Силикатные материалы и изделия. Общие сведения. Понятие об автоклавной технологии. Производство силикатных материалов Силикат материал

Классификация силикатных материалов

Классификация силикатных материалов представлена на схеме 1:

Схема 1. Классификация силикатных материалов

Из природных силикатных материалов изготавливают облицовочную плитку и строительные блоки.

Искусственные силикатные материалы - гораздо более распространенные строительные материалы. Сырьем для производства искусственных силикатных материалов служат такие природные минералы, как кварцевый песок, глина, полевой шпат, известняк. Также в качестве сырья используют и отходы различных производств (рис. 2):

Рис. 2. Сырье для производства силикатных материалов

Производство силикатных материалов составляют силикатную промышленность. Рассмотрим сущность производства цемента, керамики и стекла.

Производство цемента

Силикатным вяжущим средством является портландцемент, который в быту называют просто цементом. Состав цемента можно отразить с помощью следующей формулы: .

Производство цемента включает две основные стадии: 1. производство клинкера; 2. измельчение клинкера. Основным сырьем для производства цемента являются глина, известняк и мел.

В состав известняка и мела входит карбонат кальция (СаСО3). Глина - это алюмосиликат. При обжиге смеси мела, известняка и глины сначала происходит испарение воды, затем разлагаются карбонат кальция и примеси:

На заключительной стадии происходит спекание оксидов кальция, алюминия и кремния, образуется однородная твердая масса - клинкер. При измельчении клинкера получается порошок, который и называется портландцементом.

Процесс затвердевания цемента объясняется тем, что алюмосиликаты, входящие в его состав, реагируют с водой с образованием каменистой массы.

При смешивании цемента с водой и речным песком получается цементный раствор. Смесь цементного раствора с гравием образует бетон. Бетонные сооружения получаются еще более прочными, если в бетон закладывают каркас из железных стержней. Такой строительный материал называется железобетоном.

Производство керамики

Основным сырьем для производства керамических изделий является глина. Изготовление этих изделий основано на свойстве глины при смешивании ее с небольшим количеством воды образовывать пластичную массу. Этой массе можно придать любую форму, которая сохраняется после ее высыхания и закрепляется посредством обжига при высокой температуре.

Керамические изделия подразделяются на пористые - фаянс, кирпич, огнеупоры - и спекшиеся - фарфор. Изделия из фаянса и фарфора специально покрывают глазурью. Для этого после обжига на поверхность изделия наносят смесь кварцевого песка и полевого шпата, после чего проводят повторный обжиг. Часто перед покрытием глазурью на посуду наносят рисунок.

Производство стекла

Сырьем для производства обычного стекла служат чистый кварцевый песок, сода и известняк. Эти вещества тщательно перемешивают и подвергают сильному нагреванию (до 1500 °С). Образовавшиеся силикаты натрия и кальция спекают с избытком речного песка:

Стекло не является индивидуальным веществом, это сплав нескольких веществ. Примерный состав обычного стекла можно выразить формулой . Если карбонат натрия заменить карбонатом калия, то получится более тугоплавкое стекло (химическое).

Если в качестве сырья берут поташ (карбонат калия), оксид свинца (II) и речной песок, то получают хрустальное стекло. Это стекло сильно преломляет свет и поэтому применяется в оптике для линз и призм. Из него изготовляют также хрустальную посуду.

Для получения цветных стекол к сырью добавляют оксиды различных металлов. При добавлении оксида кобальта (II) получают синее стекло. Оксид хрома (III) придает стеклу зеленый цвет, оксид меди (II) - сине-зеленый.

Список литературы

К атегория: Материалы для строительства

Силикатные материалы и изделия

Силикатные изделия представляют собой искусственный каменный материал, изготовленный из смеси извести, песка и воды, отформованный путем прессования под большим давлением и прошедший автоклавную обработку.

В строительстве широкое распространение получили силикатный кирпич; силикатный плотный бетон и изделия из него; ячеистые силикатные бетоны и изделия; силикатный бетон с пористыми заполнителями.

