Типовые процессы технологии силикатных материалов

В производстве силикатных материалов используются типовые технологические процессы, что обусловлено близостью физико-химических основ их получения. В самом общем виде производство любого силикатного материала состоит из следующих последовательных стадий:

Сырье

Подготовка шихты

Формование изделия из шихты

Сушка изделия

Материал

Высокотемпера-турная обработка

Подготовка шихты нужна для обеспечения высокой интенсивности последующих процессов высокотемпературной обработки и состоит из обычных механических операций подготовки твердого сырья: измельчения, классификации, сушки, смешения компонентов.

Операция формования должна обеспечить изготовление изделия заданной формы и размеров, с учетом изменения их при последующих операциях сушки и высокотемпературной обработки. Формование включает увлажнение материала, и, в зависимости от назначения изделия, брикетирование или придание материалу определенной формы.

Сушка изделия проводится для сохранения изделием приданной ему формы перед и во время операции высокотемпературной обработки.

Высокотемпературная обработка изделия является заключительной стадией технологического процесса производства силикатных материалов и ставит целью синтез из компонентов шихты минералов определенной природы и состава. В зависимости от назначения и свойств получаемого материала высокотемпературная обработка заключается в обжиге или варке шихты. В процессе высокотемпературной обработки в шихте при повышении температуры последовательно протекают следующие процессы:

– удаление воды сначала физической, затем кристаллизационной;

– кальцинация компонентов шихты, т.е. выделение из них конституционной воды и оксида углерода (IV);

– полимерные превращения в компонентах шихты и перестройка их кристаллической решетки;

– образование новых химических соединений, их эвтектик и твердых растворов. На этой стадии компоненты шихты – карбонаты металлов, гидроксиды металлов и алюмосиликаты превращаются в кислотные оксиды: SiО₂, В₂О₃, Аl₂О₃, Fе₂О₃ и основные оксиды: Nа₂О, К₂О, СаО. МgО, вступающие в реакцию друг с другом;

– спекание компонентов шихты. Спекание может протекать в твердой фазе, при температуре ниже температуры плавления компонентов, или в жидкой фазе, при температуре выше температуры их плавления; во втором случае, вследствие диффузии, скорость процесса спекания значительно выше; на этом основано применение при высокотемпературной обработке плавней, т.е. веществ, понижающих температуру плавления шихты;

– охлаждение массы с образованием кристаллической и аморфной фаз.

Производство вяжущих материалов

Вяжущими материалами называются одно или многокомпонентные порошкообразные минеральные вещества, образующие при смешении с водой пластичную формующуюся массу, затвердевающую при выдержке в прочное камневидное тело. В зависимости от состава и свойств вяжущие вещества подразделяются на три группы: воздушные, гидравлические и кислотостойкие вяжущие материалы.

Воздушными вяжущими материалами называются материалы, которые после затворения водой твердеют и длительное время сохраняют прочность только на воздухе. Гидравлическими вяжущими материалами называются материалы, которые после затворения водой и предварительного затвердевания на воздухе продолжают твердеть в воде.

К кислотостойким вяжущим материалам относятся такие, которые после затвердевания на воздухе сохраняют прочность при воздействии на них минеральных кислот. (рис. 4)

Сырьем для производства силикатных материалов, используемых в качестве вяжущих, служат природные минералы - гипсовый камень, известняк, мел, глины, кварцевый песок, а также промышленные отходы – металлургические шлаки, огарок колчедана, шламы переработки нефелина.

Вяжущие материалы в строительстве применяются в форме цементного теста (вяжущий материал + вода), строительного раствора (вяжущий материал + песок + вода), бетонных смесей (вяжущий материал + наполнитель + вода).

Действие вяжущих материалов может быть разбито на три последовательных стадии:

– затворение или образование пластической массы в виде теста или раствора смешением вяжущего вещества с соответствующим количеством воды или силикатного раствора;

– схватывание или первоначальное загустевание и уплотнение теста с потерей текучести и переходом в плотное, но непрочное соединение;

– твердение или постепенное увеличение механической прочности в процессе образования камневидного тела.

Важнейшими видами вяжущих материалов являются портланд-цемент (гидравлический цемент) и воздушная (строительная) известь.