پیش از دانستن روش تولید سدیم سیلیکات و پتاسیم سیلیکات بهتر است بدانید سیلیکات‌ها، به‌ویژه نمک‌های قلیایی مانند سدیم، پتاسیم و کلسیم، از جمله ترکیبات کلیدی در دنیای صنعتی مبنی بر سیلیسیم هستند. این ترکیبات به دلیل کاربردهای فراوان و اهمیت بالا، از سیلیکات‌های پر مصرف به حساب می‌آیند. نکته قابل توجه این است که سیلیکات پتاسیم در آب نامحلول است، در حالی که سدیم سیلیکات و پتاسیم سیلیکات به راحتی در آب حل می‌شوند.
سدیم سیلیکات به دلیل قیمت مناسب و با داشتن خصوصیات غیرسمی، در صنایع متعددی از جمله تولید شیشه، سرامیک و مواد شوینده به کار گرفته می‌شوند. این ماده همچنین در ساخت سورفکتنت‌ها، چسب‌ها، رنگ‌ها، انواع رزین‌ها، سیمان، زئولیت‌ها و سیلیکاژل کاربرد دارد و در فرآیندهای پالایشگاهی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بر اساس تحقیقات اخیر که انجام شده، دو روش اقتصادی نوین برای تولید سیلیکات‌هایی نظیر سدیم سیلیکات و پتاسیم سیلیکات وجود دارد که در ادامه به صورت خلاصه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم، پس با ما همراه باشید.
تولید سیلیکات سدیم به روشNaOH و Na۲CO۳ یا هم ذوبی کوارتز
سیلیکات سدیم از طریق فرآیندی که شامل هم‌ذوبی کوارتز با هیدروکسید سدیم (NaOH) و کربنات سدیم (Na2CO3) است، تولید می‌شود. در این فرآیندهای رایج، استفاده از دمای بالا در کوره‌های الکتریکی برای رسیدن به بازدهی مطلوب از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین، وجود درصد بالایی از مواد قلیایی در این فرآیند، به بهبود بازدهی کمک زیادی می‌کند. تحقیقات جدید نشان می‌دهد که یکی از روش‌های نوین تولید سیلیکات سدیم و پتاسیم سیلیکات، استفاده از مقادیر اضافی ۸۰ درصدی مواد قلیایی در دماهای مختلف می‌باشد. از این تحقیقات نتایج زیر بدست آمده است:
تولید سدیم سیلیکات و پتاسیم سیلیکات
در فرآیند تولید سدیم سیلیکات و پتاسیم سیلیکات، محققان به بررسی تأثیر افزودن ۸۰ درصد بیشتر از مقدار مورد نیاز هیدروکسید سدیم یا پتاسیم در دماهای متغیر پرداخته‌اند. این روش، که شامل ذوب کوارتز با ترکیبی از NaOH و Na2CO3 است، به کاهش هزینه‌های تولید سیلیکات سدیم منجر می‌شود. دلیل این امر، کاهش دما و مدت زمان لازم برای واکنش است. می‌توان گفت، حل شدن Na2CO3 در هیدروکسید سدیم مذاب، قدرت یونی محیط واکنش را افزایش داده و در نتیجه، شکستن پیوندهای Si-O در ساختار کوارتز را آسان می‌کند. این فرآیند در تولید سیلیکات‌های دوگانه پتاسیم/سدیم از طریق ذوب کوارتز با ترکیب Na2CO3 و KOH به کار می‌رود.
تولید سیلیکات سدیم به کمک هم ذوبی کوارتز با مخلوط NaCL+NaOH
در روش تازه‌ای که برای تولید سدیم سیلیکات مورد استفاده قرار گرفته، کوارتز به همراه ترکیبی از NaCl و NaOH ذوب می‌شود. دانشمندان به دلیل صرفه‌جویی در هزینه‌ها، از سدیم استفاده کرده‌اند. از لحاظ علمی، دمای ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد برای این فرآیند بسیار مناسب شناخته شده است. با افزایش دما، تغییرات بازده واکنش در تولید سیلیکات سدیم محدود است. تحقیقات اخیر نشان داده‌اند که نتایج مشابهی برای تولید سیلیکات‌های ترکیبی سدیم/پتاسیم در حضور KOH و NaCl به دست آمده است. سیلیکات سدیم تولید شده در این روش، دارای خلوص صنعتی قابل قبولی است.
