Силикатная промышленность

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

по теме: «Силикатная промышленность»

Силикатная промышленность состоит из трех производств:

а) производство керамики;

б) производство стекла;

в) производство цемента.

Силикатной промышленностью производятся:

Керамика

Строительные материалы (канализационные трубы, дренажные трубы,

облицовочные плиты, кирпичи).

Предметы быта (фаянсовая и фарфоровая посуда, глиняная посуда, статуэтки и др.).

Строительные материалы:

Дренажные и канализационные трубы применяются в мелиорации почв, строительстве мостов, дорог. Вы их видели при въезде в Красный Ключ со стороны Бондарева (это хорошо известные детям населенные пункты).

Облицовочные плиты применяются для облицовки стен кухонь, ванных комнат. Облицовочные плиты использовали и для облицовки печей во дворцах богатых вельмож.

Кирпичи необходимы для кладки печей и домов. Раньше все кирпичные дома были однотипными. Сейчас есть возможность строить дома и коттеджи по индивидуальному проекту.

Предметы быта:

Глиняная посуда, горшки были у разных народов: алебастровая посуда - у древних египтян; "краснофигурные и чернофигурные" амфоры - у древних греков и гжельская у посуда - у русских.

Древние хакасы тоже умели делать посуду из глины. Это знаменитые кыргызские вазы с широким горлом и своеобразным узором. Они были найдены при раскопках курганов.

Фарфор впервые был изготовлен в Китае. Способ его производства держали в секрете. Фарфоровая посуда - тонкая, при постукивании издает нежный звук. Ею украшались залы дворцов и замков богатых вельмож.

Керамика:

Из керамики люди изготовляли и статуэтки. В одной из стоянок древних людей на Енисее, при выходе реки из Саянских гор, обнаружена древнейшая статуэтка человека, выполненная из обожженной глины. Она изготовлена около 13 тысяч лет назад. Это самая древняя статуэтка, найденная на территории бывшего Советского Союза.

Перейдем теперь к производству изделий силикатной промышленностью.

Стекло:

1. Обыкновенное стекло.

Сырье: сода Na2CO3, чистый кварцевый песок SiO2, известняк CaCO3.

Сырье тщательно перемешивается и нагревается до 15000 С. Песок берется в избытке.

t0

Na2CO3 + SiO2 R Na2SiO3 + CO2-

t0

CaCO3 + SiO2 R CaSiO3 + CO2-.

Силикат натрия и силикат кальция сплавляются с песком. Получается стекло - Na2O . CaO . 6SiO2.

Из обыкновенного стекла изготавливают оконное стекло, стаканы, бутылки, банки и т.д.

2. Химическое стекло.

Сырье: поташ K2CO3, известняк CaCO3, кварцевый песок SiO2 в избытке.

t0

K2CO3 + SiO2 R K2SiO3 + CO2-

t0

CaCO3 + SiO2 R CaSiO3 + CO2-.

цемент стекло силикатный

Получается тугоплавкое химическое стекло (демонстрируется химическая посуда).

3. Хрустальное стекло.

Сырье: K2CO3 - поташ, PbO - оксид свинца (II), SiO2 - песок.

Получается тяжелое стекло с большим коэффициентом преломления света. Применяется для изготовления линз и художественной посуды (демонстрируется посуда).

4. Кварцевое стекло.

Сырье: чистый кварцевый песок. Песок расплавляют, придают форму. Накаленная добела кварцевая посуда в холодной воде не трескается. Такую посуду используют в лабораториях, в электрических ртутных лампах.

5. Стекловолокно - тонкие стеклянные нити - получается путем вытягивания расплавленного стекла через мелкие отверстия. Стекловолокно прочное на разрыв. Ткани из этого волокна негорючи, обладают тепло-электрозвукоизолирующими свойствами, химически стойки. Применяются для изоляции.

6. Стеклопластика получается из стекловолокна и пластмасс. Она в 3-4 раза легче стали, но не уступает ей по прочности. Стеклопластикой можно заменить дерево и металл. Применяется в автомобильной, авиационной, судостроительной промышленностях.

