«Глинозем мен силикат материалдардың химиялық технологиясы»

Жоспар
Кіріспе

1. Дәріс оқулар
2. Практикалық және зертханалық сабақтар
3. Студенттердің өздік жұмысы

Жер қыртысы (жердің сыртқы қабығы) бір немесе бірнеше минералдардан тұратын әртүрлі тау жыныстарынан тұрады. Минералды шикізаттарды – құм, қиыршық тас, құрылыс тасы, саз балшық және каолин, гипс, диатомит және трепел, далалықшпатты шикізат, графит, слда,тальк, волластонит және басқа минералдар мен тау жыныстары, сол сияқты өнеркәсіптік қалдықтар мен ілеспе өнімдер – күл, шлактар, метал кендерін байыту мен көмірдің әртүрлі қалдықтары. Көп қолданатындарға құрылыс өнеркәсіптері жатады. Жоғарыда тізілген шикізат материалдарының көпшілігі тікелей силикат өнеркәсіптерінде қолданылады.
Минералогия негіздері
Минералогия – минералдар туралы ғылым. Табиғи минералдардың 98% кристалды құрылысты. Кристалдардың түзілу заңдары, құрылымы және физикалық қасиеттері, оларда жүріп жатқан құбылыстар, кристалдардың ортамен әрекеті – осылардың барлығын кристаллография зерттейді.
Кристалдық құрылымы бар минералдар оларды құрайтын кішкене бөлшектердің – атомдар, иондар және молекулалардың реттеліп орналасуымен сипатталады. Кристалдық құрылымы бар минералдарға кварц, кальцит, дала шпаты және т.б. мысал болады.
Аморфты құрылысты минералдар кішкентай бөлшектердің ретсіз орналасуымен сипатталады (мысалы, опал).
Кристалдар әлемінде симметрия бар. Кристалдық симметрия элементтері симметрия жазықтығы, симметрия осьі, симметрия ортасы болып табылады. Кристалдарда симметрия элементтері өзара байланыста болады. Симметрия элементтерінің әртүрлі 32 үйлесімі мүмкін, олар симметрия кластары немесе түрлері деп аталады.

Пән: Құрылыс
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 20 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
ШӘКӘРІМ атындағы СЕМЕЙ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
3 деңгейлі СМЖ құжаты ПОӘК ПОӘК
042-14.01.06.01.20.178
03-2011
ПОӘК
Глинозем мен силикат 30.09.2011 ж.
материалдардың химиялық № 2 басылым
технологиясы пәніне арналған
оқу-әдістемелік материалдар

ПӘНДЕРДІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

Глинозем мен силикат материалдардың химиялық технологиясы

050720 – Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы
мамандығы үшін

ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАР

Семей
2011

Мазмұны

1. Дәріс оқулар
2. Практикалық және зертханалық сабақтар
3. Студенттердің өздік жұмысы

ДӘРІС ОҚУЛАР

Дәріс 1. СИЛИКАТ ӨНЕРКӘСІБІНІҢ ШИКІЗАТ МАТЕРИАЛДАРЫ

1. Минералдар және тау жыныстары

2. Минералогия негіздері

3. Шикізат материалдар

а. Кремнеземды жыныстар

б. Саз балшықты жыныстар

Минералдар және тау жыныстары

Жер қыртысы (жердің сыртқы қабығы) бір немесе бірнеше минералдардан
тұратын әртүрлі тау жыныстарынан тұрады. Минералды шикізаттарды – құм,
қиыршық тас, құрылыс тасы, саз балшық және каолин, гипс, диатомит және
трепел, далалықшпатты шикізат, графит, слда,тальк, волластонит және басқа
минералдар мен тау жыныстары, сол сияқты өнеркәсіптік қалдықтар мен ілеспе
өнімдер – күл, шлактар, метал кендерін байыту мен көмірдің әртүрлі
қалдықтары. Көп қолданатындарға құрылыс өнеркәсіптері жатады. Жоғарыда
тізілген шикізат материалдарының көпшілігі тікелей силикат өнеркәсіптерінде
қолданылады.

Минералогия негіздері

Минералогия – минералдар туралы ғылым. Табиғи минералдардың 98%
кристалды құрылысты. Кристалдардың түзілу заңдары, құрылымы және физикалық
қасиеттері, оларда жүріп жатқан құбылыстар, кристалдардың ортамен әрекеті –
осылардың барлығын кристаллография зерттейді.