Силикатный кирпич прессуют из известково-песчаной смеси следующего состава (%): чистый кварцевый песок 92-94; воздушная известь 6-8 и вода 7-8. Подготовленную в смесителях известково-песчаную массу формуют на прессах под давлением 15-20 МПа и запаривают в автоклавах при давлении насыщенного пара 0,8 МПа и температуре примерно 175 °С.

При запаривании известь, песок и вода вступают в реакцию, в результате которой образуется гидросиликат кальция, цементирующий массу и придающий ей высокую прочность. Продолжительность цикла автоклавной обработки 10-14 ч, а всего процесса изготовления силикатного кирпича 16-18 ч, в то время как процесс изготовления обычного глиняного кирпича длится 5-6 сут.

Силикатный кирпич выпускается двух видов: одинарный размером 250 X 120 X 65 мм и модульный размером 250 X 120 X 88 мм. Объемная масса силикатного кирпича 1800-1900 кг/м3, морозостойкость не ниже Мрз 15, водопоглощение 8-16% по массе. По прочности при сжатии силикатный кирпич делится на пять марок: 75, 100, ’25, 150 и 200. По теплопроводности силикатный кирпич незначительно отличается от обычного- глиняного и вполне заменяет последний при кладке стен любых зданий, кроме стен, маледящнхея в условиях высокой влажности или подвергающихся воздействию высоких температур (печи, дымовые трубы). По цвету силикатный кирпич светло-серый, но может быть и цветным, окрашенным в массе введением в нее минеральных пигментов.

Изделия из плотного силикатного бетона. Мелкозернистый плотный силикатный бетон - бесцементный бетон автоклавного твердения на основе известково-кремнеземистых или известково-зольных вяжущих - получают по следующей технологической схеме: часть кварцевого песка (8-15%) смешивается с негашеной известью (6-10%) и подвергается тонкому помолу в шаровых мельницах, затем измельченное известково-песчаное вяжущее и обычный песок (75-85%) затворяют водой (7-8%), перемешивают в бетономешалках и затем смесь поступает на формовочный стенд. Отформованные изделия запаривают в автоклавах при температуре 175-190° С и давлении пара 0,8 и 1,2 МПа.

Изделия из плотного силикатного бетона имеют объемную массу 1800-2200 кг/м3, морозостойкость 25-50 циклов, прочность при сжатии 10-60 МПа.

Из плотного силикатного бетона изготовляют крупные полнотелые стеновые блоки, армированные плиты перекрытий, колонны, балки, фундаментные и цокольные блоки, конструкции лестниц и перегородок.

Силикатные блоки для наружных стен и стен во влажных помещениях должны иметь марку не ниже 250.

Изделия из ячеистого силикатного бетона. По способу образования пористой структуры ячеистые силикатные бетоны бывают пеносиликатные и газосиликатные.

Основным вяжущим для приготовления этих бетонов является молотая известь. В качестве кремнеземистых компонентов вяжущего и мелких заполнителей используют молотые пески, вулканический туф, пемзу, золу-унос, трепел, диатомит, трас, шлаки.

При изготовлении ячеистых силикатных изделий пластичную известково-песчаную массу смешивают с устойчивой пеной, прчго- товленной из препарата ГК, мыльного корня и др., или с газооб- разователями - алюминиевой пудрой, а затем смесь заливают в формы и подвергают автоклавной обработке.
Объемная масса пеносиликатных изделий и газосиликатных изделий 300-1200 кг/м3, прочность при сжатии 1-20 МПа.

По назначению ячеистые силикатные изделия делятся на теплоизоляционные объемной массой до 500 кг/м3 и конструктивно-теплоизоляционные объемной массой более 500 кг/м3.

Теплоизоляционные ячеистые силикаты находят применение в качестве утеплителей, а из конструктивно-теплоизоляционных силикатов изготовляют наружные стеновые блоки и панели, а также комплексные плиты покрытий здания.

Изделия из силикатного бетона на пористых заполнителях. В качестве вяжущего силикатного бетона на пористых заполнителях используют тонкомолотые известково-кремнеземистые смеси, а крупными заполнителями служат керамзит, пемза, поризованные шлаки и другие пористые легкие природные и искусственные материалы в виде гравия и щебня. После автоклавной обработки такие бетоны приобретают прочность при сжатии от 3,5 до 20 МПа при объемной массе от 500 до 1800 кг/м3 и из них в основном изготовляют блоки и панели наружных стен жилых и общественных зданий.

