The kinetics of volatilization of soda from sodium silicate melts

Abstract

Data on volatilization loss from 21 compositions in the range 11,8 to 54,8 % Na₂O at temperatures from 1100 to 1400 °C and for times up to 200 h are discussed. The data can be successfully described by a theoretical model which includes diffusion in the melt and a first order reaction at the surface. Values of reaction rate constant (A) are internally consistent in terms of composition and temperature dependence and fall in the range A = 2*10¯⁹ to 2*10¯⁴ cm * s¯¹ . Diffusivity (D) values show considerable scatter and some anomalies in composition and temperature dependence. Many of the anomalous results can be explained by allowing for the strong dependence of D on composition but some results remain difficult to Interpret. Values fall in the range D = 4*10¯¹⁰ to 2*10¯⁸ cm² * s¯¹ . Even after allowing for composition dependence, diffusivities for silica dissolution are about twenty times higher than for volatilization. The true significance of A and D for volatilization remains unclear.

Cinétique de la volatilisation d'oxyde de sodium à partir de la fonte de silicate de sodium Les données concernant les pertes par volatilisation obtenues à partir de 21 compositions renfermant de 11,8 à 54,8 % de Na₂O à des températures comprises entre 1100 et 1400 °C et pendant des durées allant jusqu'à 200 h sont discutées. Les données peuvent être décrites de manière satisfaisante en utilisant un modèle théorique qui tient compte de la diffusion dans la fonte et d'une reaction du premier ordre en surface. Les valeurs de la constante de vitesse de réaction A s'accordent bien entre elles en fonction du rapport entre la composition et la température et elles se situent dans le domaine compris entre A = 2*10¯⁹ et A = 2*10¯⁴ cm * s¯¹ . Les valeurs de la diffusibilité D témoignent d'une dispersion importante et de certaines anomalies de la relation température/composition. Bon nombre de ces anomalies peuvent s'expliquer par l'étroite dépendance de D par rapport à la composition; certains resultats restent cependant difficiles à expliquer. Les valeurs se situent entre D = 4*10¯¹⁰ et D = 2*10¯⁸ cm² * s¯¹. Même en tenant compte de la dépendance vis-à-vis de la composition, les diffusibilités correspondant à la dissolution de la silice sont environ vingt fois plus élevées que celles correspondant à la volatilisation. La signification reelle de a et de D dans le cas de la volatilisation reste obscure.

Zur Kinetik der Verflüchtigung von Natriumoxid bei Natriumsilicatschmelzen An 21 Natriumsilicatzusammensetzungen mit Na₂O-Gehalten zwischen 11,8 und 54,8 % werden die Verflüchtigungsraten bei Temperaturen zwischen 1100 und 1400 °C und Versuchszeiten bis zu 200 h untersucht. Die Ergebnisse können mit einem theoretischen Modell, das die Diffusion in der Schmelze und eine Reaktion ersten Grades an der Oberfläche berücksichtigt, gut beschrieben werden. Die Werte für die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante A sind in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und der Temperatur in sich konstant und liegen zwischen 2*10¯⁹ und 2*10¯⁴ cm * s¯¹ . Die Werte für den Diffusionskoeffizienten D weisen eine beträchtliche Streuung sowie einige Anomalitäten in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und der Temperatur auf. Viele der anomalen Ergebnisse können mit der großen Abhängigkeit von D von der Zusammensetzung erklärt werden; einige lassen sich eben nur schwer interpretieren. Die Werte für D liegen zwischen 4*10¯¹⁰ und 2*10¯⁸ cm² * s¯¹ . Selbst wenn man die Abhängigkeit von der Zusammensetzung berücksichtigt, sind die Diffusionskoeffizienten der SiO₂-Auflösung etwa 20mal größer als die bei der Verflüchtigung. Die genaue Bedeutung von A und D für den Vorgang der Verflüchtigung bleibt ungeklärt.