Microsoft Word Ksi\271\277ka abstrakt\363w doc

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
186
T1: P–53 
Stabilization of kaolin suspensions with different sodium silicates 
 
Piotr Izak
1
, Longin Ogłaza
2
, Włodzimierz Mozgawa
1
, 
Joanna Mastalska-Popławska
1
, and Agata Stempkowska
3
 
 
1 
AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, 30-059 
Krakow, Poland, e-mail: [e-mail] 
2 
Rudniki S.A. Chemical Plant, 42-240 Rudniki by Częstochowa, Poland 
3 
AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, 30-059 
Krakow, Poland 
 
 
Main purpose of the work was to explain the phenomena occurring during the stabilization of 
ceramic slurries based on kaolin using aqueous sodium silicates (received with the same technology) 
with the silicate moduli in the range of 1.74–3.25. Analysis of MIR (Fig. 1) and NMR spectroscopic 
studies enabled to link stabilization mechanisms with the silicate structures occurring in different 
aqueous sodium silicates. Based on rheological measurements, it was also determined which aqueous 
sodium silicate possessed the best fluidization properties. 
 
Fig.1. Comparison of ATR spectra of the selected aqueous sodium silicates. 
 
 
Aqueous  sodium  silicates,  depending  on  the  silicate  modulus,  can  form  various  structures  that 
have  different  fluidization  properties  of  the  ceramic slurries. Moreover,  these  properties  depend  on 
the type of  the alkali  metal and the alkali concentration. The  best  stabilization results  of the kaolin 
slurries can be obtained by using aqueous sodium silicates of silicate moduli 2–2.5. Aqueous sodium 
silicates  of  the  moduli  smaller  than  2  precipitate  free  silica  in  the  suspension  and  increase  the 
alkalinity  of  ceramic  slurry  while  those  larger  than  2.5  create  independent  silicate  micelles,  co-
existing with the dispersed clay grains, what results in deterioration in the fluidization of the ceramic 
suspension. 
 
To  test  the  effect  of  medium  (water)  on  the  formation  of  silicate  structures  in  aqueous  sodium 
silicates,  samples  of    sodium  silicates  with  D
2
O  were  prepared  (Mk=2.05–2.08).  Rheological 
calculation, i.a. work of the thixotropic structure destruction, confirmed that D
2
O, due to its structure, 
produces  stronger  hydrogen  bonds  and  reduces  ion  exchange  than  normal  water.  This  leads  to  an 
increase in  the  amount  of silicate micelles with  polymeric structures  that form a separate dispersed 
fraction  (thixotropy  index  determined  in  the  suspension  in  D
2
O  for  Mk=  2.08  was  1.05  and  for 
identical composition in H
2
O, 0.87). 
 
These studies should be helpful in the design of new casting slurries used in the ceramic industry, 
as well as in the understanding of the silicate fluidizers structure and the mechanisms of stabilization 
of the ceramic slurries. 
 
Keywords: aqueous sodium silicates; silicate modulus; kaolin clay 

---

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
 
187
T1: P–54 
Chemically bonded phosphate ceramics based on sodium silicates and 
its derivatives 
 
Joanna Mastalska-Popławska
1
, Matteo Pernechele
2
, Tom Troczynski
2
, 
Piotr Izak
1
, and Zuzanna Góral
1
 
 
1 
AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. 
Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland; e-mail: [e-mail] 
2 
University of British Columbia, Faculty of Applied Science, 309-6350 Stores Road, Vancouver V6T 
1Z4, BC, Canada 
 
 
The chemically bonded phosphate ceramic (CBPC) technology chemistry is based on acid-
base reaction between a supersaturated solution of sparsely soluble oxide  or an oxide mineral, 
for example calcined magnesium oxide (MgO) at a pH=10.4, and a solution of phosphoric acid 
or an acid phosphate at a very low pH:  
 
 
 
 
 
 
   H
3
PO
4
 + MgO + 2 H
2
O → MgHPO
4
·3H
2
O        
 
 
 
 
(1) 
During  formation  of  chemically  bonded  phosphate  ceramics,  in  first  step,  acid  phosphate  is 
dissolved or phosphoric acid is dissociated. Released hydrogen ions (H
+
) facilitates dissociation 
of the oxide, for example: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MgO → Mg(aq)
2+
 + O
2–
           
 
 
 
 
 
(2) 
 
The  cations  and  anions  in  solution  neutralize  each  other  and  new  compound,  for  example 
magnesium  hydrogen  phosphate  (MgHPO
4
)  is  produced.    Water  ends  up  as  the  crystallization 
water (bound water) and the reaction products form insoluble phosphate ceramic products [1, 2].  
Based on the literature data, we chose one formulation in which silicate mineral, i.e. pure silica, 
was  replaced  by  sodium  water  glass  with  silicate  modulus  in  the  range  of  1.74–3.25  or  silica 
obtained  from  filters  residues  enriched  i.e.  with  iron  oxide  (Fe
2
O
3
)  and  silicon  carbide  (SiC). 
Additionally, some fire retardants, such as aluminum hydroxide (Al(OH)
3
·nH
2
O),  and sodium 
phosphate dibasic (Na
2
HPO
4
), were added to the samples. 
 
Morphology analysis of the SEM microphotographs (Fig. 1) for the sample with aluminum 
hydroxide  and  sodium  water  glass  with  the  silicate  modulus  Mk=2.5  revealed  the  presence  of 
glassy  phase  with  white  inclusions  which  in  this  case  may  be  aluminates  derivatives  or 
aluminum phosphates [3, 4]. MIR and XRD studies confirmed these suppositions.  
 
 
Fig. 1. SEM microphotographs of the sample containing aluminum hydroxide 
and sodium water glass with the silicate modulus Mk=2.5. 
 
Keywords: CBPC; silicate modulus; sodium water glass. 
 
References  
[1]  A.S. Wagh, Recent Progress in Chemically Bonded Phosphate Ceramics, ISRN Ceramics 1 (2013) 1. 
[2]  A. J. Rao. K. R. Pagilla, A. S. Wagh, J. Air Waste Manage. 50 (2000) 1623. 
[3]  D.  dos  Santos  Tavares,  L.  de  Oliveira  Castro,  G.  D.  de  Almeida  Soares,  G.  Gomes  Alves,  G.  M. 
Granjeiro, J. Appl. Oral Sci. 21 (2013) 37. 
[4]  J. Płaska, Synthesis and properties of the selected titanium phosphates and titanates, PhD Thesis ZUT 
Szczecin (2010) (in Polish). 

---