Dissolution of a citric acid-hypersoluble silicophosphate glass of agrochemical importance

Abstract

In order to determine the dissolution mechanism and the influence of the concentration of organic ligands on the dissolution rates of a Si-Ca-Mg-P glass, experiments were performed under static conditions at 40°C, from 1 h to 3 d, in citric acid solutions of various concentrations. Parallel runs in HCl and 0.1 mol/l citric acid were performed at the same initial pH value (pH = 2.3) in order to understand the part played by protons in the dissolution mechanisms. Reacted surfaces were characterized by SEM and XPS. Leachate compositions were analyzed by ICP-AES. The studied glass is soluble in HCl and hypersoluble in citric acid solutions, the dissolution being rapidly completed after only several hours. The presence of free SiO₄ tetrahedra revealed by Raman investigations on the unaltered glass may explain the enhanced solubility in citric acid solutions through formation of a highly soluble citrate-silica species.

Zur Bestimmung des Auflösungsmechanismus und des Einflusses organischer Liganden auf die Auflösungsgeschwindigkeit eines Glases aus dem System Si-Ca-Mg-P wurden Versuche unter statischen Bedingungen bei 40°C für die Dauer von 1 h bis 3 d in unterschiedlich konzentrierten Zitronensäurelösungen durchgeführt. Parallelversuche in HCl und 0,1 mol/l Zitronensäure bei gleichem Ausgangs-pH-Wert von 2,3 sollten zum Verständnis über die Rolle der Protonen beim Auflösungsmechanismus beitragen. Während die korrodierten Oberflächen mit Hilfe von SEM und XPS untersucht wurden, erfolgte eine Analyse der Zusammensetzung der Auslaugungsprodukte mit Hilfe der ICP-AES. Das untersuchte Glas ist löslich in HCl und besonders leicht löslich in Zitronensäurelösung, wobei die Auflösung sehr rasch, schon nach wenigen Stunden, beendet ist. Das Vorliegen freier SiO₄-Tetraeder, das durch Raman-Untersuchungen am unveränderten Glas festgestellt wurde, kann die verstärkte Löslichkeit in Zitronensäurelösung als Folge der Entstehung einer hochlöslichen Zitrat-Kieselsäure-Spezies erklären.