Силикатная Промышленность Доклад Кратко

      Комментарии к записи Силикатная Промышленность Доклад Кратко отключены

Уважаемый гость, на данной странице Вам доступен материал по теме: Силикатная Промышленность Доклад Кратко. Скачивание возможно на компьютер и телефон через торрент, а также сервер загрузок по ссылке ниже. Рекомендуем также другие статьи из категории «Журналы».

Силикатная Промышленность Доклад Кратко.rar
Закачек 2015
Средняя скорость 3338 Kb/s
Скачать

Силикатная промышленность — это производство керамики, стекла, цемента из природных соединений кремния.

Керамика. Кирпич, кафель, глиняная, фаянсовая посуда, осколки древнегреческой амфоры — все это керамика (от греческого «керамон» — глина). Сырьем для производства керамических изделий являются глина и минеральные добавки. Глина состоит из мельчайших кристаллов минерала каолинита Аl2О3 • 2SiO2 • 2НО2. Процесс изготовления керамики сводится к следующему: подготовка сырья, формовка, сушка, обжиг. При подготовке сырья глину смешивают с водой. При этом образуется тестообразная масса, способная сохранять приданную ей форму. После сушки и обжига изделие приобретает камневидное состояние. Керамическое производство развивается в трех направлениях: строительная керамика, керамика для быта, техническая керамика (рис. 56).

Стекло. Состав обычного оконного стекла выражается формулой Na2O • CaO • 6SiO2. Стекло получают в специальных печах спеканием соды, известняка и белого песка. Схематично химизм процесса можно показать таким образом:

Стекло открыто очень давно. Еще в IV тысячелетии до н. э. в некоторых странах Востока умели выплавлять стекло. Это твердый аморфный хрупкий прозрачный материал. Переход из жидкого состояния в твердое происходит постепенно, это дает возможность прокатывать стеклянную массу в листы, выдувать из нее различные изделия, получать нити, листовое стекло (рис. 57).

Стекла могут быть различными по составу. Если заменить соду на поташ К2СО3, получают специальное тугоплавкое стекло, которое идет на изготовление химической посуды. Если же заменить известняк на оксид свинца (II) РbО, а соду на поташ, то получится хрусталь — стекло с высоким коэффициентом преломления. Добавляя в стеклообразную массу различные оксиды, можно придавать стеклу различную окраску: оксид кобальта (II) СоО — синюю, оксид хрома (III) Сr2O3 — ярко-зеленую, оксид марганца (IV) МnO2 — красновато-лиловую и т. д.

Лабораторный опыт. Ознакомление с видами стекла (работа с коллекцией «Стекло и изделия из стекла»).

Рассмотрите образцы стекла и выпишите характерные физические свойства.

Цемент. Сырьем для производства цемента являются глина и известняк. При их спекании происходит разложение известняка и образование силикатов и алюминатов кальция. Полученную массу (клинкер) перемалывают в зеленовато-серый порошок — портландцемент. При смешивании цемента с водой образуется тестообразная масса, которая со временем затвердевает. Происходит «схватывание» цемента.

Цемент — важный строительный материал, из него готовят бетон, железобетон. Бетон — смесь щебня или гравия, песка с цементом. Если в бетон ввести каркас из металлических стержней (стальная арматура), то получится железобетон. Бетон и железобетон в больших количествах идут на строительство гидроэлектростанций, плотин, сооружений, дорог, зданий.

Подготовьте сообщение на одну из следующих тем:
«История открытия стекла»;
«Изделия из стекла и керамики»;
«М.В. Ломоносов о пользе стекла»;
«Керамика. Строительные материалы из керамики»
«Цемент, бетон, железобетон».

§ 58. Силикатная промышленность

В природе кремний встречается исключительно в виде кислородных соединений: кремнезема и силикатов. В составе силикатов часто встречается третий по распространенности элемент после кислорода и кремния — алюминий. Такие силикаты называются алюмосиликатами. Строение алюмосиликатов сложно, поэтому их состав обычно выражают через окислы, соединением которых минерал образован. Например, состав полевого шпата выражается формулой K2O*Al2O3*6SiO2. При выветривании алюмосиликатов под действием воздуха и воды они разрушаются и получаются продукты, в состав которых вместо щелочных металлов входит водород. Таков, например, каолинит Al2O3*2SiO2*2H2O — главная составная часть глин. В природе встречаются белые, но еще чаще желтые глины, окраску которым придают примеси соединений железа.

