Силикаты натрия — натриевые соли кремневых кислот общей формулы mNa2O*nSiO2 .Отношение числа молекул Si02 и Na20 называют кремнеземным модулем; он определяет растворимость и другие свойства силикатов натрия, значение его колеблется от 1,0 до 4,0.
Жидкое стекло имеет сильную щелочную реакцию, так как гидролиз их протекает с образованием гидроксид-ионов:
Na2OSi02 + 2H20=2Na+ +Si02*H20 + 20H—.
Метасиликат натрия существует в двух кристаллических формах: с пятью молекулами воды (температура плавления 78,2 °С) и с девятью молекулами воды (температура плавления 48 °С). Первая форма содержит 42,5% (масс.) воды, вторая — 57,3% (масс.) воды.
Растворы силиката натрия при рН ниже 10,9 становятся неустойчивыми (выделяется кремневая кислота в виде геля); при нагревании они разлагаются с выделением аморфного кремния. Образование нерастворимой кремневой кислоты может происходить при хранении. Это обусловлено поглощением СО2 воздуха и понижением рН среды. Деполимеризация силиката протекает с выделением Si02. Средство борьбы с этим явлением — применение непроницаемой для паров воды и воздуха упаковки. В закрытых сосудах растворы жидкого стекла хорошо сохраняются, но на воздухе разлагаются и тем сильнее, чем выше кремнеземный модуль.
Применение метасиликата натрия для рафинации
Для рафинации растительных масел применяется как обыкновенное жидкое стекло, так и порошкообразный метасиликат натрия (пентагидрат). Жидкое стекло, как правило, обладает высоким значением кремнеземного модуля (2,8-3,5) характеризуется нестабильным качеством и высоким уровнем неорганических примесей – до 15% — по сути, балластный песок, что приводит к его повышенному расходу, и в результате большему выходу соапстока в который вовлекается нейтральный жир. Все это сказывается на увеличении отходов и потерь масла при рафинации (нейтрализации) в среднем на 0,4-0,5%.
Простой расчет показывает экономическую эффективность использования более дорогого метасиликата по сравнению с обычным жидким стеклом. Так для масла с кислотным числом 1,5 мг КОН/г необходимо использовать около 7-8 кг/т масла обычного жидкого стекла с исходной плотностью 1,45 кг/л, при его стоимости порядка 7 рублей за 1 кг, затраты на нейтрализацию составляют 5 копеек/кг масла. Для нейтрализации того же масла необходимо использовать 2,8 кг метасиликата натрия по цене 40 руб/кг, что ложится 11,2 копеек/кг масла. При стоимости масла 25 руб/кг и уменьшении потерь на 0,4%, экономия составляет минимум 10 коп/кг, при увеличении стоимости масла эффект будет выше. Кроме того, при использовании жидкого стекла возникают дополнительные трудности в виде необходимости использования специализированных емкостей для его доставки и хранения, необходимости подстраиваться под работу завода производящего жидкое стекло, а самое главное каждая партия жидкого стекла отличается по своим характеристикам от предыдущей, что требует корректировки технологического процесса и ведет к нестабильности процесса рафинации. Так же не стоит забывать о трудностях с продажей силикатного соапстока, при уменьшении его количества уменьшается количество проблем с ним связанных, кроме того, в связи с отсутствием балластных примесей увеличивается его подвижность.
Метасиликат используется для рафинации в виде раствора плотностью 1,1 — 1,2 кг/дм3 (12-20%), в зависимости от типа используемого оборудования, оборотов перемешивающего устройства, типа мешалки и количества фосфатидов в масле. Раствор готовится с использованием обычной питьевой воды комнатной температуры, растворение сопровождается выделением тепла. Для проведения нейтрализации масло обрабатывается 30-40% раствором лимонной кислоты из расчета 0,5 кг/т, производится определение кислотного числа и задается раствор метасиликата из расчета 1,9 кг/т при кислотном числе равном 1 мг КОН/г. Для больших кислотных чисел делается соответствующий расчет.
Методика пересчета кислотного числа в количество метасиликата
Молекулярная масса КОН = 56 г/Моль
Молекулярная масса пятиводного метасиликата = 212 г/Моль
Поскольку реакция протекает в соответствии со стехиометрическими коэффициентами, а количество действующего вещества в одном моле метасиликата натрия в два раза больше, чем в одном моле КОН, в результате мы приходим к следующим вычислениям.
Для того, чтобы нейтрализовать жирные кислоты в 1 т масла с кислотным числом 1 мг КОН/г, нам необходим один килограмм щелочи КОН или (212/2)/56=1,9 кг метасиликата натрия.