Гранулированный продукт превратился в твёрдую массу
В лабораторию поступила задача установить причину резкого изменения физического состояния гранулированного пятиводного метасиликата натрия.
Изначально продукт должен был представлять собой свободносыпучие гранулы.
Однако при хранении часть материала превратилась в плотную слежавшуюся массу, практически монолит. В других упаковках наблюдались комки, агломераты и признаки повышенной влажности.
Обычного визуального заключения «товар отсырел» для такой ситуации недостаточно.
Необходимо было понять:
что произошло с самим веществом на химическом и кристаллическом уровне?
Содержание воды оказалось выше ожидаемого
Для чистого пятиводного метасиликата натрия Na₂SiO₃·5H₂O расчётная массовая доля кристаллизационной воды составляет около 42,46%.
В исследованном образце потеря массы при термической обработке достигла 48,57%.
Это приблизительно на 6 процентных пунктов больше расчётной величины для чистого пентагидрата.
Уже этот результат указывал, что фактическое состояние вещества отличается от заявленной формы.
Рентгенофазовый анализ показал изменение гидратной формы
Результат РФА оказался ещё более показательным.
В образце были идентифицированы:
- Na₂SiO₃·7H₂O — гептагидрат;
- Na₂SiO₃·8H₂O — октагидрат;
- Na₂SiO₃·9H₂O — нонагидрат.
При этом заявленная фаза Na₂SiO₃·5H₂O — пятиводный метасиликат натрия — в исследованном образце обнаружена не была.
То есть речь шла уже не просто об увлажнении поверхности гранул.
Произошло изменение фазового и гидратного состояния вещества.
ДСК подтвердила неоднородность продукта
Дифференциальная сканирующая калориметрия выявила несколько наложенных эндотермических эффектов.
Такое поведение согласуется с присутствием нескольких гидратных форм и не характерно для однородного чистого пентагидрата.
Получилась согласованная картина:
повышенное содержание воды + появление более гидратированных фаз + потеря свободной сыпучести.
Как образуется твёрдый монолит
Механизм можно представить следующим образом.
Избыточная вода вызывает частичное растворение поверхности частиц метасиликата.
На контактах между гранулами образуются тонкие жидкие мостики.
Затем вода перераспределяется или частично удаляется, а растворённый метасиликат снова кристаллизуется.
В результате между частицами формируются уже твёрдые кристаллические мостики.
Сначала появляются агломераты и комки.
По мере развития процесса отдельные участки соединяются между собой и материал способен перейти в практически монолитное состояние.
Можно ли просто раздробить материал
Механически разрушить слежавшуюся массу возможно.
Но это не означает восстановления исходного качества продукта.
После дробления:
- гидратный состав останется изменённым;
- исходная гранулометрия не восстановится;
- образуется повышенное количество пыли;
- материал может стать неоднородным;
- технологические свойства могут отличаться от исходных.
Для полного восстановления продукта потребовалась бы фактически его технологическая переработка: контролируемое обезвоживание, перекристаллизация или грануляция и повторный контроль качества.
Была ли причиной повреждённая упаковка
Исследовалась и упаковка.
По изученным участкам полимерного материала признаков прохождения жидкой воды через неповреждённый материал обнаружено не было.
Это означало, что наблюдаемое изменение нельзя автоматически объяснить простым попаданием воды через целую упаковку.
Практическое значение исследования
Для промышленного сырья химический состав — только одна часть качества.
Не менее существенны:
- гидратная форма;
- фазовый состав;
- влажность;
- сыпучесть;
- способность к дозированию;
- стабильность при хранении.
Исследование подобных дефектов позволяет установить, связано ли изменение товара с хранением, технологией производства, содержанием воды, изменением фазового состава или другими причинами.
FAQ
Почему метасиликат натрия слёживается?
Одним из механизмов является присутствие избыточной воды, частичное растворение поверхности частиц и последующая перекристаллизация с формированием твёрдых мостиков между гранулами.
Можно ли определить, какая гидратная форма присутствует в продукте?
Да. Для этого применяется рентгенофазовый анализ, а термический анализ помогает дополнительно оценить неоднородность гидратного состояния.
Если продукт раздробить, восстановится ли его качество?
Не обязательно. Дробление восстанавливает только возможность механического перемещения, но не исходный фазовый состав и гранулированную структуру.
Можно ли проверить, виновата ли упаковка?
Можно исследовать материал и его влагозащитные свойства, однако вывод распространяется только на фактически исследованные образцы упаковки.