Природные кремнезем, силикаты и глина служат сырьем для силикатной промышленности. Главными продуктами ее являются керамика, стекло и цемент.

Керамика (от греческого слова «керамон» — глина). Основным сырьем для производства керамики служит глина. Глины состоят из мельчайших и тончайших кристалликов (рис. 47).

Благодаря пластинчатой форме, они тесно, без промежутков, примыкают друг к другу. Поэтому глинистые почвы, в отличие от песчаных, не пропускают воду. При смешивании глины с небольшим количеством воды получается пластичное, т. е. способное сохранять приданную ему форму, тесто. Приданная форма сохраняется после высыхания и закрепляется затем посредством обжига. Изделия из глины, обожженные до камневидного состояния, называются керамическими. Керамика представляет один из древнейших искусственных и сейчас наиболее распространенных материалов в строительстве, повседневном быту и искусстве. Из белой глины изготовляют фарфоровые и фаянсовые изделия, глиняную посуду. Сформованные из глиняного теста изделия доводятся обжигом лишь до начала спекания, а не до плавления. Поэтому керамические изделия получаются пористые и влагопроницаемые. Для уничтожения пористости их покрывают глазурью — различными легкоплавкими составами, образующими на поверхности керамического изделия тонкий стекловидный слой.

Стекло. Стекло производится обычно из белого песка, известняка и соды посредством сплавления смеси их. При этом известняк и сода разлагаются с выделением двуокиси углерода, а образующиеся окислы металлов — натрия и кальция, соединяясь с двуокисью кремния, превращаются в силикаты:

Двуокись кремния берется в избытке. Поэтому готовое стекло представляет сплав силикатов натрия и кальция с кремнеземом. Примерный состав обычного оконного стекла можно выразить формулой Na2CaSi6O14, или как соединение окислов, Na2O*CaO*6SiO2.

Главное свойство всякого стекла-заключается в том, что оно переходит из жидкого в твердое состояние не скачком, а загустевает по мере остывания постепенно вплоть до полного затвердевания. На этом свойстве стекла основано стеклодувное дело, производство листового стекла и стеклянного волокна. Отбирая из ванны нужные порции остывающего, но еще полужидкого стекла, из него выдувают или прессуют всевозможные стеклянные изделия. Из стеклянной массы вытягивают с помощью машин листовое стекло (рис. 48) и стеклянные трубки.

Вводя в стекло вместо окислов натрия и кальция окислы других одно- и двухвалентных металлов, окисел бора, можно в широких пределах изменять свойства стекла. Так, при замене соды поташом (т. е. карбонатом калия) получают более тугоплавкое, чем обыкновенное, стекло для химической посуды. Если одновременно и окись кальция заменяется окисью сталь — стекло, сильно преломляющее свет и применяемое в оптике для изготовления линз, призм, а также для изготовления художественной посуды. Цветные стекла получают, вводя в исходную смесь соединения таких металлов, ион которых обладает заданной окраской.

Цемент. Важнейшим современным строительным материалом является цемент. Он производится путем прокаливания до начала спекания смеси из столь доступных природных материалов, как глина и известняк. Цемент получается в цилиндрических наклонных медленно вращающихся печах. Смесь загружается в верхний конец печи и, пересыпаясь, движется к нижнему концу навстречу потоку раскаленных газов — продуктов сгорания вдуваемого через форсунку топлива. При этом из известняка выделяется углекислый газ, из глины — вода, а остающиеся окислы кальция, алюминия и кремния образуют между собой соединения — силикаты и алюминаты кальция, составляющие цемент. Он перемалывается в порошок и упаковывается для изоляции от воды. При смешивании цемента с водой получается постепенно затвердевающее цементное тесто.