Получение стекол разной формы:

Стекло - вязкая масса, густеет постепенно.

Поэтому:

а) оконное стекло получают - выплавлением;

б) зеркало - прокатом;

в) бутылки, банки, елочные игрушки, фужеры - выдуванием;

г) пуговицы - прессованием.

Из стекла также получают бусы, бисер.

Цемент:

Сырье: известняк CaCO3, глина Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O.

Устройство наклонных цилиндрических печей для обжига смеси с известняком при производстве цемента.

Длина печи более 200 м, а в поперечнике - около 5 м. В процессе обжига печь медленно вращается, исходные вещества постепенно движутся к нижней части, навстречу потоку раскаленных газов (принцип противотока) - продуктов сгорания поступающих в печь газообразных или твердого пылевидного топлива.

При этом происходят сложные химические процессы. Простейшие из них:

t0

Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O R Al2O3 · 2SiO2 + 2H2O.

t0

CaCO3 R CaO + CO2-

CaO + SiO2 R CaSiO3.

Образовавшиеся в результате реакций вещества спекаются в виде отдельных кусков. После охлаждения их размалывают до тонкого порошка. Так получается портланд-цемент.

В зависимости от состава изготавливают разные сорта цемента: быстротвердеющий, расширяющийся, морозостойкий, жаропрочный.

Основными строительными материалами являются: цемент, бетон, шлакобетон, железобетон.

Бетон - смесь щебня, песка, цемента. Необходимо добавить воду и смешать. Через несколько минут смесь начинает твердеть.

Шлакобетон - смесь цемента со шлаком.

Железобетон - бетоном заливают каркас из железных стержней.

Стекло.

Производство стекла

История стекла уходит в глубокую древность. Известно, что в Египте и Месопотамии его умели делать уже 6000 лет назад. Вероятно, стекло начали изготавливать все же позже, чем первые керамические изделия, так как для его производства требовались более высокие температуры, чем для обжига глины. Если для простейших керамических изделий было достаточно только глины, то в состав стекла необходимо минимум три компонента.

Главный потребитель стекла в настоящее время -- строительная индустрия. Больше половины всего вырабатываемого стекла приходится на оконное для остекления зданий и транспортных средств: автомашин, железнодорожных вагонов, трамваев, троллейбусов. Кроме того, стекло используют в качестве стенового и отделочного материала в виде пустотелых кирпичей, блоков из пеностекла, а также облицовочных плиток. Примерно треть производимого стекла идет на изготовление сосудов различного типа и назначения. Это прежде всего стеклянная тара -- бутылки и банки. В большом количестве стекло расходуется на изготовление столовой посуды. Стекло пока незаменимо для производства химической посуды. В довольно большом количестве из стекла изготавливают вату, волокно и ткани для тепловой и электрической изоляции.

В стекловарении используют только самые чистые разновидности кварцевого песка, в которых общее количество загрязнений не превышает 2--3 %. Особенно нежелательно присутствие железа, которое даже в ничтожных количествах (десятые доли %) окрашивает стекло в зеленоватый цвет. Если к песку добавить соду Na2CO3, то удается сварить стекло при более низкой температуре (на 200--300°). Такой расплав будет иметь менее вязкий (пузырьки легче удаляются при варке, а изделия легче формуются). Но такое стекло растворимо в воде, а изделия из него подвергаются разрушению под влиянием атмосферных воздействий. Для придания стеклу нерастворимости в воде в него вводят третий компонент -- известь, известняк, мел. Все они характеризуются одной и той же химической формулой -- СаСОз.

Основным сырьем для производства стекла является сода. Сода - сырье относительно дорогое и имеющее огромный спрос со стороны различных отраслей народного хозяйства. Поэтому в качестве источника Na2O при варке стекла используют также природный минерал Na2SO. Однако в этом случае варка стекла требует более высоких температур. Кроме того, в шихту необходимо вводить уголь для восстановления серы в соответствии с уравнением

2Na2SO + С 2Na2O + 2SO2 + СО2

При варке стекла первым плавится оксид щелочного металла, после чего в этом расплаве начинают растворяться зерна кварца и известняка, вступая в химическое взаимодействие. Поэтому чем больше в стекле оксидов щелочных металлов, тем при меньших температурах оно плавится.

