Natri hexafluorosilicat - Na₂SiF₆ - TQ- CN - 25kg - tính chất hóa – lý và ứng dụng công nghiệp

I. Tổng quan & Công thức

• Tên hóa học: Natri Hexaflorosilicat (Sodium Fluorosilicate)

• Công thức: Na₂SiF₆

• Cấu trúc: Tinh thể lục phương, cấu trúc giống với khoáng vật Hieratit. Gốc [SiF₆]²⁻ (hexafluorosilicate) có hình bát diện.

II. Tính chất vật lý quan trọng

1. Trạng thái & Màu sắc: Chất rắn kết tinh màu trắng, dạng bột mịn hoặc hạt.

2. Mùi: Không mùi.

3. Tỷ trọng: Khoảng 2.68 g/cm³.

4. Độ hòa tan trong nước:

   • Đặc điểm chính: Độ tan thấp ở nhiệt độ thường nhưng tăng đáng kể theo nhiệt độ. Đây là tính chất quan trọng cho ứng dụng.

   • Cụ thể: Khoảng 0.65 g/100ml nước ở 20°C; tăng lên ~2.5 g/100ml ở 100°C. Dung dịch có tính axit nhẹ (do thủy phân).

5. Độ tan trong dung môi khác: Hầu như không tan trong ethanol, acetone.

6. Nhiệt độ nóng chảy: Phân hủy trước khi nóng chảy hoàn toàn (xem tính chất hóa học).

7. Đặc điểm khác: Không hút ẩm mạnh (hygroscopicity thấp hơn so với NaF), tương đối ổn định trong không khí khô.

III. Tính chất hóa học quan trọng

1. Tính axit yếu: Dung dịch nước có pH axit (khoảng 4-5) do thủy phân:
   [SiF₆]²⁻ + H₂O ⇌ [SiF₅(OH)]²⁻ + HF ⇌ ... + H₃O⁺

   • Kết quả: Giải phóng một lượng nhỏ HF. Tính chất này rất quan trọng trong ứng dụng tẩy rửa và hoạt hóa bề mặt.

2. Phản ứng với kiềm mạnh: Bị phân hủy hoàn toàn thành silic đioxit và florua:
   Na₂SiF₆ + 4NaOH → 6NaF + SiO₂ + 2H₂O

3. Phản ứng với axit mạnh (đặc, nóng): Phân hủy giải phóng khí HF (nguy hiểm):
   Na₂SiF₆ + 4H⁺ (dư) → 2Na⁺ + SiF₄(g) + 4HF(g)
SiF₄ + 2HF → H₂SiF₆ (Axit Hexaflorosilicic, tan)

4. Nhiệt phân (Tính chất QUAN TRỌNG trong nhiệt luyện):
   Na₂SiF₆ → 2NaF + SiF₄(g)

   • Nhiệt độ bắt đầu: Khoảng 450°C.

   • Diễn biến: SiF₄ sinh ra có thể tiếp tục phản ứng:

     • Với hơi nước (trong khí lò): 3SiF₄ + 2H₂O → 2H₂SiF₆ + SiO₂

     • Với oxit kim loại (Al₂O₃, MgO trên bề mặt thép): Đây là cơ chế chính tạo lớp bảo vệ:
       4Al₂O₃ + 3SiF₄ → 4AlF₃ + 3SiO₂
2MgO + SiF₄ → 2MgF₂ + SiO₂

   • Sản phẩm rắn cuối cùng: Hỗn hợp NaF, AlF₃, MgF₂, SiO₂ tạo thành lớp "flux" nóng chảy hoặc lớp rắn bảo vệ.

5. Phản ứng với muối nhôm/magie: Trong dung dịch, tạo thành các florua kim loại kết tủa hoặc phức chất không tan (cơ sở cho ứng dụng trong xử lý nước).

IV. Ứng dụng công nghiệp (Đặc biệt nhấn mạnh ứng dụng trong lĩnh vực liên quan đến sản xuất thép)

1. Xử lý bề mặt kim loại (ĐÚC & NHIỆT LUYỆN THÉP - Ứng dụng CHỦ LỰC cho ông):

   • Làm sạch & Hoạt hóa bề mặt kim loại nóng chảy (Đúc): Thêm vào lớp phủ khuôn đúc (cát, ceramic) hoặc rắc lên bề mặt kim loại nóng chảy. Tính axit yếu và giải phóng HF tại chỗ giúp:

     • Tẩy oxit (FeO, MnO...): FeO + 2HF → FeF₂ + H₂O

     • Ngăn ngừa ôxy hóa bề mặt.

     • Giảm sức căng bề mặt kim loại lỏng, cải thiện tính chảy loãng, giảm khuyết tật bề mặt vật đúc.

   • Chất trợ chảy (Flux) trong nhiệt luyện (Ứng dụng QUAN TRỌNG): Đặc biệt dùng trong các quy trình như Thùng hoá cứng (Pack Carburizing), Ủ trong môi trường muối nóng chảy, hoặc Tôi.

     • Cơ chế: Khi nung nóng (>450°C), Na₂SiF₆ phân hủy sinh ra SiF₄ và NaF. SiF₄ phản ứng với oxit nhôm (Al₂O₃ - có sẵn trên bề mặt thép hoặc từ phụ gia khác như Al(OH)₃) hoặc oxit magie (MgO) để tạo thành các florua kim loại nóng chảy (AlF₃, MgF₂) và SiO₂.