Кристалдық құрылымы бар минералдар оларды құрайтын кішкене
бөлшектердің – атомдар, иондар және молекулалардың реттеліп орналасуымен
сипатталады. Кристалдық құрылымы бар минералдарға кварц, кальцит, дала
шпаты және т.б. мысал болады.

Аморфты құрылысты минералдар кішкентай бөлшектердің ретсіз
орналасуымен сипатталады (мысалы, опал).

Кристалдар әлемінде симметрия бар. Кристалдық симметрия элементтері
симметрия жазықтығы, симметрия осьі, симметрия ортасы болып табылады.
Кристалдарда симметрия элементтері өзара байланыста болады. Симметрия
элементтерінің әртүрлі 32 үйлесімі мүмкін, олар симметрия кластары немесе
түрлері деп аталады.

Кристаллографиялық кластар 7 ірі топтарға біріктіріліп,
кристаллографиялық сингониялар деп аталады. Олар өз кезегінде төменгі,
ортаңғы және жоғарғы сингонияларға бөлінеді.:

Кубтық жоғарғы

Гексагональды

Тетрагональды ортаңғы

Тригональды

Ромбтық

Моноклинді төменгі

Триклинді

Қазіргі уақытта 2000 аса минералдар белгілі. Минералдар бір ғана
химиялық элементтен (күкірт, алмаз, графит, алтын және т.б.), немесе
бірнеше элементтен (кварц, кальцит, дала шпаты және т.б.) тұруы мүмкін.
Көптеген минералдар қатты денелер болып табылады. Дегенмен сұйық (су,
сынап) және газтәріздес минералдар да бар (метан, күкіртті газ,
көмірқышқыл газы).

Минералдардың қазіргі жіктелуі негізіне екі негізгі белгілер алынған:
химиялық құрамы және құрылымы. Осыған байланысты барлық белгілі минералдар
бірнеші топтарға бөлінеді. Олардың маңыздылары:

1) Табиғатта таза қалпында кездесетін элементтер;

2) сульфидтер (күкіртті қосылыстар);

3) галогенидтер (галоидты қосылыстар);

4) оксидтер және гидроксидтер;

5) оттекті қышқыл тұздары (нитраттар, карбонаттар, сульфаттар,
хроматтар, молибдаттар және вольфраматтар, фосфаттар, арсенаттар және
ванадаттар, бораттар, силикаттар).

Шикізат материалдары

Силикат өнеркәсібінің шикізаттары ретінде әртүрлі тау жыныстары мен
минералдар қолданылады:

кремнеземді (кварц, кварциттер, кварцты құм, трепел, диатомит, опока);

сазбалшықты (саз балшық, каолин, бентонит, боксит, силлиманит,
андалузит, дистен);

далашпаттық (дала шпаты пегматиттер, гранит, нефелин, нефелинді
сиенит);

карбонатты (кальцит, мрамор, бор, әктас, доломит, мергель, магнезит);

сульфатты тау жыныстары (гипс, ангидрит, диабаз, базальт, трахит, туф,
обсидиан, пемза, вулканды күл) және басқа минералдар (тальк, волластонит,
пирофиллит, вермикулит).

Сонымен қатар, соңғы жылдары силикат өнеркәсібінің шикізаты ретінде
өнеркәсіптердің кейбір қалдықтары да кеңірек қолданылуда, әсіресе күл мен
шлактардың түрлері және кен мен көмірді байыту қалдықтары.

Дәріс 2. Керамика материалдары

1. Керамика материалдары және бұйымдарының жіктелуі

2. Керамика құрылысы

3. Керамика материалдарының физикалық-химиялық қасиеттері

Әртүрлі керамика материалдарының қасиеттері де әртүрлі. Олар
қолданылған бастапқы шикізат материалдарымен, өңдеу әдістерімен және
термиялық өңдеудің технологиялық режимдерімен анықталады. Керамика
материалдарының қасиеттеріне негізгі әсер етуші – олардың құрылысы.
Сондықтан жалпы қабылданған жіктелу негізіне керамикалық материалдардың
кеуектерінің (қуыстарының) құрылымы алынған. Олар екі класқа жіктеледі:

1) Кеуекті;

2) Жымдасқан.

