Công Ngiệp silicat

-Giới thiệu tổng quan: Công nghiệp silicat bao gồm các ngành sản xuất xi măng, thuỷ tinh, đồ gốm từ những hợp chất tự nhiên của silic và các hoá chất khác

A.Thủy tinh1.Thành phần hoá học của thuỷ tinh

Thủy tinh thông thường được dùng làm cửa kính, chai lọ,...là hỗn hợp của natri silicat, canxi silicat và silic đioxit, có thành phần gần đúng viết dưới dạng các oxit là Na2O.CaO.6SiO2

2.Tính chất

Thủy tinh là một chất trong suốt, tương đối cứng, khó mài mòn, rất trơ hóa học và không hoạt động xét về phương diện sinh học, có thể tạo thành với bề mặt rất nhẵn và trơn, rất dễ gãy hay vỡ.

3.Ứng dụng

- Làm đồ dùng trong gia đình : cốc, chén, bát, đĩa...

- Đồ dùng trong phòng thí nghiệm: lăng kính, bình...

4.Một số loại thuỷ tinh

Một số hình ảnh minh họa ứng dụng của thủy tinh

5.Phương pháp sản xuất

Hỗn hợp: SiO2, CaCO3, Na2CO3

Thủy tinh nhão

Nung chảy ở 1400oC

PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT

Thủy tinh dẻo

Đồ vật

Làm nguội từ từ

Ép , thổi

Thủy tinh loại này được sản xuất bằng cách nấu chảy một hỗn hợp gồm cát trắng, đá vôi và sođa ở :

B/ Đồ GốmĐồ gồm là vật liệu được chế tạo chủ yếu từ đất sét và cao lanh. Tùy theo

công dụng người ta phân biệt gốm xây dựng, vật liệu chịu lửa, gốm kĩ thuật, và gốm dân dụng.

I. Gạch và ngói (gốm xây dựng)

1. Phân loại.

- Gạch:

+ Gạch đất nung:  Viên đất sét được phơi hoặc sấy cho khô và chất vào lò. Lò được đốt trong nhiều tiếng đồng hồ cho đến khi gạch "chín", chuyển sang màu đỏ hoặc nâu sẫm. 

+ Gạch không nung: là một loại gạch mà mà không cần qua nhiệt độ, không phải sử dụng nhiệt để nung nóng đỏ viên gạch nhằm tăng độ bền của viên gạch.

- Ngói:

+Ngói đất nung: là loại ngói chế tạo từ đất sét và sau đó được nung lên trong nhiệt độ cao.

+ Ngói đất nung tráng men: là loại ngói đất được tráng 1 hoặc 2 lớp men bên ngoài nhằm tăng tính thẩm mĩ cũng như độ bền.

đồ gốm

gốm xây dựng gốm kĩ thuật gốm dân dụng

Gạch đất nung có màu đỏ.

Gạch không nung không cần sử lý nhiệt.

+ Ngói xi măng, ngói không nung hay ngói màu: Được chế tạo bởi vữa xi măng và sơn phủ bột màu. Vữa xi măng sau khi trộn được đổ vào khuôn kim loại, được nén chặt bằng búa gỗ (sản xuất thủ công) hoặc rung bằng máy (sản xuất công nghiệp). Sau đó chuyển sang công đoạn bảo dưỡng trong một thời gian nhất định.

2. Tính chất.

Gạch và ngói có tính cứng, bền bỉ theo thời gian và có thể dễ dàng chế tạo ra từ những nguyên liệu rẻ tiền. Ngoài ra gạch và ngói còn có thể tráng men, kết hợp với bột màu để tạo ra các sản phẩm mang tính chất thẩm mĩ, đẹp mắt.

3. Nguyên liệu.

Nguyên liệu để nặn gạch thường là đất sét, đá phiến sét, đá phiến sét mềm, canxi silicat, bê tông, thậm chí có những loại "gạch" được làm từ cách đẽo gọt đá khai thác ở mỏ. Tuy nhiên, gạch thật sự được làm từ gốm.

Thành phần một viên gạch (theo khối lượng) thường là như sau:

Ngói đất nung. Ngói tráng men. Ngói xi măng.

Bền theo thời gian… Và cũng rất đẹp mắt.

Chê tạo từ sét (Al2O3) Và cát (SiO2).

1. Silica (cát): 50% - 60%2. Alumina (sét): 20% - 30%3. Vôi: 2 - 5%4. Ôxít sắt: 5 - 6%, không được vượt quá 7%5. Magiê: dưới 1%

4. Quy trình sản xuất.

Gạch và ngói thuộc loại gốm xây dựng. Phối liệu để sản xuất chúng gồm đất sét loại thường và một ít cát, được nhào với nước thành khối dẻo, sau đó tạo thành hình, sấy khô và nung ở 900 – 1000 độ C sẽ được gạch và ngói. Sau khi nung, gạch và ngói thường có màu đỏ gây nên bởi sắt oxit ở trong đất sét.

5. Ứng dụng.

