不同 p H 值介质中硅灰的水合作用

不同pH介质中硅灰的水合作用1前言硅灰是铁合金等生产中收集的粉尘,其粒径小，比表面积大，因而在化工、冶金、建材等行业得以广泛应用，但随着使用环境中pH值的不同，硅灰与水的水合作用将随着水的pH值的不同而发生相应的变化，通过测定不同pH值条件下硅灰水合产物pH值的变化情况，分析硅灰与水的水合状况。2实验与结果211实验原料实验所使用的硅灰取自遵义铁合金厂，其化学组成见表1。表1硅溟化学成份SiO】点捋F电0多顷3Mg。C 由。灼威平均粒轻(%)(%)(%)<%)<%)(%)(%) (Uni)含景9L35Q勺0项KI3。一9X131 5,1212实验方法本实验以取5g硅灰加入150ml水中时的水合作用为实验基准。水溶液的pH值用HCl和NaOH溶液调整，其pH值在2~13之间进行调节，调整间距为015。实验时将准确秤取的5g硅灰倒入已调节至一定pH值的水中，在搅拌的同时用pH离子计每隔2min记录一次pH值的变化，直至其恒定不变为止。213实验结果硅灰与不同pH值的水溶液水合时，其水合产物的pH值变化情况见图1。图中曲线1~14分别为硅灰与pH值为2、3、315、4、5、6、8、9、10、11、1115、12、1215、13的水溶液水合时水合产物的pH值变化情况。由图1可见，当硅灰与pH值为2-315,4~6,8-1115,12~13的水溶液水合时，其水合物溶液的最终pH值分别在317-410,913-914,916-918,1117-1216之间变化。3分析与讨论311硅灰的结构x衍射表明硅灰中的SiO2是以无定型的形式存在［1］。从图2的无定型氧化硅结构模型［2］可见时间（cnim）图I硅灰与不同pHffl水溶液的水合产物pl［值氧化硅结构内部有毛细管通道，且其内部和外部都有缺陷，存在Si-O-Si的断键三Si-O-和三Si-[3]。因此当硅灰与不同pH值的水作用时，水会沿氧化硅结构内部的毛细管通道进入其内部，并与之发生作用。3.2不同pH值溶液中硅灰的水合作用由图1的实验结果可见，硅灰与不同pH值的水溶液作用时，其水合作用随着水溶液pH值在一定范围内的变化而变化。这是由于硅灰与水作用时，它所含的无定型氧化硅表面随着水溶液pH值的不同而带不同的电荷所造成的。在不同pH值下无定型氧化硅表面带电情况如图3示。由于在硅灰的收集过程中硅灰长时间与空气相接触，因而它所含的无定型氧化硅表面的键主要以三Si-O键为主。3.2.1pH值为2~6的溶液中硅灰的水合作用当硅灰与酸性水溶液接触时，氧化硅表面的三Si-O断键很快与酸性水溶液中的H+作用形成

0-O-Si—OHIO0-O-Si—OHIO图3不同pH值下无定形氧化硅表血带电情说三Si-OH，且在三SiOH基团中O2-的作用下三Si-OH将与H+发生耦合而形成三Si-OH2+离子；当水溶液的酸性较强时，H+的浓度较大，三Si-OH与H+耦合为三Si-OH2+离子后还剩余较多，因而此时水合物溶液的酸度也较大,溶液的pH值较小（见图1的曲线1~3）；反之当硅灰与酸性较弱的水溶液水合时，三Si-OH与H+耦合后已基本上不再有剩余的H+,因而此时水合物溶液的pH值较大（见图1曲线4~6）。3.2.2pH值为8~13的水溶液中硅灰的水合作用当硅灰与pH值为8~13的水溶液接触时，溶液中的OH-对无定型氧化硅中结合较弱的Si-O-Si键有较强的破坏作用，使之断键形成三Si-OH2+,三Si-O-等基团。当硅灰与碱性较弱的水溶液接触时，因溶液中的OH-较少，且此时OH-主要在氧化硅中起断键作用，因此水合物溶液的pH值主要由氧化硅的表面状况所决定。由图3可见,在碱性溶液中，氧化硅表面的三Si-O-基团将会与溶液中有限的H+耦合而形成三Si--OH，从而使溶液中的OH-相对维持在一定的浓度，水合物的pH值就在一微小的范围内波动（见图1中曲线7~11）；当硅灰与碱性较强的水溶液水合时，由于此时溶液中的OH-较多,OH-除破坏Si-O-Si键外还有剩余，因而此时水合物溶液的pH值随着水溶液pH值的增大而增大（如图1中的曲线12-14）。4结论实验表明