48. Основы технологии силикатов

Силикатная промышленность разделяется на производство: керамики, огнеупоров, вяжущих, стекла и ситаллов. Методы производства схожи, складываются из однотипных операций. Чисто механические операции: дробление, помол, смешение твердых материалов при подготовке сырьевой смеси. Физико-химические процессы, происходящие при высокотемпературной обработке шихты (микрогетерогенной смеси исходных компонентов). Центральной стадией производства всей группы материалов, огнеупоров, вяжущих происходит за счет взаимодействия между твердыми веществами при температурах ниже температуры появления заметных количеств расплава, т.е. засчет протекания твердофазных реакций. Спекание – явление упрочнения и уплотнения исходных, относительно малосвязанных смесей зернистых компонентов, происходящее за счет физ-хим процессов переноса в-ва, развивающихся и протекающих с заметной скоростью при повышении температуры. Спекание приводит к уменьшению термодинамического потенциала системы: сокращение суммарной поверхности зерен, зарастания пор снижает поверхностную и полную энергию системы. Внешние признаки спекания: уменьшение размеров спекаемого тела—усадка, уменьшение пористости материала, упрочнение изделия. При производстве стекла и ситаллов шихту в процессе высокотемпературной обработки расплавляют, затем постепенно охлаждают до упруго-вязкого состояния и изготавливают изделия. Керамика – изделия, изготовленные из керамических масс с привлечением какого-либо метода формования с последующей сушкой и обжигом до спекания. Строительная керамика--кирпич, облицовочные материалы, производство тонкой керамики—фарфор и фаянс для различного применения, специальная керамика—пьезокерамика, кислотостойкая. Получают керамические изделия обжигом глины с различными добавками. 3(Аl2O3*2SiO2*2H2O) каолинит == 3Al2O3*2SiO2 муллит-основа керамики + 4SiO2 кварц + 6H2O Далее керамика может быть покрыта глазурью—тонкий слой стекловидного материала. Огнеупоры (часто относят к керамике) – материалы, которые сохраняют свои механические свойства при высоких температурах и предназначенные для постройки различных частей промышленных печей, топок и аппаратов, работающих в условиях высокотемпературного нагрева. Вяжущие – порошкообразные минеральные вещества, образующие при смешении с водой пластичную, удобную для формования массу, которая со временем затвердевает в прочное камневидное тело. Вяжущие вещества делятся на две группы 1) Воздушние вяжущие—сохраняют прочность только на воздухе (гипс СaSO4*CaO, CaSO4*H2O, известь строительная не гашеная СаО) 2) Гидравлические вяжущие—сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде (цемент—разное содержание CaO, Al2O3, SiO2, Fe2O3) Процесс затвердевания цемента 1) взаимодействие поверхностных частичек с водой 3CaO*SiO2 + 2H2O = 2 CaO*SiO2 + Ca(OH)2 2) схватывание—из содержащегося в цементном тесте раствора, насыщенного Са(ОН)2 выделяется гидроксид, обволакивая цементные зерна, превращает их в вязкую массу. 2CaO*SiO2 + H2O = 2CaO*SiO2*H2O +Q 3CaO*Al2O3 + 6H2O = 3CaO*Al2O3*6H2O +Q 3) кристаллизация—Са(ОН)2 укрупняется, уплотняет массу CaSiО3—нарастает механическая прочность. Стекла – представляют собой прозрачный аморфный материал, получаемый охлаждением расплавленных силикатов. Стекла можно рассматривать как переохлажденную жидкость. Подразделяется на архитектурно-строительное, бытовое (посудное и тарное), техническое (электровакуумное, светохимическое, оптическое, кварцевое, химико-лабораторное и медицинское, фотохромное, стекловокно), защитные—основа эмалек и глазурей, декоративные—окрашенные различными оксидами. Свойство силикатных расплавов образовывать стекла при охлаждении связано с наличием основного структурного элемента силикатов—тетраэдрической группы SiO4 способной образовывать трехмерные пространственные сетки. Ситаллы (закристаллизованные стекла)--занимают промежуточное положение между стеклом и керамикой. Для получения в расплавленное стекло вводят затравки-катализаторы. В результате в объеме стекла возникают центры кристаллизации, на которых происходит рост кристаллов основной формы. Бывают конструкционные и декоративные