Керамикалық бұйымдар көбіне өндірістік-салалы белгілері бойынша
жіктеледі. Мұндай жіктелу бұйым қаисетін, қолданылу саласын және біршама
деңгейде өндіріс әдісін көрсетеді. Көрсетілген жіктелу бойынша керамикалық
материалдар мен бұйымдардың келесі топтарын ажыратады:

құрылыстық керамика – үй, ғимарат, құрылыстарды қалауға ,
қабырғалардың сыртқы және ішкі қапталуына арналған керамикалық тақталар,
жерасты қатынастарына арналған бұйымдар, санитарлы-техникалық бұйымдар,
кафельдер, жабынқыштар, жылуизоляциялық керамика материалдары бұйымдары
жатады;

отқа төзімді материалдар – жоғары температурада жұмыс жасайтын
өнеркәсіптік пештерді, пештің оттығын және аппараттарды қалауға арналған
бұйымдар, сол сияқты, әртүрлі мақсаттағы детальдарды күйдіруде қолданылатын
оқ-дәрі ретіндегі бұйымдар;

химиялық төзімді материалдар – изделия, предназначенные для работы в
химиялық және басқа өнеркәсіп салаларындағы ыдыстардың, аппараттардың,
машиналардың металл бөліктерін алмастыратын немесе қорғайтын агрессивті
орталарда жұмыс жасауға арналған бұйымдар;

жұқа керамика – шаруашылық фарфор және фаянс ыдыстар, көркемдік және
сәндік бұйымдар, химиялық ыдыстар және бұйымдардың басқа түрі;

техникалық және арнайы керамика – авиациялық, ракета-космостық,
атомдық техникада, радиоэлектроника, электроника және басқа өнеркәсіп
салаларында қолданылатын арнайы қасиеттері бар материалдар мен бұйымдар.

Дәріс 3. Керамика өнеркәсібінің шикізат материалдары

1. Созылымды материалдар

2. Саз балшықтың құрамы және қасиеттері

3. Созылымды емес материалдар

4. Өндіріс қалдықтары

Құрылыста, тұрмыста және техникалық мақсатта қолданылатын көптеген
керамика бұйымдарының шикізат материалдарын созылымды (немесе саз балшықты)
және созылымды емес деп бөлуге болады.

Созылымды саз балшықты материалдарға саз балшық және каолин жатады.

Саз балшық – кейбір тау жыныстарының (гранит, гнейс, кварцты порфир,
пегматит, слюда және т.б.) атмосфералық агенттер әсерінен ыдырау және
гидратациялану өнімдері болып табылады. Бұл процесті қарапайым түрде
төменгідей жазып көрсетуге болады:

R2O·Al2O3·6SiO2+CO2+H2O→ Al2O3·2SiO2 ·2H2O+R2CO3+4SiO2.

дала шпаты саз балшық
құм

Саз балшықтар заттық, химиялық және гранулометриялық құрамы бойынша
сипатталады.

Заттық құрамы саз балшықты затымен және қоспаларымен сипатталады.
Нақты саз балшықты зат – жыныстың дисперсті бөлігі, ол саз балшыққа
созылымдылық беретін саз балшықты құраушы минералдар кешенінен тұрады.

Силикат құрылысының классикалық түсініктеріне сәйкес, кристалдық саз
балшықты минералдар пакеттерден – элементарлы қабаттардың үйлесімінен
тұрады. Қабаттар құрылым элементінің түріне қарай тетраэдрлік, яғни
тетраэдрден [SiO4] түзілген, және октаэдрлік, алюмооттектігидроксильдік
октаэдрлардан түзілген болуы мүмкін. Тетраэдрлік, сол сияқты октаэдрлік
қабаттарда изоморфты алмасу жүреді. Мысалы, кремний ионы алюминий ионымен
алмасуы мүмкін, ал октаэдрлік қабаттағы алюминий темір, магний, мырыш және
т.б. иондармен алмасады.

Элементарлы қабаттардың әртүрлі үйлесімі саз балшықты минералдың
элементарлы пакетін түзеді. Пакеттердің бірігуінен микроскоп астында
көрінетін саз балшық пластинкачы түзіледі. Қабаттардың бірігуі – саз
балшықты минералдар жіктелуіне негіз болған алғашқы белгі.

Саз балшық қасиеттерін шартты түрде сулық, механикалық, кептіргіштік
және термиялық деп бөлуге болады.

