Роль силикатной промышленности в народном хозяйстве

БрГУ

Кафедра химии

Реферат на тему

Роль силикатной промышленности в народном хозяйстве.

Выполнил:

Студент V курса

Биологического факультета

Сп. «Химия и биология»

Пепеляев Станислав

Брест

План.

1.     Силикаты в природе.

2.     Основные области применения соединений кремния в народном хозяйстве.

1.1     Строительные материалы.

1.1.1         Кирпич.

1.1.2         Цемент.

2.2.  Изделия широкого потребления.

2.2.1.        Фарфор.

2.2.2.        Стекло.

3.      Заключение.

4.      Список литературы.

1. Силикаты в природе.

Природные силикаты образовались в основном из расплавленной магмы. Предполагается, что при затвердевании магмы из нее сначала выкристаллизовывались силикаты, более бедные кремнеземом -ортосиликаты, затем после израсходования катионов выделялись силикаты с высоким содержанием кремнезема - полевые шпаты, слюды и, наконец, чистый кремнезем. Силикаты - сложные кремнекислородные соединения в виде минералов и горных пород, занимают определяющее место в составе земной коры (80% по В.И.Вернадскому). А если добавить природный оксид кремния - кварц, то кремнекислородные соединения образуют более 90% массы земной коры и практически полностью слагают объем Земли. Силикатные минералы являются породообразующими: такие горные породы, как гранит, базальт, кварцит, песчаник, полевой шпат, глина, слюда и другие, сложены силикатными и алюмосиликатными минералами. Абсолютное большинство силикатных минералов является твердыми кристаллическими телами, и только незначительное количество минералов находится в аморфном состоянии (халцедон, опал, агат и др.) или в коллоидно-дисперсном состоянии: глины, цеолиты, палыгорскит и др. Каждый минерал, как известно, обладает совокупностью физических и химических свойств, которые всецело определяются его кристаллической структурой и химическим составом.

Кристаллические структуры силикатов многообразны, но основу их составляют комбинации атомов самых распространенных элементов - Si (кремния) и O (кислорода).

Координатное число кремния 4. Таким образом, каждый атом кремния находится в окружении четырех атомов кислорода. Если соединить центры атомов кислорода, то образуется пространственная кристаллическая структура - тетраэдр, в центре которого находится атом кремния, соединенный с четырьмя атомами кислорода в вершинах. Такая группировка называется кремнекислородным радикалом [SiO] . Химическая связь Si-O-Si называется силоксановой, природа связи - ковалентная, энергия связи Si-O очень высока и равняется 445 кДж/моль.

Поскольку устойчивое координатное число кремния равно 4, силикатные структуры полимерны. Они представлены различными типами структур - островной, кольцевой, цепочечной или слоистой, каркасной.

Состав и строение главных породообразующих минералов определяют их свойства, а, следовательно, и поведение в массивах горных пород при различных механических, физических и физико-химических воздействиях в естественных условиях залегания и при проведении горных работ. Таким образом, химия силикатов является одним из главных моментов при проектировании и технологии проведения горных работ. Кроме того, многочисленные силикатные минералы и породы широко используются как сырьевые материалы в различных технологических производствах, например, в высокотемпературных процессах (обжиг, спекание, плавление) при производстве:

1)     цемента (глины, карбонаты, мергели);

2)     глазурей, стекол (полевые шпаты, пегматиты, нефелины, и другие  алюмосиликаты, циркон);

3)     легких заполнителей и

4)     огнеупоров, керамических изделий (глины, каолины, силлиманиты, циркон);

5)     форстеритовых огнеупоров (дуниты, оливиновые минералы, тальк, асбестовые отходы);

6)     фарфора (глины, каолины и др.);

7)     изоляторов (тальк);

8)     каменных материалов (глины).

Группа силикатов используется без обжига в качестве:

1)     адсорбентов для очистки газов и вод (бентонитовые глины, цеолиты);

2)     компонента буровых растворов (бентонитовые высокодисперсные глины);

3)     наполнителя при производстве бумаги, резины (каолины, тальк);

4)      драгоценных камней (изумруд, топаз, цветные турмалины, хризотил, голубые аквамарины и др.).

2.  Основные области применения соединений кремния в народном хозяйстве.

Как видно из вышеописанного большая часть силикатов используется в основном в строительстве. Также нельзя приуменьшать роль соединений кремния в таких отраслях промышленности, как производство товаров широкого потребления (посуды, стеклоизделий и т.д.), и ювелирной промышленности.

2.1. Строительные материалы.

Производство строительных материалов - одно из самых важных и многотоннажных производств, поэтому оно заслуживает более пристального внимания.

2.1.1. Кирпич.