- Силикатные материалы и изделия

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 (И.В. Тананаев). 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.

Силикаты – это соединения различных элементов с кремнеземом (оксидом кремния), в которых он играет роль кислоты. Структурным элементом силикатов является тетраэдрическая ортогруппа 4- с атомом кремния Si 4+ в центре и атомами кислорода O 2- в вершинах тетраэдра, с ребрами длиной 2.6·10 -10 м (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 [ AlO 4 ] 5- с атомами алюминия Al 3+ , образующие с силикатными тетраэдрами алюминий-кремний-кислородные комплексы.

В состав сложных силикатов помимо иона Si 4+ входят: катионы: Na + , K + , Са 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , B 3+ , Cr 3+ , Fe 3+ , Al 3+ , Ti 4+ и анионы: О 2 2- , ОН - , F - , Cl - , SO 4 2- , а также вода. Последняя может находиться в составе силикатов в виде конституционной, входящей в кристаллическую решетку в форме ОН - , кристаллизационной Н 2 O 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. (Для связи С–О энергия составляет 314 кДж/моль). Большинство силикатов отличаются тугоплавкостью и огнеупорностью, температура плавления их колеблется от 770 до 2130 о С. 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 K 2 Al 2 Si 6 O 16 может быть представлен как КАlSi 3 О 8 или К 2 O·Аl 2 O 3 ·6SiО 2 .

Все силикаты подразделяются на природные (минералы) и синтетические (силикатные материалы). Силикаты – самые распространенные химические соединения в коре и мантии 3емли, 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:

В технологических процессах, основанных на обжиге и плавке (глины, кварцит, полевой шпат и др.);

В процессах гидротермальной обработки (асбест, слюда и др.);

В строительстве;

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

На рис. 11.1 приведена классификация силикатов.

Рис. 11.1. Классификация силикатов

По масштабам производства силикатные материалы занимают одно из первых мест. В табл. 11.1. представлены данные о производстве важнейших видов силикатных материалов в Российской Федерации.

Таблица 11.1

Производство силикатных материалов в Российской Федерации

Агрегатный индекс как форма общего индекса. Выбор весов при построении общих индексов. Индексы цен Г. Пааше и Э. Ласпейреса, их практическое применение.

Административная ответственность – это применение уполномоч органом или должност лицом админ наказания к лицу,совершившему админ правонаруш.

Ароматические углеводороды. Структурная формула бензола (по Кекуле). Химические свойства бензола. Получение и применение бензола и его гомологов.

Асбоцементные изделия. Свойства, разновидности, применение.

Ацетилен – представитель углеводородов с тройной связью в молекуле. Свойства, получение и применение ацетилена.

Б-12. Видеозапись как средство фиксации криминалистически значимой информации. Применение видеозаписи при производстве следственных действий.

Б9.6 Работы с применением автомобилей, грузоподъемных машин.

Силикатные блоки для наружных стен и стен во влажных помещениях должны иметь марку не ниже 250.

Силикатный кирпич применяется наряду с глиняным для кладки стен и столбов. Однако не рекомендуется применять силикатный кирпич марки ниже 100 для частей конструкций, подвергающихся в эксплуатационных условиях увлажнению и замораживанию. Кислоты также разрушают силикатный кирпич.

Силикатный кирпич не жаростойкий материал. При высоких температурах известь, содержащаяся в кирпиче в виде гидрата окиси кальция, переходит в окись кальция (известь-кипелку), которая при взаимодействии с водой снова начинает гаситься, увеличиваясь при этом в объеме и разрушая кирпич. Поэтому силикатный кирпич не применяют для кладки печей, труб и других конструкций, где возможно длительное воздействие высоких температур. Кратковременное воздействие температур до 350° силикатный кирпич выдерживает без разрушений.