Керамикалық материалдар және бұйымдар өндірісінде саз балшықты
шикізаттармен қатар созылымды емес материалдар да қолданылады. Олар
қолданысына қарай жеңілдеткіштер, қалыптылар, жанып кететіндер және
арнайылар болып бөлінеді.

Жыл өткен сайын қалдықтар керамика өнеркәсібінде, әсіресе құрылыс
материалдары өндірісінде кеңінен қолданылуда. Әсіресе тау-кен, металлургия,
отын, химия, азық-түлік өнеркәсіптерінің қалдықтары қолданысының келешегі
мол.

Металлургиялық қождар металдарды қорытудағы қалдықтар болып табылады.
Отындық қождар мен күлдер отын жануы барысындағы қаттыфазалық реакциялар
нәтижесі. Фосфорлы қождар – фосфордың электротермиялық өндірісі қалдықтары
болып табылады.

Дәріс 4. Керамика өндірісінің негізгі технологиясы

1. Керамика массасын дайындау

2. Керамика бұйымдарын формалау

3. Кептіру

4. Бұйымдарды күйдіру

Бастапқы шикізаттың алғашқы дайындығы келесі өңдеу талап ететін әр
компоненттің белгіленген құрамы мен белгілі деңгейдегі тазалық дәрежесін,
ылғалдылығын және күйін қамтамасыз ету керек. Бұл технологиялық қайта өңдеу
қоспалардан, бос жыныстардан тазарту және компоненттерді бөлу мақсатында
байыту процесін қамтиды.

Дайындық стадиясы шикізатты алдын-ала ұсақтау және оны майдалау
жүргізуге жарамды деңгейге дейінгі ылғалдылықта кептіру.

Отқа төзімді және техникалық керамика технологиясында қажетті фазалық
өзгерістерді, қалыңдату, ұшқыш қоспаларды жою және материалдарды үгітуді
жеңілдету үшін кейде шикізатты алдын-ала термоөңдеу қажет.

Керамикалық технология бұйымның тығыздығы мен кеуектілігін, жымдасу
процесі интенсивтілігін анықтайтын бастапқы шикізат материалдарының
түйірлік құрамына қатаң талап қояды.

Керамика технологиясында пайдаланылатын бастапқы ұнтақтар немесе
массалар түйірлік құрамына қарай қалың және жұқа түйіршікті болып бөлінеді.
Қалың түйіршіктілерге көпшілік түйірлердің мөлшері ˃ 1 мм болатын құрамдар
жатады. Жұқатүйіршікті массаларда бөлшектер 0.1 мм аспайды.

Керамикалық бұйымдар жасағанда көп мөлшерде әртүрлі шикізат
материалдарын қолданады. Сондықтан оларды ұсату үшін әртүрлі ұсақтау-
ұнтақтау агрегаттарын пайдаланады.

Керамикалық материалдар мен бұйымдар өндірісінде көпкомпонентті
массалар қолданылады. Әрбір компонент нақты белгілі мөлшерде болуы қажет.
Массаны құраушыларды нақты дозалаудан дайын бұйымның қасиеттері мен
құрылымы анықталады.Компоненттерді дозалау үшін қоректендірушілер мен
дозаторлар қолданылады.

Созылымды массалардан формалау әдісі саз балшықтың созылымдық қасиеті
негізінде тарихи қалыптасты және керамикалық технологияда әртүрлі
мақсаттағы бұйымдар алуда кеңінен қолданылады. Керамикалық технологияда
созылымдық формалаудың келесі тәсілдері қолданылады: жаншу, қалыптау,
қырлау, қолмен жапсыру.

Кептірудің негізгі міндеті – алынған жартылай фабрикаттың көлемінің
өзгерісін аяқтау. Кептіру барысында материалдар мен бұйымдардың
технологиялық және физико-химиялық қасиеттері өзгереді.

Алдыңғы қарастырылған процестердің барлығы сапалы керамика бұйымдарын
алуда маңызды, бірақ олар керамика синтезінде анықтаушы болып табылмайды.
Бұйымды күйдіру барысында ғана материалдың құрылымы біржола қалыптасады,
яғни керамика жымдасуы жүреді, нәтижесінде әлсіз байланысты бөлшекті
конгломераттан тұратын шала өңделген өнім біршама мықты қатты денеге
айналады. Керамиканы жымдастыру барысында әртүрлі физикалық және химиялық
процестер жүреді – дененің көлемі мен кеуектілігі төмендейді, бастапқы
шикізат материалдарының ыдырауы, полиморфты өзгерістер, жаңа кристалды,
шынытәріздес және газды фаза түзуші химиялық әрекеттесулер, кристалдардың
балқытпада еруі немесе олардың балқытпадан кристалдануы.