         Кирпич является самым древним строительным материалом. Хотя вплоть до нашего времени широчайшее распространение имел во многих странах необожённый кирпич-сырец, часто с добавлением в глину резанной соломы, применение в строительстве обожженного кирпича также восходит к глубокой древности ( постройки в Египте, 3-2-е тысячелетие до н.э. ). Особенно важную роль играл кирпич в зодчестве Месопотамии и Древнего Рима, где из кирпича (45х30х10) выкладывали сложные конструкции, в том числе арки, своды и т.п. Ярким примером использования кирпичного строительства в России времён Иоанна 3 стало строительство стен и храмов Московского Кремля, которым заведовали итальянские мастера. “... и кирпичную печь устроили за Андрониковым монастырём, в Калитникове, в чём ожигать кирпич и как делать, нашего Русскаго кирпича уже да продолговатее и твёрже, когда его нужно ломать, то водой размачивают. Известь же густо мотыками повелели мешать, как на утро засохнет, то и ножем невозможно расколупить.” До 19-го века техника производства кирпича оставалась примитивной и трудоёмкой. Формовали кирпич вручную, сушили только летом, обжигали в напольных печах-времянках, выложенных из высушенного кирпича-сырца. В середине 19-го века были построены кольцевая обжиговая печь и ленточный пресс, обусловившие переворот в технике производства кирпича. В это же время появились глинообрабатывающие машины бегуны, вальцы, глиномялки. В наше время более 80% всего кирпича производят предприятия круглогодичного действия, среди которых имеются крупные механизированные заводы, производительностью свыше 200млн. шт. в год.

         Как следует из Большой Советской Энциклопедии, “строительный кирпич - искусственный камень правильной формы, сформированный из минеральных материалов и приобретающий камнеподобные свойства после обжига или обработки паром. По виду исходного сырья и по способу изготовления различают силикатный кирпич (известково-песчянный ), получаемый автоклавным способом, и глиняный обожженный ( обыкновенный и лицевой ).”

         Для производства обыкновенного строительного кирпича применяют всевозможные простые сорта легкосплавных песчанистых глин, а иногда и мергелистые глины, не содержащие вредных примесей грубых камней, известковых “ дутиков”, колчедана, гипса, крупных включений органических веществ и т.п.

         При небольших производствах разработку глины производят вручную, а при больших часто применяют экскаваторы и механические лопаты, что также зависит от свойства глины, характера её залегания и т.д. Разработку очень плотных залежей глины производят взрывным способом.

         При производстве строительного кирпича подготовка глины производится одним из следующих способов. Глину, подаваемую с карьера, сбрасывают в творильные бетонированные ямы, где она послойно разравнивается, заливается водой и оставляется на 3-4 дня. Затем глину подают сначала в склад или непосредственно на завод для переработки на машинах. По другому способу глину непосредственно с карьера подают на завод к дробильной и увлажняющей машине. В целях получения более однородной массы глину подвергают выветриванию и вымораживанию в невысоких ( около 1м высотой и 2м шириной ) на открытом воздухе. Способ обработки сырья зависит от его характера и рода изделия.

         Для выделения камней из глины применяют иногда камневыделительные вальцы. Эти вальцы одновременно перерабатывают глину как гладкие вальцы. Камни подводятся к одному концу вальцов спиралями и по желобу выбрасываются.

         Во многих случаях качество глины таково, что она может непосредственно поступать в ящичный питатель ( бешикер ), состоящий из 2-4 отделений, в зависимости от числа смешиваемых сортов глины ( жирной и тощей ). У выходного отверстия питателя помещается вращающийся вал с насаженными на него кулаками или подвижная грабля, которые подают подошедшую к выходному отверстию питателя глину, частично разбивают попадающиеся на пути куски и сбрасывают глину под бегуны. Под бегунами глина хорошо размалывается и продавливается через дырчатую тарелку бегунов ( величина отверстий около 3 мм. ). В бегуны нередко подбрасывают бракованный сырец . Иногда между питателем и бегунами ( большей частью при производстве черепицы ) устанавливается увлажняющий шнек, куда поступает необходимое количество воды. Добавка воды к массе часто производится во время обработки её бегунами. В этом случае применяют так называемые мокрые бегуны.

         Глина из-под бегунов проходит одну или две пары гладких вальцов и поступает в кирпичный ленточный пресс, который соединяют с резательным аппаратом. Проволока резательного автомата отрезает кирпич от глиняной ленты и мгновенно отходит обратно. Отрезанный кирпич попадает ( на ребро ) на подкладочные деревянные рамы, движущиеся на 2-3 см. ниже глиняной ленты. Так как скорость движения рам несколько больше, чем глиняной ленты, то между отрезанными кирпичами образуются промежутки, необходимые при последующей сушке. После расфасовки по рамам, сырец подаётся в сушильную камеру. По заполнении камера плотно запирается и обогревается.

         Сушка кирпича производится в сушилах следующих типов с естественной сушкой, с искусственной и комбинированной. Естественные способы применяются главным образом, при небольшой производительности завода. Естественная сушка довольно продолжительна и при большом объёме производства не вполне рентабельна, так как требуется много складского пространства и успех работы в значительной степени зависит от погоды. Для искусственной сушки применяют тепло отработанного пара, остывающего обожженного кирпича, а в некоторых случаях тепло дымовых газов. Нагретый воздух ( 350-400 С ) отсасывается из обжиговой печи эксгаустром и подаётся в сушильную камеру. Благодаря постепенному подъёму температуры, в закрытой сушильной камере с течением времени образуются испарения воды без заметного движения воздуха. Это весьма благоприятно влияет на сушку кирпича, особенно из чувствительных к режиму сушки глин в первый период. Сырец нагревается во влажном воздухе и преждевременного высыхания его поверхности не происходит, а влага равномерно испаряется из всей массы сырца. Для обеспечения равномерности тяги и работы в печи устанавливают вентиляторы. Газы продуктов горения используются для сушки сравнительно реже, т.к. они действуют разрушающим образом на дерево и железо. Их следует пропускать по трубам или каналам под полом сушилки.

