Силикатная промышленность. Производство керамики, стекла, цемента из природных соединений кремния

1.

Силикатная промышленность —
это производство керамики, стекла, цемента из природных
соединений кремния.

2.

Состав обычного оконного стекла выражается формулой Na2O*CaO*6SiO2.
Стекло получается спеканием белого песка, соды, известняка в специальных
печах:
SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2↑
SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2↑
Na2SiO3 + CaSiO3 + 4SiO2 = Na2O*CaO*6SiO2

3.

Виды стёкол
Химико-лабораторное стекло — стекло, обладающее высокой
химической и термической устойчивостью.

4.

Кварцевое стекло
получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты , его
химическая формула — SiO2. Кварцевое стекло может быть также природного
происхождения , образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка
.

5.

Оптическое стекло —
применяют для изготовления линз, призм, кювет и др.

6.

Свинцовое стекло
Свинцовое стекло (или «хрусталь») получается заменой окиси кальция окисью
свинца. Оно довольно мягкое и плавкое, но весьма тяжёлое, отличается
сильным блеском и высоким показателем преломления, разлагая световые лучи
на все цвета радуги и вызывая игру света.

7.

Боросиликатное стекло
Включение оксида бора вместо щелочных составляющих шихты придаёт этому стеклу
свойства тугоплавкости, стойкости к резким температурным скачкам и агрессивным
средам. Изменение состава и ряд технологических особенностей, в свою очередь,
сказывается на себестоимости — оно дороже обычного силикатного.

8.

Обычная стеклянная масса после остывания имеет желтоватозелёный или голубовато-зелёный оттенок. Стеклу можно придать
окраску, если в состав шихты произвести включение, например, тех
или иных оксидов металлов, которые в процессе варки изменят его
структуру, что после остывания, в свою очередь, заставляет
стёкла выделять определённые цвета из спектра проходящего
сквозь них света. Железистые соединения окрашивают стекло в
цвета — от голубовато-зелёных и жёлтых до красно-бурых, окись
марганца — от жёлтых и коричневых до фиолетовых, окись
хрома — в травянисто-зелёный, окись урана — в желтоватозелёный ,окись кобальта — в синий (кобальтовое стекло), окись
никеля — от фиолетового до серо-коричневого, окись сурьмы или
сульфид натрия — в жёлтый , окись меди — в красный (так
называемый медный рубин в отличие от золотого рубина,
получаемого прибавкой коллоидного золота). Костяное стекло
получается замутнением стекломассы пережжённой костью, а
молочное — прибавкой смеси полевого и плавикового шпата.

9.

Художественное стекло
Этот материал изначально, и в силу разнообразия своих декоративных возможностей, и
благодаря уникальным свойствам, в том числе — подобию красивейшим самоцветам, а
порой в чём-то и превосходя их, именно через изобразительное творчество, с момента,
когда слиток впервые оказался на ладони мастера, — радует и, вероятно, всегда, чаруя,
будет присутствовать в жизни способного ценить его красоту. Нелишним будет
напомнить и то, что некогда ценой своей с золотом могло соперничать только стекло.
Выдувание стекла — операция, позволяющая из вязкого расплава получить различные
формы — шары, вазы, бокалы.
Важнейший рабочий инструмент стеклодува, его выдувальная трубка — это полая
металлическая трубка длиной 1—1,5 м, на одну треть обшитая деревом и снабжённая на
конце латунным мундштуком. Пользуясь трубкой, стеклодув набирает из печи
расплавленное стекло, выдувает его в форме шара и формует. Для этого ему нужны
металлические ножницы для отрезания стеклянной массы и прикрепления её к трубке,
длинные пинцетообразные клещи из металла для вытягивания и формования стеклянной
массы, для образования тиснёных украшений и т. д., сечка для отсекания всего изделия от
трубки и деревянная ложка для разравнивания набранной стекломассы. Предварительно
отформованное с помощью этих инструментов стекло («баночку») стеклодув
вкладывает в форму из дерева или железа. Оставшийся от отшибания след (насадок,
колпачок) приходится удалять шлифовкой.
Готовое изделие отшибают от трубки на вилы и несут в отжигательную
печь. Отжиг изделия производится несколько часов при температуре около 500 °C с тем,
чтобы снять возникшие в нём напряжения. Неотожжённое изделие может из-за них
рассыпаться при малейшем прикосновении, а иногда и самопроизвольно.

