2.1.3.1. Giản đồ hai pha
Giản đồ trạng thái 2 nguyên của hệ Na2O – SiO2 được trình bày ở hình 2.4 và các điểm đặc trưng của giản đồ được trình bày ở bảng 2.1 [3], từ giản đồ trạng thái cho thấy có sự tồn tại của 3 loại silicát natri là: Na4SiO4, Na2SiO3 và Na2Si2O5.
Hình 2.4: Giản đồ trạng thái 2 pha của hệ Na2O – SiO2 [3, 25]
Bảng 2.1: Các điểm đặc trưng trong giản đồ trạng thái Na2O – SiO2 [3]
Nhiệt độ (oC)
Pha rắn cân bằng với
pha lỏng Đặc tính của các điểm
Thành phần (%) Na2O SiO2
1132 Na2O Chảy lỏng không phân hủy 100 0
1058 2Na2O.SiO2 + Na2O Chảy lỏng có phân hủy 59,3 40,7 1124 2Na2O.SiO2 +
Na2O.SiO2
Cùng tinh 56,79 43,21
1090 Na2O.SiO2 Chảy lỏng không phân hủy 50,9 49,1 867 Na2O.SiO2 +
Na2O.2SiO2.... Cùng tinh 37,9 62,1
875 Na2O.2SiO2 Chảy lỏng không phân hủy 34,04 65,96
839 Quắc + Na2O.2SiO2 Cùng tinh 26,1 73,9
838 Quắc + Na2O.2SiO2 Cùng tinh giả 25,4 74,6
867 Na2O.2SiO2;
2.1.3.2. Giản đồ ba pha
Silicát natri hòa tan trong nước sẽ phân ly thành các cation và anion phức của axít silic tạo ra thủy tinh lỏng. Giản đồ trạng thái ba nguyên Na2O – SiO2 – H2O theo tác giả Owusu, Y.A.[73, 74] được trình bày ở hình 2.5. Từ giản đồ trạng thái ba nguyên cho thấy không thể tồn tại thủy tinh lỏng có mô đun quá cao hoặc quá thấp. Giản đồ ba nguyên của thủy tinh lỏng có thể được sử dụng để tóm tắt sự hình thành gel của dung dịch silicát kiềm. Vùng 9 được đánh dấu là “chất lỏng thương mại thông thường” trên giản đồ pha, toàn bộ Na2O trong thủy tinh lỏng tham gia phản ứng với CO2 còn lại silicát dưới dạng gel chuyển tới vùng gel và chất lỏng không ổn định (vùng 11). Các gel silica này có hàm lượng SiO2 cao, như trình bày ở giản đồ pha, tạo lên độ bền dính kết cho khuôn và ruột cát. Giản đồ pha cho thấy dạng ổn định của silicát kiềm tồn tại trong giản đồ pha có mô-đun nằm trong khoảng từ 2 đến 3,75 (vùng 4 - 10), đây là khoảng mô đun được dùng trong công nghiệp đúc khuôn cát – nước thủy tinh thông thường. Các silicát có mô đun cao (3,75) phản ứng với CO2 nhanh hơn các silicát có mô đun thấp hơn.
Hình 2.5: Giản đồ trạng thái ba nguyên của thủy tinh lỏng: hỗn hợp của Na2O và 2Na2O.SiO2
(vùng 1), 2Na2O.SiO2 tinh thể (vùng 2), hỗn hợp của 2Na2O.SiO2 và thủy tinh lỏng (vùng 3), silicát natri dạng kính (vùng 4), silicát natri ngậm nước (vùng 5), silicát bị hydrát hóa (vùng 6), rắn và lỏng (vùng 7), chất lỏng nhớt (vùng 8), thủy tinh lỏng thương mại (vùng 9), dung
dịch loãng (vùng 10), chất lỏng không ổn định (vùng 11) [73, 74]