В настоящее время варка стекла проводится при температуре 1400--1500°С в течение нескольких часов. Процесс варки стеклоделы делят на три стадии: провар шихты, осветление (удаление «мошки» и «свилей»), студка -- осторожное охлаждение.

Мошкой стеклоделы называют мелкие пузырьки газа, распределенные по всей массе стекла. Ее удаление из жидкой массы производят «бурлением» при помощи деревянной чурки или обыкновенного сырого картофеля. Помещенные в жидкое стекло, они дают обильное выделение газов, которые и очищают от мошки всю массу. Ее наличие в изделиях считается браком. Мошка особенно недопустима в оптических стеклах.

Стекольным свилем называют нитеобразные потоки, подобные тем, которые можно наблюдать в процессе растворения сахара в воде при медленном перемешивании. Свиль -- это видимая граница двух соседних участков стекольной массы. Наличие свилей свидетельствует о плохой перемешанности стекольной массы при варке, т. е. о его низком качестве.

Охлаждение стекла, а точнее изделия из него проводят медленно, чтобы избежать в нем напряжений. При быстром охлаждении стекла поверхностные слои тела затвердевают и могут иметь температуру, близкую к комнатной, а внутренние части, вследствие низкой теплопроводности, могут иметь температуру до 1000 °С. Поскольку внутренние части при охлаждении сжимаются, а наружные уже не уменьшаются в размере, в них возникают высокие поверхностные сжимающие напряжения. Внутренние слои, наоборот, испытывают высокие растягивающие напряжения. Такое стеклянное тело называют «закаленным». Закаленное стекло обладает высокой механической прочностью. Однако у него есть и недостатки. При нарушении поверхностного слоя (например, нанесение царапины), т. е. при нарушении сжимающих и растягивающих сил, закаленное стекло разлетается вдребезги.

При медленном охлаждении стеклянного тела растягивающие и сжимающие напряжения не возникают. Такое стекло называют «отожженным». Мелкие изделия, например столовая посуда, отжигаются (охлаждаются) в течение нескольких часов. Крупные и прецизионные изделия, например линзы астрономических объективов диаметра 1 м и более, отжигаются в течение нескольких месяцев.

Окраску стекла осуществляют введением в него оксидов некоторых металлов или образованием коллоидных частиц определенных элементов. Так, золото и медь при коллоидном распределении окрашивают стекло в красный цвет. Такие стекла называют золотым и медным рубином соответственно. Серебро в коллоидном состоянии окрашивает стекло в желтый цвет. Хорошим красителем является селен. В коллоидном состоянии он окрашивает стекло в розовый цвет, а в виде соединения CdS * 3CdSe -- в красный. Такое стекло называют селеновым рубином. При окраске оксидами металлов цвет стекла зависит от его состава и от количества оксида-красителя. Например, оксид кобальта (II) в малых количествах дает голубое стекло, а в больших -- фиолетово-синее с красноватым оттенком. Оксид меди (II) в натрий-кальциевом стекле дает голубой цвет, а в калиево-цинковом -- зеленый. Оксид марганца (II) в натрий-кальциевом стекле дает красно-фиолетовую окраску, а в калиево-цинковом--сине-фиолетовую. Оксид свинца (II) усиливает цвет стекла и придает цвету яркие оттенки.

Бутылочное стекло низкого сорта, как правило, имеет окраску, которая зависит от присутствия в нем ионов Fe 2+ и Fе3+. Стекольное сырье трудно очищается от железа и поэтому в дешевых сортах оно всегда присутствует. Ионы Fe2+ хорошо поглощают лучи света с длиной волны примерно 600 ммк (желтые и красные) и, следовательно, окрашивают стекло в дополнительный голубой цвет. Ионы Fe3+ поглощают лучи с длиной волны 500 ммк (синие и фиолетовые), окрашивая стекло в желтоватый цвет. Важно отметить, что ионы Fe2+ в области видимого света имеют удельное поглощение, примерно в 10 раз большее, чем ионы Fe3+. Поскольку в стекле одновременно содержатся как ионы Fe2+, так и ионы Fe3+, они и придают стеклу зеленоватую окраску (бутылочный цвет).