10.

11.

12.

Производство цемента

13.

Цемент — искусственное неорганическое вяжущее вещество. Один из
основных строительных материалов. При взаимодействии с водой, водными
растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу,
которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. В
основном используется для изготовления бетона и строительных
растворов. Цемент является гидравлическим вяжущим и обладает
способностью набирать прочность во влажных условиях, чем принципиально
отличается от некоторых других минеральных вяжущих —
(гипса, воздушной извести), которые твердеют только на воздухе.
По наличию основного минерала цементы подразделяются:
романцемент — преобладание белита, в настоящее время не производится;
портландцемент — преобладание алита, наиболее широко распространён в
строительстве;
глинозёмистый цемент — преобладание алюминатной фазы;
магнезиальный цемент — на основе магнезита, затворяется водным
раствором солей;
смешанные цементы — цементы, получаемые путём смешения
вышеприведенных цементов с воздушными вяжущими, минеральными
добавками и шлаками, обладающими вяжущими свойствами.
кислотоупорный цемент — на основе гидросиликата натрия
(Na2O·mSiO2·nH2O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого
натрия, затворяется водным раствором жидкого стекла.

14.

Цемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига
до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого
состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.
При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4∙2H2O для регулирования сроков схватывания,
до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески,
опоки, трепелы) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.
Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре +1450…+1480 °C в течение 2—4 часов в длинных
вращающихся печах с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза
необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные
физико-химические процессы. Вращающуюся печь условно можно поделить на зоны:
подогрева (+200…+650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы
дегидратации и разложения глинистого компонента).
декарбонизации (+900…+1200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента:
СаСО3 → СаО + СО2, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В
результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне
начинаются процессы твёрдофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al2O3 — сокращённая
запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового
синтеза образуется С3А), протекающих ступенчато;
экзотермических реакций (+1200…+1350 °C) завершается процесс твёрдофазового спекания
материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3А, С4АF
(F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
спекания (+1300→+1480→+1300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят
клинкерные минералы кроме C2S, который, взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО,
образует минерал алит (С3S — твёрдый раствор трёхкальциевого силиката и небольшого
количества (2—4 %) MgO, Al2O3, P2O5, Сг2О3 и других);
охлаждения (+1300…+1000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы
кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде
стекла.

15.

Производство керамики

16.

Кера́мика —
изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с
минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой
температуры с последующим охлаждением.
В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг.

17.

В зависимости от строения различают тонкую керамику и грубую .
Основные виды тонкой керамики — фарфор, полуфарфор, фаянс, майолика.
Основной вид грубой керамики — гончарная керамика.
Фарфор имеет плотный спёкшийся черепок белого цвета (иногда с голубоватым
оттенком) с низким водопоглощением (до 0,2 %), при постукивании издаёт
высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать.
Фаянс имеет пористый белый черепок с желтоватым
оттенком, пористость черепка 9 — 12 %. Из-за высокой пористости изделия из
фаянса полностью покрываются бесцветной глазурью невысокой
термостойкости. Фаянс применяется для производства столовой посуды
повседневного использования.
Полуфарфор по свойствам занимает промежуточное положение между
фарфором и фаянсом, черепок белый, водопоглощение 3 — 5 %, используется в
производстве посуды.
Майолика имеет пористый черепок, водопоглощение около 15 %, изделия имеют
гладкую поверхность, блеск, малую толщину стенок, покрываются цветными
глазурями и могут иметь декоративные рельефные украшения. Для изготовления
майолики применяется литьё.
Гончарная керамика имеет черепок красно-коричневого цвета (используются
красножгущиеся глины), большой пористости, водопоглощение до 18 %. Изделия
могут покрываться бесцветными глазурями, расписываются цветными
глиняными красками — ангобами.