11. Стойкость силикатных материалов к действию кислот и щелочей.

Взаимодействие силикатных материалов с электролитами, как уже отмечалось, определяется их химическим составом.

Подавляющее большинство современных силикатных материалов, используемых для химзащитных работ, квалифицируется как кислотостойкие материалы. Это обусловлено преимущественным содержанием в них кремнезема SiO₂ – кислотного оксида. Кислоты не действуют на него, причем, чем выше концентрация кислоты, тем выше химическое сопротивление материала. Исключение здесь составляют плавиковая кислота (HF) и концентрированная фосфорная кислота при высоких температурах. Растворы плавиковой кислоты любой концентрации действуют как на аморфный кремнезем, так и на кристаллический. Процесс взаимодействия выражается двумя уравнениями:

SiO₂ + 4 HF →SiF₄ + 2 Н₂О (17.19)

SiO₂ + 4 HF → Н₂SiF₆ + 2 Н₂О (17.20)

Скорость этих реакций возрастает с повышением концентрации кислоты и температуры.

Горячая фосфорная кислота энергично действует на все разновидности кремнезема с образованием кристаллического фосфата кремнезема SiO₂Р₂О₅.

Как кислотный оксид, SiO₂ взаимодействует с основаниями. Наибольшей агрессивностью обладают едкие щелочи NaOH и КОН.

Кислотостойкость силикатных материалов возрастает с увеличением содержания SiO₂ и падает при уменьшении его количества. Увеличение содержания основных оксидов и солей ведет к снижению кислотостойкости и увеличению стойкости к действию щелочей.

Помимо степени насыщения силикатных материалов металлическими оксидами, их химическая стойкость зависит и от природы силикатообразующего оксида. Чем более химически активен металлический оксид, тем менее химически стойкий силикат он образует. Поэтому химическая стойкость силикатов растет от Ме₂ОSiO₂ через МеО•SiO₂ к Ме₂О₃•SiO₂.

Исходя из активности силикатообразующих оксидов, силикаты группы МеО•SiO₂ располагаются по степени возрастания их химической стойкости в следующий ряд: PbO•SiO₂, BaO•SiO₂, CaO•SiO₂, MgO•SiO₂, ZnO•SiO₂,

FeO•SiO₂, MnO•SiO₂.

Стойкость силикатных материалов к действию кислот или оснований определяется не только химическим составом, но и их структурой, что целесообразно рассмотреть в последующих разделах.

Бетоны на основе портланд цементов (строительные бетоны) не стойки к действию кислот из-за их взаимодействия с Са(ОН)₂ и другими составляющими цементного камня. Образующиеся продукты реакции вымываются из бетона, если они растворимы, или остаются в его порах в виде рыхлой массы. Скорость коррозии бетонов возрастает с увеличением концентрации кислоты, растворимости получаемых продуктов, скорости движущегося потока.

Строительные бетоны сильно разрушаются под действием соляной, азотной, серной, уксусной кислот. Менее агрессивные слабые растворы фосфорной и кремнефтористоводородной кислот (<1%) из-за малой растворимости кальциевых солей. В этом случае скорость коррозии зависит от толщины и плотности слоя этих солей, образовавшихся на поверхности бетона.

Высокой кислотостойкостью обладают специальные кислотоупорные бетоны на основе жидкого натриевого (Na₂SiO₃) или калиевого стекла (К₂ SiO₃) с кислотостойкими наполнителями.