Một lò gạch thủ công.Đất sét thường, 1 ít cát

Khối dẻo

Gạch ngói mộc

Gạch ngói

Nhào với H2O

Tạo hình sấy khô

Nung ở 900-10000C

Do tính chất bền và đẹp nên gạch ngói được sử dụng rất nhiều trong xây dựng cũng như trang trí.

II. Gạch chịu lửa (gốm kĩ thuật)

1.Phân loại.

Có 2 loại gạch chịu lửa chính: Gạch đinat và gạch samôt.

Gạch chịu lửa phân loại nhờ nguyên liệu bên trong.

2.Tính chất.

Gạch chịu lửa đúng như tên gọi của nó có khả năng chịu lửa tốt hơn rất nhiều so với gạch thông thường. Gạch đinat chịu được nhiệt độ khoảng 1690 – 1720 độ C, chịu được cả axit. Gạch samôt chịu được nhiệt độ khoảng 1600 độ C.

3. Nguyên liệu.

Phối liệu để chế tạo gạch đinat gồm 93 - 96% SiO2, 4 – 7% CaO và đất sét

Hầu hết các ngôi nhà đều được làm từ gạch và ngói.

Phối liệu để chế tạo gạch samôt gồm bột samôt trộn với đất sét và nước. Mỗi viên gạch chứa 42-50% Al2O3 và 50-54% SiO2 .

4. Qui trình sản xuất.

Gạch chịu lửa cũng giống như gạch thông thường ban đầu được đóng thành viên với những nguyên liệu của chúng. Đối với 1300 - 1400 độ C. Còn gạch samôt thì vật liệu cũng được nung ở nhiệt độ như vậy 1300 – 1400 độ C có điều trước khi nung cần phải sấy khô hết nước.

5.Ứng dụng.

Gạch samốt: Dùng để lót lò, xây lò cho nồi hơiGạch đinát: Dùng lót lò cốc, lò thủy tinh, lò luyện thép. Bền với Axit: từng được dùng làm đệm ở phòng chì điều chế acid sulfuric.

III. Sành, sứ và men (Gốm dân dụng)1. Sành:

a)Nguyên liệu :

Đất sét thường (để cho loại sành nâu) hoặc từ đất sét trắng (cho loại sành trắng hoặc sành xốp)

Sản phẩm gạch sau khi đã hoàn thiện tại một lò nung.

Gạch chịu được nhiệt độ cao. Samôt là đất sét được nung ở nhiệt độ rất cao

Gạch chịu lửa dung để lót những lò như thế này.

b)Quy trình sản xuất :

- Đất sét sau khi nung ở nhiệt độ khoảng 1200 – 1300 độ C thì biến thành thường Sành

- Nhiệt độ trung bình đạt từ 1000 – 11000C, thậm chí 12500 độ C tuỳ theo cấu tạo của lò nung và thành phần của xương đất chịu được lửa cao hay thấp.

c)Tính chất :

- Sành được chia thành 2 dạng:

+ Sành cứng (còn gọi là sành mịn) + Sành mềm (còn gọi là sành xốp hay là “đồ đàn” theo cách gọi dân gian)

- Sành là vật liệu cứng, gõ kêu, có màu nâu hoặc xám.- Để có độ bóng và lớp bảo vệ không thấm nước, người ta tạo

một lớp men mỏng ở mặt ngoài của đồ sành.

2. Sứ :

a)Nguyên liệu :

Phối liệu để sản xuất sứ gồm :- Cao lanh- Fenspat- Thạch anh- 1 số oxit kim loại

b)Phân loại :

- Sứ dân dụng : - Sứ kĩ thuật : dùng để chế tạo các vật liệu cách điện, tụ điện, buzi đánh lửa, các dụng cụ thí nghiệm.

c)Quy trình sản xuất

- Để làm ra đồ gốm người thợ gốm phải qua các khâu chọn, xử lý và pha chế đất, tạo dáng, tạo hoa văn, phủ men, và cuối cùng là nung sản phẩm.

- Đồ sứ được nung hai lần, lần đầu ở 1000˚C, sau đó tráng men và trang trí, rồi nung lần hai ở nhiệt độ cao hơn, khoảng 1400-1450˚

d)Tính chất :

- Vật liệu cứng, xốp- Có màu trắng- Gõ kêu

3. Men :

Men có thành phần chính giống sứ, nhưng dễ nóng chảy hơn. Men được phủ lên bề mặt sản phẩm, sau đó nung ở nhiệt độ thích hợp biến thành một lớp thủy tinh che kín bề mặt sản phẩm.

Làng gốm sứ Bát Tràng, các nhà máy sứ Hải Dương, Đồng Nai,.. là những cơ sở sản xuất đồ gốm sứ nổi tiếng.

a) Nguyên liệu :Men gốm là một hệ phức tạp gồm nhiều ôxít như Li2O, Na2O, K2O, PbO, B2O3, CaO, ZnO, MgO, Al2O3, Fe2O3, SiO2... được đưa vào dưới các dạng sau:

Nguyên liệu dẻo (plastic): gồm có cao lanh (kaolin), đất sét (clay), bột talc (steatit), betonit...