         Высушенный кирпич при помощи различного рода подъёмников и вагонеток подаётся в печь для обжига. Обжиг кирпича обычно производится в кольцевых печах или “ зиг-заг “, а в последнее время в туннельных печах. Данная операция производится при температуре от 900 до 1000 градусов. При получении же так называемого “железняка” обжиг производится до начала спекания. В зависимости от состава глины и часто от степени обжига изделия получают различную окраску: при нормальном обжиге - красную, при слабом - розовую, при сильном - темно-красную. Имеются также глины, богатые известью, придающие кирпичу желтую или розово - желтую окраску. Хороший стеновой кирпич должен иметь матовую поверхность ( не стекловидную ), при ударе давать звонкий, ясный звук, не иметь трещин на лицевых сторонах ( ложковой и тычковой ), раковин и внутренних пустот. Он должен иметь однородный излом, быть достаточно пористым и лёгким.

         Кроме обыкновенного строительного кирпича вырабатываются ещё так называемые фасонные сорта: лекальные (для кладки круглых дымовых труб и сводов), клиновые, карнизные и т.п. Кроме того, делают пустотелые и фасонные кирпичи и легковесные кирпичи, которые получили широкое применение в строительстве.

         Облицовочный кирпич (лицевой, фасонный) изготовляется из чистых однородных глин, обладающих повышенной вязкостью и имеющих раннее спекание, с интервалом не менее 100-200 градусов. Глины должны быть свободны от крупных включений и не содержать растворимых солей. Облицовочный кирпич может быть полнотелым или пустотелым и изготовляется как пластическим, так и полусухим способом. Фактура на лицевой поверхности кирпича достигается с помощью приспособленных к мундштуку валиков с обработанной рельефом поверхностью или путём допрессовки сырца в подвяленном состоянии. Облицовочный кирпич применяется, главным образом, для облицовки фасадов зданий (декорирования окон, дверей, карнизов и пр., изготовляется разных профилей.

         Легковесный пористый кирпич применяется для возведения стен и как заполнитель каркасных зданий. Отличается от обычного строительного кирпича меньшей теплопроводностью. Он изготовляется из смеси глины с древесными опилками, торфом или другими органическими материалами, которые при обжиге выгорают и оставляют в массе кирпича поры. Для изготовления легковесного кирпича применяют жирные чистые глины, не содержащих посторонних включений. Технология производства в основном аналогична технологии производства обычного строительного кирпича.

 Сухой способ производства строительного кирпича не требует устройства специальных дорогостоящих сушильных установок, так как отпрессованный кирпич, не подвергаясь сушке, непосредственно или после вылеживания в течении суток поступает в обжиговую печь. При производстве кирпича методом сухого прессования используют тощие глины. В процессе производства принимают участие прессы ударного действия, рычажные и револьверные. Обжиг происходит в печах типа гофманских и реже “зиг-заг”, а также в туннельных печах с небольшим сечением обжигательного канала, чтобы избежать значительных перепадов температур. Температура обжига колеблется от 950 до 1100 градусов и редко выше.

2.1.1.Цемент.

Цемент применяется для получения бетона, а также для скрепления кирпичей при строительстве. Наиболее широко применяемой разновидностью цемента является портландцемент.

Портландцемент - важнейший гидравлический вяжущий материал, имеющий широкое применение в строительстве. Портландцементом называется продукт тонкого помола цементного клинкёра, который получают обжигом до спекания искусственной смеси (известняка, мела, глины, и др.) или природного сырья надлежащего состава, обеспечивающих в цементе преобладанием силикатов кальция. При измельчении клинкёра вводят добавки: 1.5-3.5% гипса (в перерасчете на ангидрид серной кислоты SO3) для регулирования сроков схватывания, до 15% активных минеральных добавок - для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

К основным техническим свойствам портландцемента относят - плотность и объёмную насыпную массу, тонкость помола, сроки схватывания, равномерность изменения объёма цементного теста и прочность затвердевшего цементного раствора.

Плотность цемента находится в пределах 3.0-3.2 г/см3, объемная насыпная масса в рыхлом состоянии составляет 900-1100 кг/м3 и до 1700 кг/м3 - в уплотнённом.,

Тонкость помола характеризует степень измельчения цемента и устанавливается ситовым анализом (просеиванием через определённые сита). Более точный характеристикой степени измельчения цемента является его удельная поверхность, т.е. поверхность всех зёрен, содержащихся в 1 г цемента. Тонкость помола в значительной степени влияет на прочность цементного камня. Чем более тонко измельчён цемент (до известного предела), тем выше прочность цементного камня.

Страницы: 1, 2