Ceramika skomasowana - Notatki - Chemia, Notatki'z Chemia
hannibal00
hannibal0031 May 2013

Ceramika skomasowana - Notatki - Chemia, Notatki'z Chemia

PDF (279.5 KB)
21 strona
625Liczba odwiedzin
Opis
Chemia: notatki z zakresu chemii dotyczące ceramiki skomasowanej; spoiw wapiennych i pieców obrotowych.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 21
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.

Ad.1 Spoiwa wapienne

Typowym spoiwem jest wapno palone niegaszone gdzie gołównym składnikiem tego wapna jest CaO. Otrzymuje się ze skały wapiennej (z kamienia wapiennego) przez wypalanie. Głównym składnikiem kamienia wapiennego jest CacO3 (kalcyt). Zawartość CaCO3 przy produkcji wapna palonego niegaszonego wynosi 82%-96% masowych. Najczęściej stosuje się ponad 90% CaCO3 (~95% CaCO3 – b. czysty ). Pozostałe domieszki wapna palonego niegaszonego to:

a). minerały ilaste (gliny)

b). kwarc

c). domieszki magnezytu Mg CO3

d). domieszki dolomitu CaCO3 : MgCo3

e). domieszki materiałów żelaza

Domieszki Fe utrudniają proces hydratacji (zanieczyszczenia).

Reakcje rozkładu węglanu wapnia:

CaCO3 -> CaO + CO2 -Q

Jest to silnie endotermiczna reakcja oraz reakcja odwracalna ( na powietrzu chłonie CO2 i znowu tworzy się węglan wapnia). Im wyższa temp. Tym większa wydajność. Minimum temperatury wynosi ~895oC, bo proc CO2 osiąga wartość ciśnienia atmosferycznego równego 0,1 Mpa. Z reguły w przemyśle są temp. wyższe, bo trzeba przyśpieszać rozkład (do temp 11000C). Szybkość rozkładu CaCO3 będzie zależała od stopnia rozdrobnienia surowca ( drobnoziarnista temp. niższa ).

Właściwości wapna palonego zależą od:

- rodzaju surowca

- od temperatury wypalania

W stosunkowo niskiej temperaturze jeżeli wypalamy to otrzymujemy wapno aktywne ( czyli takie, które szybko reaguje z wodą, szybko się gasi).

Gaszenie polega na:

CaO + H2O -> Ca(OH)2 +Q r. egzotermiczna

Podział wapna palonego w zależności od temp. wypalania kamienia wapiennego:

1. Wapno lekko palone (miękko, słabo T=10000C

Wielkość kryształków CaO jest mała, drobne kryształy (1-2um). Jest to wapno silnie porowate ( bo z bryłek ulatnia się CO2) ; bardzo szybko ulega hydratacji, bo H2O wnika w głąb porów. Czas gaszenia wynosi do 15 min -> wapno szybkogaszące. Czas gaszenia to czas osiągnięcia najwyższej (max temp w procesie gaszenia. Cechą charakteryzującą jest również niski ciężar objętości wy (gęstość pozorna). Ze wzrostem temp wypalania maleje porowatość wapna i maleje szybkość hydratacji, a rośnie ciężar objętościowy. Temp gaszenia > powyżej 800C.

2. Wapno średnio palone kryształki 3-6um T=11500C

3. Wapno ostro palone (wysokopalone) T=13000C

Rozpoczyna się tutaj proces spiekania i wówczas CaO ma wielkość >10um.

Jest to wapno wolnogaszące się. Czas gaszenia powyżej 30 mi. Temp gaszenia ~600C. Jest to wapno b. mało porowate.. Temp gaszenia wapna – to max temp, którą można uzyskać w procesie wypalania.

