multivalentes (como calcio, magnesio, hierro o titanio), en lugar de monovalentes.

Cuando los agentes complejantes se añaden a la barbotina, liberan sodio (catión monovalente), que atrae a su interior cationes multivalentes.

El resultado final del proceso es la eliminación de las cargas multivalentes del sistema y la recirculación de las cargas monovalentes: esto facilita el intercambio catiónico y por lo tanto aumenta la distancia entre partículas y reduce la viscosidad.

Usualmente en cerámica, se emplea el silicato sódico como defloculante

La cantidad que hay que emplear oscila entre un 0,1-0,3 % en peso.

El silicato sódico es un potentísimo defloculante, notándose sus efectos al adicionar dosis muy pequeñas. Normalmente se comercializa en forma de una pasta muy viscosa y pegajosa que irrita y seca la piel, los ojos y los labios, por tanto, lo trabajamos con guantes y gafas.

Se disuelve en agua caliente con la ayuda de un diluidor, en la relación de 1/3 de silicato de sodio por 2/3 de agua caliente. Para barbotinas (suspensión de arcillosos en agua) pequeñas se dosifica con una pipeta, y para muy poca cantidad a gotas. Normalmente se trabaja con un 0.3% en base seca, pero por precaución se empieza adicionando mucho menos y se va observando el comportamiento.

Este se junta siempre cuando la barbotina está en dilución. Los efectos que notaremos serán un incremento progresivo de la fluidez, caerá la tixotropía y facilitará el secado, pero hasta cierto punto, porque si comenzamos a introducir demasiada cantidad aparece lo que se conoce como dar la vuelta, o sea, muy rápidamente se pierden las características logradas y la suspensión se pone muy gelatinosa e incluso puede llegar hasta cierta rigidez.

En este punto es irrecuperable y se sabe que nos acercamos a él porque no se presenta prácticamente tixotropía y no seca. Si al deflocular la suspensión esta se calienta porque lleva mucho tiempo en dilución la dejaremos enfriar, porque al enfriarse cambian los efectos del defloculante, y vamos a trabajar en frío y no en caliente.

Normalmente las suspensiones ricas en arcillosos todas son tixotropicas (capacidad de las barbotinas para entrar en un estado gelatinoso al estar en reposo) y cuando trabajamos las mantenemos en agitación para evitar este efecto.