     • Tác dụng:

       • Tạo lớp flux nóng chảy: Lớp này hòa tan và loại bỏ oxit bề mặt (scale, rust), tạo bề mặt sạch cực kỳ quan trọng cho quá trình thấm carbon, tôi, hoặc đơn giản là ngăn oxy hóa tiếp.

       • Tạo lớp bảo vệ: Lớp hỗn hợp rắn NaF/AlF₃/MgF₂/SiO₂ hình thành có thể bám chặt, ngăn cản ôxy không khí tiếp xúc với bề mặt thép trong suốt quá trình nhiệt luyện dài ở nhiệt độ cao.

       • Cải thiện độ thấm ướt: Giúp môi trường thấm (nếu có) tiếp xúc tốt hơn với bề mặt thép.

2. Sản xuất men thủy tinh, gốm sứ & chất trợ chảy cho thủy tinh:

   • Là nguồn cung cấp Natri và Silic đồng thời.

   • Chất đục (Opacifier): Tạo độ mờ đục cho men trắng (dạng tinh thể NaF hoặc CaF₂ được tạo ra trong quá trình nung).

   • Chất trợ chảy: Giảm nhiệt độ nóng chảy của men, giúp men chảy láng hơn.

3. Sản xuất Axit Hexaflorosilicic (H₂SiF₆): Nguyên liệu chính qua phản ứng với Axit Sulfuric đặc:
   Na₂SiF₆ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂SiF₆

   • H₂SiF₆ được dùng rộng rãi trong: Florua hóa nước uống, sản xuất AlF₃ (cho luyện nhôm), chất keo tụ trong xi măng, xử lý da...

4. Chất fluor hóa nước uống công cộng: (Ít phổ biến hơn NaF hoặc H₂SiF₆ do độ tan hạn chế, nhưng vẫn được dùng ở một số nơi).

5. Sản xuất các hợp chất Florua khác: Như NaF, CaF₂ (thông qua phản ứng trao đổi), AlF₃, MgF₂.

6. Bảo quản gỗ: Chất chống mối mọt, nấm mốc (tính độc của Florua).

7. Thuốc trừ sâu (lịch sử): Đã từng được sử dụng, nhưng hiện nay bị hạn chế rất nhiều do độc tính và tồn dư florua.

8. Chất keo tụ trong công nghiệp xi măng & bê tông: (Thường dùng H₂SiF₆ hơn).

V. Ưu điểm & Lưu ý trong công nghiệp (Đặc biệt cho lĩnh vực thép)

• Ưu điểm:

  • Hiệu quả cao trong làm sạch & tạo lớp bảo vệ bề mặt ở nhiệt độ cao, đặc biệt trong các môi trường muối nóng chảy hoặc thùng hoá cứng.

  • Tương đối ổn định, dễ bảo quản và vận chuyển (so với các hợp chất fluor dễ hút ẩm khác).

  • Giá thành hợp lý so với hiệu quả mang lại.

• Lưu ý & An toàn (RẤT QUAN TRỌNG):

  • Độc tính: Na₂SiF₆ có độc tính trung bình (LD50 đường miệng chuột ~125 mg/kg), nhưng nguy cơ chính đến từ việc giải phóng Axit Flohidric (HF) khi tiếp xúc với axit mạnh, ẩm ướt hoặc ở nhiệt độ cao. HF là cực kỳ NGUY HIỂM (ăn mòn mạnh, độc toàn thân, thấm sâu vào mô).

  • Thao tác: Bắt buộc sử dụng đầy đủ PPE (găng tay chống hóa chất, kính bảo hộ, mặt nạ phòng độc P2/P3 khi làm việc với bụi, tạp dề PVC). Làm việc trong khu vực thông gió tốt, đặc biệt là khi nung nóng.

  • Xử lý sự cố: Luôn có sẵn kem/gel khử HF (Ví dụ: Calcium Gluconate gel) tại khu vực làm việc. Biết rõ quy trình sơ cứu khi tiếp xúc HF (rửa ngập nước liên tục ít nhất 15 phút, bôi gel khử, gọi cấp cứu ngay lập tức).

  • Môi trường: Florua dư thừa có thể gây ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng sinh học. Tuân thủ nghiêm ngặt quy định xả thải.

  • Tương thích: Tránh tiếp xúc với axit mạnh và kiềm mạnh. Bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát.

Tóm lại cho ứng dụng trong Thép & Nhiệt luyện: Na₂SiF₆ là một chất trợ chảy và chất tạo lớp bảo vệ bề mặt rất hiệu quả trong các quá trình đúc, thùng hóa cứng, ủ trong muối và tôi, nhờ khả năng:

1. Làm sạch oxit bề mặt ở nhiệt độ cao (thông qua cơ chế giải phóng HF tại chỗ và tạo flux).

2. Tạo lớp bảo vệ chống oxy hóa bền vững (hỗn hợp NaF/AlF₃/MgF₂/SiO₂) trong suốt quá trình nhiệt luyện.

3. Cải thiện chất lượng bề mặt vật đúc và chi tiết nhiệt luyện.