W reakację z CaO wchodzą domieszki Al2O3, SiO2, Fe2O3 i wówczas powstają gliniany, krzemiany, żelaziany wapniowe. W wysokiej temp związki z domieszek ulwgają nadtopieniu czyli powstała faza ciekła powleka ziarenka tlenku wapniowego CaO. Po ostudzeniu wapna mamy na ziarenkach powłokę szklistą ( nie dopuszcza H2O -> utrudniamy proces hydratacji). Jest to wapno mało reaktywne tzn że wypalone w wysokiej temp może się zupełnie nie chcieć gasić -> wapno martwo palone ( wypalone na martwo, przepalone). Wypalanie kamienia wapiennego prowadzi się w :

1. Piecach szybowych

2. Piecach obrotowych

3. Piecach fluidalnych

Potrzebną temp uzyskuje się przez spalanie paliwa (węgiel lub koks). Uziarnienie kamienia wapiennego wynosi 100 – 150 mm, a uziarnienie paliwa 40 – 80 mm.

Piec szybowy to stalowy walczak wyłożony materiałem ogniotrwałym i zasypywanym od góry. Są dwa sposoby zasypywania surowca od góry:

1. Sposób na „przesypkę” -> kamień i paliwo wsypuje się warstwami, naprzemiennie

2. Sposób na „mieszankę” -> wcześniej przygotowuję się dobrze sharmonizowaną (wymieszaną mieszankę paliwa i surowca). Uzyskane wapno na dole pieca jest odbierane.

Gazy spalinowe wyprowadzane są ciągiem naturalnym. Piece te mogą być opalane gazem.

Ad.2.

Piece obrotowe – piece długie 75-90m; uziarnienie kamienia wapiennego wynosi 10 – 50mm.

Ad.3

Piece fluidalne służą do wypalania bardzo drobnych frakcji ( mączka kamienia wapiennego).

Typy pieców:

Piece typu Maerza – opalane są olejem opałowym lub gazem ziemnym. Uruchamiano je w latach 90 w zakładach w Tarnowie Opolskim.

Kanałem połączącym szyby przepływają gazy spalinowe. Gdy w szybie 1 skończy się proces wypalania, następnie jest podgrzewanie. W zależności od stopnia rozdrabniania wyróżnia się dwa rodzaje wapna palonego:

1. Wapno palone w kawałkach

2. Wapno palone mielone (do produkcji cegły białej)

Uformowane cegły podaje sie autoklawizacji -> proce hydrotermalnego utwardzania (reakcje między wapnę a krzemiąnką biegną w temp 2000C, pod ciśnieniem 8- 16 atm.

Ad.1

Wapno palone w kawałkach stosowane jest w budownictwie do otrzymywania spoiwa wapiennego. W zależności od ilości wody użytej do gaszenia można wyróżnić:

a. Ciasto wapienne – gdzy stosuje się wode w nadmiarze . Ciasto wapienne to mieszanina Ca(OH)2 i nasyconego wodorotlenku w wodzie

b. Wapno hydratyzowane (sucho gaszone) jest to Ca(OH)2 w postaci proszku. Otrzymuje się przy użyciu wody niewiele przekraczającej teoretyczną wartośc.

Pierwsze i drugie stosowane są w budownictwie głównie do wyrobów zapraw i tynków. Otrzymywanie ciast wapiennego na budowach odbywa się w specjalnych płaskich skrzyniach które spuszcza się do dołów wykonanych w ziemi. Czas przebywania wapna w dole wynosi co najmniej 2 tygodnie ( zaprawa murarska) jeśli wapno ma służyć do prac tynkarskich -> zmieszanie (okruchy CaO powodowałby odpryskiwanie tynku). Reakcje gaszenia przebiega wraz ze wzrostem objętości. Wapno leżakujące w dole powinno być zabezpieczone przed dostępem CO2 warstwą wody lub piasku. Wapno hydratyzowane znacznie trudniej ulega karbonatyzacji. Dłużej może być magazynowane. Wiązanie i twardnienie zaprawy wapiennej polega na :

a. Utracie wody

b. Krystalizacji Ca(OH)2 z przesyconego roztworu

c. Karbonatyzacji Ca(OH)2 w skutek działania Co2 z powietrza

Piasek występujący w zaprawie murarskiej zapobiega zbyt dużemu skurczowi podczas twardnienia i przyczynia się do przepuszczalności powietrza przez zaprawę ( oddychanie ścian ). Cztery główne ośrodki przemysłu wapienne go w Polsce:

a. Kieleczczyzna

b. Okolice Opola

c. Okolice Częstochowy

d. Okolice Bydgoszczy

Technologia cementu portlandzkiego i ich pokrewnych.