Окрашенное стекло иногда предохраняет содержимое бутылок от нежелательного фотохимического воздействия. Поэтому окраску бутылочного стекла иногда специально усиливают.

Одним из важнейших свойств стекла является прозрачность. Однако в ряде случаев стеклу специально придают непрозрачность путем его «глушения». Это процесс, в результате которого стекло становится непрозрачным. Вещества, способствующие помутнению стекла, называют глушителями. Глушение происходит вследствие распределения по всей массе стекла мельчайших кристаллических частиц. Они представляют нерастворившиеся частицы глушителя или частицы, выделившиеся из жидкой массы при охлаждении стекла. Эти частицы обычно прозрачны, но их показатель преломления отличается от показателя преломления стекла. Поэтому падающий на них луч отклоняется от прямолинейного направления и стекло перестает быть прозрачным. В далеком прошлом в качестве глушителей стекла использовали костяную муку, содержащую фосфат кальция Са3(РO4)2, а также оксиды олова SnO, мышьяка Аs2O3 и сурьмы Sb2О3. В настоящее время для этой цели применяют криолит Na3[AlF6], плавиковый шпат CaF2 и другие фторидные соединения.

Сильно заглушенное стекло (белого цвета) называют молочным. Для его изготовления чаще всего используют криолит. Молочное стекло используют главным образом для изготовления осветительной арматуры.

Технология получения листового стекла в основном базируется на двух способах: Фурко и Флоат.

В 1902 году Эмиль Фурко разработал метод машинной вытяжки стекла. При этом способе стекло вытягивается из стекловаренной печи в виде непрерывной ленты через прокатные валки, поступает в шахту охлаждения, где режется на отдельные листы. На сегодняшний день в Европе метод Фурко практически не применяется, его вытеснил более совершенный Флоат-метод.

Флоат-метод был разработан в 1959 году фирмой <Пилкингтон>. При этом процессе, стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг. Преимуществами этого метода по сравнению со всеми предыдущими является:

- стабильная толщина стекла

- высокое качество поверхности стекла, не требующее дальнейшей полировки

- отсутствие оптических дефектов в стекле

- высокая производительность

Наибольший размер получаемого стекла, как правило, составляет 5000-6000 мм х 3210 мм, а толщина листа может быть от 2 мм до 25 мм.

Флоат-метод позволяет придавать стеклу некоторые необходимые свойства на стадии его производства. Ассортимент выпускаемого в настоящее время стекла настолько широк, что может привести в замешательство неподготовленного потребителя. Некоторые сорта стекла выпускаются под собственными именами. Для того, чтобы сориентироваться в этом многообразии и сделать правильный выбор необходимо четко представлять, в каких условиях будет эксплуатироваться то или иное стекло. Так, например, использование тонированного в массе стекла, с коэффициентом пропускания меньше чем 50 % в качестве облицовочного фасадного остекления не рекомендуется. Поскольку в жаркий солнечный день панели из него могут нагреваться до температуры 80-90 оС и выше, что создает большие температурные напряжения, которые могут привести к разрушению панели со всеми вытекающими отсюда последствиями. В этом случае необходимо применение специальных закаленных, армированных и ламинированных стекол.

В России наблюдается повсеместное увлечение тонированным (имеющим различную окраску стеклом) остеклением. В Европе от данной моды отказались. Это связано со многими причинами. Одна из них отмечалась выше, вторая заключается в том, что сильно отличающиеся от природного спектральный состав освещения пагубно влияет на самочувствие людей. При большой степени остекления, люди, находящиеся внутри помещения, теряют чувство времени, и у них ухудшается зрение.

Итак, выбор стекла должен определяться не только эстетическими соображениями, но и оптико-энергетическими характеристиками остекления и его биологическим воздействием.

Размещено на Allbest.ru