Nguyên liệu không dẻo (nonplastic) dưới dạng khoáng: gồm có trường thạch, đôlômít, đá vôi, cát...

Nguyên liệu không dẻo dưới dạng hóa chất công nghiệp: BaCO3, Na2CO3, K2CO3, borax (dân gian gọi là hàn the), axít boric, Cr2O3, ZnO... hoặc các loại frit.

b) Quy trình sản xuất :Phương pháp cổ điển

Phương pháp này có thể áp dụng cho hầu hết các loại men sống và xuất phát từ rất lâu. Phương pháp này đơn giản chỉ là nghiền phối liệu trong máy nghiền bi gián đoạn đến khi độ mịn qua hết sàng 10.000 lỗ/cm2 (hoặc còn lại dưới 0,5%).

Trong quá trình nghiền, cần khống chế độ mịn thích hợp vì nếu như nghiền quá mịn men sẽ bị cuốn hoặc bong men, nếu men quá thô sẽ gây nhám bề mặt và tăng nhiệt độ nung một cách đáng kể.

Phương pháp frit

Khối men chảy lỏng được làm nguội nhanh bằng cách đổ vào nước

Ảnh một loại Frit

Phương pháp này bao gồm 2 công đoạn chính:

1. Frit hoá: Phối liệu được nấu cho chảy lỏng ở 1300-1450⁰C ở lò quay hoặc lò bể (tương tự lò nấu thuỷ tinh) để hỗn hợp nguyên liệu chuyển hoàn toàn sang pha thuỷ tinh, sau đó làm lạnh rất nhanh để phá vỡ kết cấu khối thuỷ tinh chảy đó.

2. Nghiền men: Một frit có thể có thành phần hoá đáp ứng yêu cầu và có thể coi đó là một men thành phẩm, nhưng nếu nó không đáp ứng đủ thì cần phải có biện pháp bù (tính cấp phối lần 2). Trong quá trình nghiền, cần bổ sung chất tạo huyền phù, chống lắng...

C. Xi măng

-Xi măng thuộc loại vật liệu dính, được dùng trong xây dựng. Quan trọng và thông dụng nhất là xi măng Pooclăng. Đó là chất bột min, màu lục xám, thành phần chính gồm canxi silicat và canxi aluminat:Ca3SiO5 hoặc 3.Cao.SiO2,Ca2SiO4 hoặc 2.CaO.SiO2, Ca3(Al2O3) hoặc 3.CaO.Al2O3..

-Xi măng Pooclăng được sản xuất bằng cách nghiền nhỏ đá vôi, trộn với đất sét có nhiều SiO2 và một ít quặng sắt bằng phương pháp khô hoặc phương pháp ướt, rồi nung hỗn hợp trong lò quay hoặc lò đứng ở 1400 – 1600oC. Sau khi nung, thu được một hỗn hợp màu xám gọi là clanhke. Để nguội rồi nghiền clanhke với một số chất phụ gia thành bột mịn, sẽ được xi măng.

Quá trinh sản xuất xi măng

Nghiền nhỏ trộn với cát và nước

Nung ở 14000C đến 16000C

Để nguội rồi nghiền cùng với chất

phụ gia.

Lò quay sản xuất clanhke

Phân loại

Đá vôi , đất set, một ít quăng săt

Bun (nhao)

Canhke răn

Xi măng

Có nhiều loại xi măng khác nhau như : Xi măng pouzzolan, Xi măng Aluminat, Xi măng xỉ lò cao, Xi măng muội silic,…. Nhưng thông dụng nhất là :

Xi măng Portland

Xi măng Portland là thành phần cơ bản của bê tông, vữa, hồ nên là loại xi măng được sử dụng trong hầu hết các công trình xây dựng trên thế giới

Được cấu tạo từ các thành phần:

, ,

(CaCO3) (Al2O3.2SiO2.2H2O) (Fe2O3)

Sau đó tùy thuộc vào điều kiện cho thêm Al2O3 hoặc SiO2.

Ngoài ra trong thành phần hóa học còn có một số oxit khác như: MgO, N2O, K2O,… dù có tỉ lệ nhỏ nhưng đều làm ảnh hưởng đến chất lượng xi măng

Quá trình đông cứng xi măng

Trong xây dựng, xi măng được trộn với nước thành khối nhão, sau vài giờ sẽ bắt đầu đông cứng. Quá trình đông cứng của xi măng chủ yếu dựa vào sự kết hợp của các hợp chất có trong xi măng với nước, tạo nên những tinh thể hiđrat đan xen vào với nhau thành khối cứng và bền.

                               

                 

Chính vì tính chất ấy mà xi măng được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng vì giá thành rẻ mà lại bền nên rất được ưa chuộng.

Hiện nay người ta còn sản xuất các loại xi măng có những tính năng khác nhau: xi măng chịu axit, xi măng chịu nước biển...

Ở nước ta có nhiều nhà máy xi măng lớn như nhà máy xi măng Hải Phòng, Hoàng Thạch, Bỉm Sơn, Chinfon, Hoàng Mai, Hà Tiên...

Một số hình ảnh ứng dụng của xi măng