Производство силикатных материалов

Силикатными материалами называются материалы из смесей или сплавов силикатов, полисиликатов и алюмосиликатов. Они представляют широко распространенную группу твердофазных материалов, то есть веществ, обладающих совокупностью свойств, которые определяют то или иное их практическое применение. Так как главным в этом определении материала является признак его применимости, то к группе силикатных материалов относят и некоторые бессиликатные системы, применяемые для тех же целей, что и собственно силикаты [13,14].

Силикаты — это соединения различных элементов с кремнеземом (оксидом кремния), в которых он играет роль кислоты. Структурным элементом силикатов является тетраэдрическая группа SiO^ с атомом кремния Si+4 в центре и атомами кислорода О 2 в вершинах тетраэдра, с ребрами длиной 0,26 нм. Тетраэдры в силикатах соединены через общие кислородные вершины в кремнекислородные комплексы различной сложности в виде замкнутых колец, цепочек, сеток и слоев. В алюмосиликатах, помимо силикатных тетраэдров, содержатся тетраэдры состава [АЮ4]5 с атомами алюминия А1+3, образующие с силикатными тетраэдрами алюминийкремнийкислородные комплексы.

В состав сложных силикатов помимо иона Si+4 входят катионы: Na+, К+, Са+2, Mg+2, Мп+2, В+3, Сг+3, Fe+3, А1+3, Ti+4 и анионы: О'2, ОН', F, СГ, SO4 2, а также вода. Последняя может находиться в составе силикатов в виде конституционной, входящей в кристаллическую решетку в форме ОН', кристаллизационной НэО и физической, абсорбированной силикатом.

Свойства силикатов зависят от их состава, строения кристаллической решетки, природы сил, действующих между ионами, и, в значительной степени определяются высоким значением энергии связи между атомами кремния и кислорода, которая составляет 450 - 490 кДж / моль. Большинство силикатов отличаются тугоплавкостью и огнеупорностью, температура плавления их колеблется от 770 °C до 2130 °C. Твердость силикатов лежит в пределах от 1 до 6 -7 ед. по шкале Мооса. Большинство силикатов малогигроскопичны и стойки к кислотам, что широко используется в различных областях техники и строительства.

Химический состав силикатов принято выражать в виде формул, составленных из символов элементов в порядке возрастания их валентности, или из формул их оксидов в том же порядке. Например, полевой шпат КгАЬБАбОи, может быть представлен как KAlShOs или КэО АЬОз'бБЮ?.

Все силикаты подразделяются на природные (минералы) и синтетические

  • (силикатные материалы). Силикаты - самые распространенные химические соединения в коре и мантии Земли, составляя 82 % их массы, а также в лунных породах и метеоритах. Общее число природных известных силикатов превышает 1500. По происхождению они делятся на кристаллизационные (изверженные) породы и осадочные породы. Природные силикаты используются как сырье в различных областях народного хозяйства:
    • 1) в технологических процессах, основанных на обжиге и плавке (глины кварцит, полевой шпат и др.);
    • 2) в процессах гидротермальной обработки (асбест, слюда и др.);
    • 3) в строительстве;
    • 4) в металлургических процессах.

Силикатные материалы насчитывают большое количество различных видов, представляют крупномасштабный продукт химического производства и используются во многих областях народного хозяйства.

Сырьем для их производства служат:

  • 1) природные минералы (кварцевый песок, глины, полевой шпат, известняк);
  • 2) промышленные продукты (карбонат натрия, бура, сульфат натрия, оксиды и соли различных металлов);
  • 3) отходы (шлаки, шламы, зола).

По происхождению силикаты делят на природные минералы и искусственные силикатные материалы (рисунок 19).

Классификация силикатов

Рисунок 19 - Классификация силикатов

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:

  • 1) воздушные (гипс, магнезит, воздушная известь);
  • 2) гидравлические (портланд-цемент, гидравлическая известь);
  • 3) кислотостойкие.

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. Это достигается тем, что для их затворения используют водные растворы силиката натрия, а в массу материала вводят кислотостойкие наполнители (диабаз, андезит).

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:

  • 1) затворение или образование пластической массы в виде теста или раствора смешением вяжущего вещества с соответствующим количеством воды или силикатного раствора;
  • 2) схватывание или первоначальное загустевание и уплотнение теста с потерей текучести и переходом в плотное, но непрочное соединение;
  • 3) твердение или постепенное увеличение механической прочности в процессе образования камневидного тела.

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

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >