Силикаты Промышленный способ получения стекла План

Силикаты Промышленный способ получения стекла

План

Ввдение
1. Силикаты

2. Силикатными материалами
3. Промышленный способ получения стекла
Заключение
Список литература

Ввдение
Силикатными материалами называются материалы из смесей или сплавов силикатов, полисиликатов и алюмосиликатов. Силикаты – это соединения различных элементов с кремнеземом( оксидом кремния), в которых он играет роль кислоты. Структурным элементом силикатов является тетраэдрическая ортогруппа [SiO₄]^-4 c атомом кремния Si⁺⁴ и атомами кислорода О^-2 в вершинах тетраэдра, с ребрами длиной 0,26нм. Тетраэдры в силикатах соединены через общие кислородные вершины в кремнекислородные комплексы в виде замкнутых колец, цепочек, сеток и слоев. В алюмосиликатах, помимо силикатных тетраэдров, содержатся тетраэдры [ AlO₄]^-5 c ат.Al⁺³.

В состав сложных силикатов входят еще катионы:Na+,K+.Ca++,Mg++,Mn++,B⁺³,Cr⁺³,Fe⁺³,Al⁺³,Ti⁺⁴ и анионы: O₂ ^–2,OH-,F-,Cl-,SO₄ –², а так же вода.
Большинство силикатов отличаются тугоплавкостью и огнеупорностью, температура плавления их колеблется от 770 до 2130 0 С. Хим. Состав силикатовов принято выражать в виде формул,сост. Из символов их молекул, составленных в порядке возрастания их валентности, или из формул их оксидов:полевой шпат K₂Al₂Si₆O₁₆.
Все силикаты подразделяются на природные(минералы) и синтетические(силикатные материалы) Синтетические делятся на: вяжущие вещества, керамику, бессиликатные материалы, стекла, ситаллы. Природные силикаты исп. В разл. Областях народного хозяйства: В технологических процессах, основанных на обжиге и плавке( глина, кварцит, полевой шпат и др.); в процессах гидротермальной обработки( асбест, слюда и т. д.); в строительсрве; в металлургических процессах.
Сырьем для производства силикатных материалов служат природные минералы( кварцевый песок, глины, полевой шпат, известняк), промышленные продукты( карбонат натрия, бура, оксиды и соли разл. Металлов) и отходы( шлаки, Шламы, зола).
В производстве силикатных материалов используются типовые технологические процессы, что обусловлено близостью физико-математических основ их получения. Схема стадий :
Сырье- подготовка шихты- формирование изделия из шихты-сушка изд. – высоко темпер. Обработка – материал.
Подготовка шихты нужна нужна для обеспечения высокой эффективности последующих процессов высокотемпературной подготовки и состоит из обычных механических операций подготовки твердого сырья : измельчения, классификации, сушки, смешения компонентов.
Операция формования должна обеспечить изготовление изделия данной формы и размеров, с учетом изменения их в последующих операциях сушки и высокотемпературной обработки. Формование включает увлажнение шихты, придание материалу определенной формы.
Сушка проводится для сохранения изделием приданной ему формы перед и во время время операции высокотемпературной обработки., которая является заключительной стадией производства силикатных материалов. Высокотемпературная обработка заключается в обжиге или варке шихты( изделия). Процессы высокомолекулярной обработки: 1) удаление воды, сперва физической, затем кристаллизационной;2)кальцинирование, т. е выделение из компанентов шихты воды иCO₂.;3) компаненты шихты- карбонаты металлов, гидроксиды металлов и алюмосиликаты превращаются в кислотные оксиды:SiO2,B2O3mAl2O3,Fe2O3 и основные оксиды:Na₂O,K₂O,CaO,MgO, вступающие в реакцию друг сдругом; 4)спекание компанентов шихты. Оно может протекать в тв. Фазе, при температуре ниже температуры плавления, или в жидкой фазе, при температуре выше температуры плавления. Во втором случае, вследствие процесса диффузии скорость процесса выше; 5)охлаждение массы с образованием кристаллической и аморфной фаз.
Производство керамики.Керамические материалы – поликристаллические материалы и изделия из них, полученые спеканием глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидов металлов и других тугоплавких соединений. Классификация: По составу- кислородосодержащие(силикатные), бескислородные( карбидные, нитридные, боридные, силицидные); По применению: строительные, огнеупоры, тонкая керамика, спец. Керамика; по степени спекания- пористые(кирпич, огнеупоры,санфаянс), спекшиеся( фарфор, специальная керамика); по состоянию поверхности- глазурованные и неглазурованные. Сырье для производства должно обладать свойством спекаемости- свойство порошкообразного материала образовывать при нагревании поликристаллическое тело- черепок. Сырье- глины.кварцевый песок, карбонаты кальция и магния.