Для увеличения объема цемент смешивают непосредственно перед употреблением с песком или щебнем. Такая смесь называется бетоном, Прочность бетонных сооружений еще более возрастает, если в бетон вводится каркас из железных стержней. Железобетон широко применяется в капитальном строительстве для возведения заводских корпусов, плотин и других сооружений. В Программе Коммунистической партии Советского Союза записано: «Огромные масштабы капитального строительства требуют быстрого развития и технического совершенствования строительной индустрии и промышленности строительных материалов». Основу ее и составляют цемент, бетон и железобетон.

  1. Что такое силикатная промышленность, каковы ее сырье и основные продукты?
  2. На каких свойствах глины основано производство керамических изделий?
  3. Какие свойства цемента лежат в основе его применения?
  4. Изложите сущность производства: а) стекла, б) цемента.
  5. Что такое: а) бетон, б) железобетон?
  6. Напишите уравнения реакций, происходящих при варке стекла, когда в качестве исходных материалов берутся поташ К2СО3, окись свинца РbО и белый песок.
  7. В производстве строительного кирпича в СССР на втором месте после глиняного стоит силикатный кирпич, который готовится из белого песка и гашеной извести и представляет собой зерна кварца, сцементированные силикатом кальция. Напишите уравнение реакции, происходящей при изготовлении силикатного кирпича. Сильно прокалите в пробирке сухую глину. На основании проделанных при этом наблюдений составьте уравнение реакции, происходящей при обжиге керамических изделий.

Ученика 9 класса

Кремний и его соединения.
Кремний – ведущий современный полупроводниковый материал, который широко применяется в электронике, в электротехнике для изготовления интегральных схем, диодов, транзисторов, тиристоров, фотоэлементов и т. д. Технический кремний – легирующий компонент в производстве стали (например, трансформаторная сталь), а также в цветной металлургии (кремневые бронзы).
Природные соединения кремния обычно представляют собой производные не метакремниевой, а группы так называемых поликремневых кислот. Состав этих кислот в общем виде mSiO2. nH2O, где n и m целые числа. K природным силикатам относятся полевые шпаты, слюда, глины, асбест и др.

Наибольшее распространение в природе имеют силикаты, содержащие алюминий и называемые алюмосилиатами. К числу алюмосиликатов принадлежит слюда, ортоклаз и др.

Моноксид кремния – вещество темно-коричневого цвета. При высокой температуре в результате самоокисления- самовосстановления распадается на Si и SiO2 (реакция диспропорционирования). Вообще же SiO легко окисляется до SiO2. Используя эту реакцию, искусственно получают тончайшие кварцевые прозрачные покрытия – при обработке препаратов для электронной микроскопии, для поверхностных покрытий алюминиевых зеркал.

Если студень кремневой кислоты частично обезводить, то образуется твердая белая, очень пористая масса, обладающая большой адсорбционной способностью. Этот продукт под названием силикагеля имеет разнообразное применение в промышленности: для улавливания газов, водяных паров, для отчистки нефти, керосина. Наконец, крупнопористый силикагель – незаменимый носитель для многих катализаторов. При полном высушивании и прокаливании кремневой кислоты образуется кремневый ангидрид SiO2.

Глины характеризуются рядом свойств, которые учитываются при их промышленном использовании: пластичностью, воздушной и огневой усадкой, пористостью, огнеупорностью, спеканием, гидроскопичностью и набуханием, адсорбционными свойствами, связующей способностью, вспучиванием, зыбкостью и гидрофильностью. С учетом свойств и состава глин, обусловливающих их использование, можно выделить следующие группы: 1) каолины, 2) огнеупорные и тугоплавкие глины, 3) высокосорбирующие глины (отбеливающие), 4) легкоплавкие глины.

Каолины, точнее, первичные каолины, применяются большинством отраслей промышленности благодаря особенностям своего состава и набору свойств. Как правило, промышленностью используются обогащенные каолины, реже каолин-сырец.