نتیجه‌گیری: روش‌های سنتی تولید سیلیکات‌های قلیایی، به دمای بالا و مصرف زیاد قلیا نیاز دارند، اما با استفاده از روش‌های جدید ذوب کوارتز با ترکیب NaOH و Na2CO3 یا NaOH و NaCl، دمای واکنش به طور چشمگیری افزایش می‌یابد. NaCl به عنوان یک افزودنی فراوان، ارزان و مقرون به صرفه شناخته شده است. بنابراین، استفاده از آن برای تولید سیلیکات سدیم و سیلیکات‌های ترکیبی در مقیاس صنعتی توصیه می‌شود. بهینه‌ترین شرایط واکنش، استفاده از ۵ درصد وزنی NaCl به همراه ۱۰ تا ۱۵ درصد سود اضافی در دمای ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد و زمان واکنش ۱۰ دقیقه است.
روش خشک تولید سیلیکات سدیم:
فرآیند تولید سیلیکات سدیم از طریق روش خشک، با ذوب کردن مخلوطی از کربنات سدیم و شن در کوره‌های مخصوص آغاز می‌شود. در نتیجه این عملیات، ماده‌ای با رنگ سبز به دست می‌آید که سپس در دستگاه‌های خنک‌کننده خرد می‌شود و در آب حل می‌گردد. پس از آن، محلول حاصل را فیلتر کرده تا سیلیکات سدیم خالص به دست آید.
پس از تولید سیلیکات سدیم، این ماده به دلیل خواص چسبندگی و مقاومت در برابر حرارت و مواد شیمیایی، در صنایع مختلفی مانند تولید کاغذ، ساخت مواد شوینده، و به عنوان عامل کمکی در فرآیندهای پالایش استفاده می‌شود. همچنین، سیلیکات سدیم به عنوان یک ماده افزودنی در تولید سیمان و بتن به کار رفته و به افزایش استحکام و دوام محصولات کمک می‌کند. در صنعت غذایی نیز، به عنوان یک افزودنی مجاز (E550) برای جلوگیری از تجمع و چسبندگی مواد غذایی خشک استفاده می‌شود. این تنوع کاربرد نشان‌دهنده اهمیت و گستردگی استفاده از سیلیکات سدیم در صنایع مدرن است.
روش تر تولید سیلیکات سدیم:
در روش تر برای تولید سیلیکات سدیم، ابتدا سنگ سیلیس و سود سوزآور را در شرایط دما و فشار کنترل‌شده درون یک راکتور قرار می‌دهیم. سیلیس از طریق نوار نقاله به آسیاب منتقل شده و به پودر خرد می‌شود. سپس، این پودر سیلیس به وسیله نوار نقاله دیگری به راکتور منتقل می‌شود تا با آب و سود سوزآور واکنش دهد و فرآیند تولید سیلیکات سدیم آغاز شود. پس از اتمام فرآیند پخت، محصول به مخزن ته‌نشینی منتقل شده و پس از خشک و تغلیظ شدن، برای مصرف آماده می‌گردد.
سیلیکات سدیم تولید شده به روش تر ، به دلیل خصوصیات منحصر به فرد خود، در صنایع متنوعی کاربرد دارد. این ماده به عنوان یک عامل چسباننده، در تولید محصولاتی مانند کاغذ، مواد شوینده و حتی به عنوان یک جزء در تولید سیمان و بتن استفاده می‌شود. همچنین، در صنعت غذایی به عنوان یک افزودنی (E550) برای جلوگیری از تجمع و چسبندگی مواد غذایی خشک به کار می‌رود. سیلیکات سدیم همچنین به دلیل خاصیت ضد خوردگی و مقاومت در برابر حرارت، در صنایع نسوز و ریخته‌گری نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.