Бұйымдарды күйдіру процесі үш периодтан тұрады – қыздыру, максимальды
температурада ұстау және салқындату.

Дәріс 5. Құрылыстық керамика

1. Қабырғалық және қасбеттік бұйымдар

2. Жерасты қатынастарына арналған бұйымдар

3. Кеуекті толтырғыштар

Қабырғалық керамика бұйымдары – ежелгі жасанды құрылыс материалдарының
біріне жатады. Олар әртүрлі мақсаттағы ғимараттар мен құрылыстар салуда
кеңінен қолданылады.

Қабырғалық материалдарға кірпіш пен керамикалық тастарды жатқызады.
Кірпіш 250Х120Х65 және 250Х120Х88 мм көлемді параллелепипед формалы. Ол
қоспалы немесе қоспасыз саз балшықтан дайындалады. Көлемі кірпіштен үлкен
барлық құрылымдық мақсаттағы керамикалық бұйымдар керамикалық тастар
(288Х138Х65, 250Х138Х128 мм және т.б.) деп аталады.

Керамикалық қабырғалық материалдарға қойылатын басты талаптар – қысу
және бүгудегі, су сіңірудегі, суыққа төзімділігіндегі және көлемдік
массасының беріктік шегі.

Қасбеттік керамика – жақсы қаптағыш материал, себебі сырт келбеті
жақсы, құны жоғары емес, ұзақ мерзімге төзімді. Оны үш топқа топтастыруға
болады: беттік кірпіш және тас, қасбеттік қаптағыш плиткалар мен плиталар,
архитектуралық-көркемдік детальдар.

Керамиканың ұзақ мерзімге төзімділігі мен коррозияға беріктігі одан
жасалған бұйымдарды жерасты қатынастарында қолдануға мүмкіндік береді.
Мұндай бұйымдарға дренажды және канализациялық құбырлар жатады.

Дренажды құбырларды ауылшаруашылығында жерасты суларының деңгейін
төмендетуде қолданылатын субұрғыш жүйелер үшін мелиоративті жұмыстарда және
ғимараттар мен жолдардың құрылысында қолданады.

Керамикалық толтырғыштар салыстырмалы жаңа материалдар болып табылады.
Қасиеттері, құрылымының түзілу процесіне қарай олар дәстүрлі керамикадан
ерекшеленеді. Кеуекті толтырғыштарға конструкциялық-жылуизоляциялық
мақсаттағы жеңіл бетондар өндірісінде кеңінен қолданылатын керамзит пен
аглопорит жатады.

Керамзит – түйіршіктелген көпсіген материал, сынуында кепкен көбік
құрылымы бар. Оны қиыршық тас (түйіршік мөлшері 5-40 мм) және құм (˂5 мм)
түрінде шығарады. Көлемдік массасы бойынша керамзиттің 12 түрін (150-ден
800-ге дейін) ажыратады, ал беріктігі бойынша әр марканың А және Б – екі
класы бар. Керамзиттің көлемдік массасының жоғарылауына қарай оның
беріктігі де ұлғаяды. Керамзиттің су сіңірімділігі 15-25% болуы қажет,
суыққа төзімділігі 15 циклдан төмен болмауы керек.

Керамзит алу шикізаттарына жылдам қыздырғанда көпсіп көтерілетін саз
балшық пен саз балшықты жыныстар жатады.

Дәріс 6. Отқа төзімді материалдар

1. Кремнеземді отқа төзімді материалдар

2. Алюмосиликатты отқа төзімді материалдар

3. Магнезиалды отқа төзімді материалдар

Отқа төзімді материалдарға жоғары температурада механикалық және
физика-химиялық әсерлерге төзімді және әртүрлі теплотехникалық агрегаттар
жинауға қолданылатын материалдар мен бұйымдар жатады. Бұйымдарды отқа
төзімділер (1580-1750 0С), жоғары отқа төзімділер (1770-2000 0С) ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.