Силикатные изделия в строительстве находят применение не только в виде кирпича или стеновых камней. Их с успехом применяют также в качестве материалов для наружной облицовки зданий, крупных стеновых блоков, плит перекрытий и др. В настоящее время разработаны способы получения Силикатных изделий, обладающих очень высокой прочностью при сжатии – до 1 000 кг/см2. Такая прочность позволяет выпускать силикатные изделия в виде плиток для пола, канализационных труб, черепицы, плит для покрытий.

Получение столь прочных силикатных материалов достигается добавкой в известково-песчаный раствор молотого песка. Молотый песок, обладая большей поверхностью и большей ее активностью, способствует более полному взаимодействию кремнезема песка с известью.

Плиты для облицовки зданий и крупные блоки изготовляются трамбованием, прессованием или вибрированием с последующей пропаркой в автоклавах.

Силикатные изделия, которые предназначены воспринимать в конструкции изгибающие нагрузки, выпускаются армированными сталью.

Классификация силикатных изделий
Силикатные изделия состоят из смеси различных силикатов и полисиликатов. Получаются они путем термической или термохимической переработки силикатного сырья. В зависимости от условий этой переработки и качества сырья образующиеся продукты и изделия имеют различный химический состав и обладают различными физическими свойствами. На основе условий получения и свойств силикатных изделий их в практике делят на три категории: керамика, стекло и вяжущие вещества.
Керамические изделия получаются спеканием измельченных смесей различных минералов и окислов при высоких температурах. В зависимости от степени спекания их делят на изделия: а) с пористым и б) со спекшимся черепком. К первой группе этих изделий относятся: кирпич, фаянс, кафель, черепица, терракота, гончарные изделия и различные огнеупоры (шамот, динас и т. п.). Вторую группу изделий составляют фарфор, кислотоупорные изделия для химической промышленности, тротуарные и облицовочные плиты и т. п. В зависимости от состояния поверхности керамических изделий их делят на два типа: глазурованные и неглазурованные. К глазурованным относятся такие изделия, которые имеют на поверхности тонкий слой сплавленной стеклообразной массы.
После обжига некоторых порошкообразных силикатов, алюмосиликатов и других веществ минерального происхождения образуются такие продукты, которые обладают вяжущими свойствами, т. е. в присутствии воды превращаются в прочную каменистую массу. Такие продукты называются вяжущими веществами.
Нагрев смесей силикатов до расплавления, с последующим охлаждением жидкости до затвердевания, дает различные сорта стекла.
Классификация стекла и вяжущих веществ приведена ниже (см. главы III и IV).

Применение силикатных изделий
В настоящее время трудно назвать такую отрасль народного хозяйства, где бы не применялись силикатные изделия. Особенно велико их значение в Советском Союзе в связи с развернувшимся широким строительством гидроэлектростанций, городов и различных промышленных сооружений. Наши стройки в больших количествах потребляют цемент, кирпич, облицовочные плиты, черепицу, канализационные трубы, стекло и различные природные строительные материалы.
Непрерывно растет производство важнейшего силикатного материала — цемента, что связано с широким развитием жилищного и промышленного строительства в Советском Союзе. По плану 1965 г. в нашей стране будет производиться до 84,6 млн. т цемента, что в 2,5 раза превысит уровень, достигнутый в 1958 г.
Широко применяются силикатные изделия в химической и металлургической промышленности: это различные огнеупорные материалы, применяемые для кладки печей, кислотоупорные изделия— в производстве кислот, керамические трубы — для подвода и отвода агрессивных газов и жидкостей и т. д.
Много потребляет силикатных изделий электро и радиопромышленность: фарфоровых изоляторов различных систем и размеров, керамических деталей для нагревательных приборов, фарфоровых и шамотных труб для электрических печей и т. д.
Широкое развитие приобрела в годы Советской власти промышленность оптического стекла, которой до революции у нас по существу не было. Оптическое стекло применяется в производстве разнообразных оптических приборов: микроскопов разных систем, биноклей, оптических пирометров и т. п.
Наконец, большое количество силикатных изделий применяется в быту: стеклянная, фарфоровая и фаянсовая посуда, предметы санитарно-гигиенической техники и т. д.