Попутные продукты обогащения каолина – кварц и полевые шпаты. Главные потребители обогащенного каолина – бумажная и керамическая промышленности, а также резиновая, мыловаренная, огнеупорная, химическая. В меньшей степени он используется в парфюмерно-косметической и кабельной отраслях промышленности, а также при изготовлении клеенки, пластмасс, минеральных красок, карандашей, в производстве силумина (сплав Al 87%, Si 13%) и др. Каолин-сырец используется в цементной промышленности, при производстве полукислых огнеупоров. Каолин также идет на изготовление фарфоровых изделий.

Диоксид кремния — основа для получения кремния, производства обыкновенного и кварцевого стекла, а также необходимый компонент керамики и абразивных материалов.
Фарфоровые изделия широко применяют в химической, электротехнической промышленности, в химических лабораториях (фарфоровые тигли, чашки, ступки, стаканы и т. д.). В электротехнической промышленности фарфор применяют в качестве надежного изоляционного материала (фарфоровые изоляторы, «свечи» для автомобильных и авиационных моторов и т. д.).

Наиболее распространена глина, окрашенная соединениями железа в желтый цвет. Из нее готовят строительные кирпичи, кислото- и огнеупорные изделия, дренажные трубы, кровельную черепицу, гончарные изделия и т.д.

В виде песка SiO2 – давно известный строительный материал. Сырьем в цементном производстве служит смесь глины с известняком. Применяют и природный мергель (глинистый известняк), если он по составу удовлетворяет требованиям цементного производства. Такие мергели имеются у нас, например, в районе Новороссийска.
При 1400-1500* масса спекается с образованием сложных силикатов. Выходящий из печи спекшийся материал называют клинкером. Разломный клинкер упаковывают в бочки или мешки. Готовый продукт представляет собой тонкий серо-зеленый порошок.

Основная масс цемента состоит из сложных химических соединений кальция, магния, кремния, алюминия и железа. Состав этих веществ, представленных в виде соединений оксидов, следующий: 3CaO. SiO2, 2CaO.SiO2, 3CaO.Al2O3, 2CaO.Fe2O3. Кроме того, в цементе всегда в переменных количествах содержатся различные примеси.
Основной химический процесс при производстве цемента — спекание при 1200 — 1300 оС смеси глины с известняком, приводящий к образованию силикатов и алюминатов кальция.

При смешивании с водой происходит постепенная гидратация.

Если при замешивании цементной массы ввести в нее щебень, гравий и тому подобные материалы, то получится бетон. Если же бетоном прикрывают какую-либо основу (каркас) из железных прутьев, проволоки, стержней и т.д., то подобные конструкции называют железобетоном.

Железо и бетон хорошо сцепляются между собой, образуя прочную массу, не разрушающуюся при обычных изменениях температуры (коэффициенты объемного расширения железа и бетона почти одинаковы). Железобетон отличается механической прочностью, большим сопротивлению сжатию и разрыву (сам цемент хорошо выдерживает сжатие, но очень слаб на растяжение).

Композиция из цемента и асбеста (асбоцемент) – ценный материал для кровель. Асбоцементные крыши отличаются долголетием.

Бетон хорошо задерживает радиоактивные излучения и применяется для защиты от них. Цемент относится к числу так называемых вяжущих материалов. Это материалы, способные из жидкого или тестообразного состояния переходить в твердое, камневидное при обычной температуре.

Сырьем в стекольном производстве служат кремнезем SiO2 и силикаты щелочных и щелочноземельных металлов. Состав стекла в общем виде может быть представлен формулой: xЭ2О.уЭО.zSiO2, где Э2О – окисел щелочного металла (Na2O, K2O, Li2O и др.); ЭО — окисел щелочноземельного металла (СаО, MgO, BaO) и SiO2 – кислотный окисел (кремневый ангидрид). Окислы щелочной группы понижают вязкость и температуру плавления стекла, а также его твердость. Окислы щелочноземельной группы повышают химическую стойкость стекла, а окислы кислотной группы (SiO2, а иногда Al2O3, B2O3, P2O5 и др.) сообщают высокую термическую, химическую и механическую стойкость.

Производство стекла состоит из следующих процессов: подготовка сырьевых компонентов, получения шихты, варки стекла, охлаждения стекломассы, формования изделий, их отжига и обработки (термической, химической, механической).
Процесс стекловарения условно разделяют на несколько стадий: силикатоообразование, стекловарение, осветление, гомогенизацию и охлаждения («студку»).