Технологический процессп производства кирпича- 2 варианта: пластический метод и полусухой. Шихта, содержащая 40-50% глины, 50% песка и до 5% оксида железа, поступает на прессование в ленточный пресс( пластич . метод) или в механический пресс, работ . под давлением 10-25 мПа( полусухой метод.). Сформированный кирпич направляют на сушку в туннельную сушилку и затем на обжиг при температуре 900-1000 0 С.
Формование пластическим способом проводят на ленточном прессе.Он состоит из 1.загрузочной воронки; 2. вальцев; 3.шнек;. При продвижении массы к мундштуку 4. пресса происходит ее дополнительное перемешивание и уплотнение. Из увлажнителя 5. для смачивания мундштука подают воду, играющую роль смазки. Глинистую массу в виде ленты 6. режут на кирпичи с помощью резательной машины. 7. опорные ролики.
Для удовлетворения потребности отраслей народного хозяйства разработаны сотни видов стекол различных сос­тавов. Как правило, современные промышленные стекла содержат не менее пяти компонентов, а специальные тех­нические — более десяти.
Изменение химического состава стекольного расплава позволяет эффективно регулировать прочностные, тепло-физические, диэлектрические, химические и другие свой­ства стекла. Так, повышение химической стойкости ме­ханической прочности достигается за счет увеличения в составе стекла Si0₂, А1₂0₃ и СаО; замена части Si0₂ на РЬО придает стеклу повышенный блеск; введение в состав фто­ридов позволяет получить глушенное стекло и т.д.
Разнообразие свойств стекол обусловливает и разнооб­разие используемого сырья. Все сырьевые материалы, при­меняемые для варки стекла, делят на главные и вспомога­тельные. Первые вводят в состав шихты необходимые для данного стекла основные и кислотные оксиды, вторые при­дают стекломассе специфические свойства, облегчают ее варку и выработку.
Главные стеклообразующие оксиды вводят в состав ших­ты со следующими видами сырья: Si0₂ с кварцевыми песка­ми или песчаниками; СаО и MgO — с известняками и доло­митами; А1₂0₃ — с пигментом или полевым шпатом; Na₂0 — с содой; Са₂0 — с паташом; В₂0₃ — с буром; РЬО — с сури­ком и т. д. Основное требование, предъявляемое ко всем видам сырья, — чистота и однородность по составу. Особен­но жесткие требования предъявляют к чистоте кремнезёмсодержащего сырья, составляющего до 70% шихты.
К вспомогательным материалам относятся вещества, создающие восстановительную или окислительную среду в стекольной шихте и печной атмосфере, ускоряющей про­цессы стеклообразования и обесцвечивания стекломассы, и красители. В качестве восстановителя применяют ант­рацит и кокс, окислителей — нитраты натрия или калия, оксиды мышьяка и сурьмы. Ускоряют процесс стеклообразования добавкой сульфата натрия, кремнефтористого и фтористого натрия.
Красителями стекла являются соединения металлов растворимые в стекломассе или образующие в ней взвешенные микрочастицы металлов и их соединений.
Обязательным компонентом шихты является стеколь­ный бой. Стекольную шихту готовят путем дозирования по заданному рецепту сырьевых материалов и тщательно­го их перемешивания. Смешение шихты производят в сме­сителях периодического действия: тарельчатых, барабан­ных, а также конусных.
Важнейшими стадиями процесса варки стекла являют­ся силикатообразование, осветление, гомогенизация и студка стекломассы. Сущность каждой стадии сводится к сле­дующему.
На первой стадии силикатообразования по мере нагревания шихты из нее испаряется влага, обезвоживаются гидраты, термически разлагаются некоторые соли (например, нитраты). При 300-400 °С в шихте начинается взаимодействие карбонатов и сульфатов с образованием двойных солей и легкоплавких эвтектик. При дальнейшем повышении температуры в реакции вступают песок и глиноземные материалы с образованием различных силикатов. Одновременно вследствие плавления некоторых солей и эвтектик в шихте появляется расплав, интенсифицирующий взаимодействие компонентов. Уже при температуре порядка 800°С взаимодействие компонентов шихты заканчивается, выделение газов прекращается. За счет жидкой фазы, образующейся при плавлении соды и эвтектических примесей, происходит спекание шихты. Однако значительная часть кремнезема (до 25%) остается в свободном состоянии. Для обычных натриево-кальциевых стекол стадия силикатообразования завершается при 800-900°С.