Обыкновенное белое стекло получают сплавлением смеси соды Na2CO3 и мела CaCO3 с большим количеством кремнезема (белого песка) SiO2. Состав этого стекла может быть выражен формулой Na2O. CaO. 6SiO2.

Если вместо воды взять поташ K2CO3, то силикат натрия в стекле заменится на силикат калия K2SiO3. При этом получаются тугоплавкие стекла, состав которых может быть выражен формулой: K2O. CaO.6SiO2. Таким путем получают оконное стекло (так называемое бемское), бутылочное и вообще посудное стекло.

При замене окиси кальция окисью свинца PbO получают хрустальное стекло приблизительного состава K2O. PbO. 6SiO2. Свинцовые стекла сильно преломляют лучи света и отличаются блеском. Из них готовят хрустальную посуду, колбы для электроламп и пр.

Существует большое число сортов стекла, изготовляемых для разных целей: оптическое, термометрическое, увиолевое (проницаемое для ультрафиолетовых лучей; обычное стекло не пропускает эти лучи), различные жаростойкие стекла. Стекло является важным строительным материалом. Готовят ткани из стекла. Начинают широко применять стеклянные трубы (достоинство их: большая стойкость против корродирующих агентов). Жаростойкое стекло служит для изготовления кастрюль сковородок и т.д.

Обыкновенное бутылочное стекло окрашено в зеленый цвет солями двухвалентного железа. Цветные стекла получают введением в массу при плавлении различных добавок в мелкораздробленном состоянии. Так, закись кобальта CoO придает стеклу синюю окраску, закись меди Cu2O красную, окись хрома Cr2O3 ярко-зеленую окраску. Небольшие примеси в стекле в мелкораздробленном состоянии металлического серебра придают ему желтую окраску, а золота – красивую ярко-красную (рубиновое стекло) и т.д.

Силикаты калия и натрия растворяются в воде. В технике эти вещества называют
растворимыми стеклами. Их раствор называется жидким стеклом. Находит применение в мыловаренном производстве, в крашении, в производстве бумаги, а также для пропитки дерева и тканей с целью сообщения им несгораемости и стойкости против гниения.
Жидкое стекло – одно из важнейших неорганических клеящих веществ (адгезив). Это связано с тем, что силикат натрия находится в нем в виде макромолекул. Жидким стеклом пропитывают ткани и дерево для придания им огнестойкости; оно применяется для изготовления кислотоупорного цемента, силикатных красок и глазурей.

Почти все виды песка, образующие иногда пластины огромной мощности, состоят из кварца. Чистые прозрачные кристаллы кварца идут на изготовление линз и призм, пропускающих УФ-излучение. Для этих целей используется также кварцевое стекло. Пьезоэлектрические свойства кварца находят применение в приборах для генерации ультразвука. Из непрозрачного технического кварцевого стекла изготавливают крупногабаритную термо- и кислотную химическую аппаратуру, муфели для электрических печей. Особо чистое прозрачное кварцевое стекло применяется для изготовления труб, аппаратов и емкостей для полупроводниковой техники и радиоэлектроники.

Нетрудно понять, что в будущем применение силикатов станет еще большим. Металлов в земной коре не так уж много. Углерод, который служит основой органических полимеров и пластмасс, составляет всего лишь 0,1% земной коры по массе. Производство древесины ограничено скоростью прироста леса. А использование силикатов практически не ограничено ничем. По силикатному сырью, можно сказать, мы ходим. Правда имеется существенный недостаток у силикатных изделий. Они обладают большой хрупкостью, но этот недостаток в принципе преодолим. Ведь изобрели же японцы небьющийся фарфор. А на сковородках из мелкокристаллического стекла – ситалла еще двадцать лет назад жарили картошку. Прочность таких сковородок близка к чугунным, и бьются они значительно меньше, чем обычное стекло.

Впрочем, о силикатах можно говорить бесконечно. Сведений о них так много, что химия силикатов давно выделилась в большую самостоятельную отрасль химического знания.


Статьи по теме