Wiążące materiały budowlane

Spoiwa Lepiszcze

organiczne Nieorganiczne

(wypalone i rozdrobnione materiały mineralne które po zarobieniu wodą wchodzą w skład chemiczny:

a. Cement romański

b. Portlandzki

c. hutniczy

Organiczne (asfalty) Nieorganiczne (gliny)

Metody produkcji cementu portlandzkiego:

1. mokra – starsza (energochłonna) trzeba odparować dużą ilość wody. Duże piece do 130m.

2. sucha – nowoczesna krótszy piec 30 – 50m. Podgrzewa się wcześniej metodą fluidalną.

Surowce glina (montmorylonit 20% mas. I kaolinit), kamień wapienny 80% mas.

Procesy fizyczne i reakcje chemiczne przebiegające w piecu do produkcji klinkieru:

1. strefa do 1200C – suszenie materiału (wydzielanie wody reakcja endotermiczna)

2. strefa suszenia 200 do 8000C (reakcja endotermiczna – utrata wody międzypakietowej).

W temp 600 do 800 utrata wody krystalizacyjnej.

3. Temp 600 do 900 rozkład węglanów CaCO3-> CaO + CO2

4. 900 do 1300 reakcja w fazie stałej tworzenie krzemianu wapnia CaO + SiO2-> 2CaO * SiO2

Ca2SiO4 – kryształy owalne występują 4 odmiany polimorficzne( alfa, alfa prim, beta i gamma) beta nazywa się belit.

Faza belitowa: belit + domieszki.

Al2O3 + CaO -> CaO*Al2O3 T=700 C

CaO*Al2O3 -> 3 CaO*Al2O3 T=900 C

Fe2O3 + CaO -> Fe2O3* CaO T =700 C

Fe2O3 * CaO -> Fe2O3 * 2CaO T=900 C

Fe2O3 * CaO + 2CaO*Al2O3 -> powstaje roztwór stały Brownmilleryt

4CaO * Al2O3 * Fe2O3

Glinian i żelazo glinian topią się ułatwiają one reakcje w tej temp ponieważ oba substraty rozpadają się w fazie ciekłej .

5. Strefa spikania egzotermiczna do 1450 C

2CaO * SiO2 + Cao -> 3CaO * SiO2

Produktem jest alit

18 cząsteczek 3CaO * SiO2 tworzy jedną komórkę alitu.

6. Strefa chłodzenia gwałtowne do 1100 C. potem można wolno

Beta 2CaO * SiO2 -> gamma 2CaO * SiO2

Co powoduje kompletne zmiany struktury. Odmiana gamma nie ma właściwości wiążących więc nie możemy dopuścić do rozpadu krzemianowego.

Glinian i żelazo glinian przy chłodzeniu wchodzą w szkliwo, które rekrystalizuje tworząc kryształy 10 – 15%. Otrzymane produkty mieli się z dodatkiem gipsu. Klinkier – coś co było w fazie ciekłej i zostało szybko schłodzone (spieczone). Klinkier musi być schłodzony żeby po dodaniu gibsu część wody nie odparowała i nie dała anhydrytu.

Cement portlandzki – jest to materiał hydrauliczny otrzymany przez zmielenie klinkieru spieczonego z wapieni i glin lub innych surowców zawierających : Ca, Si, Al., Fe w temp 1450 C. po odmieleniu gibsu jako regulatora wiązania.

Skład mineralny:

C3S – 45-75%

C2S - 15 – 35%

C3A – 3 -10 %

C4AF -7- 12%

CaO i MgO nieaktywny z wodą. Martwe, po kilkunastu latach łapie wodę i powstają wieksze kryształy wodorotlenku -> rosadzanie.

Oznaczenia:

CaO C

Al2O3 A

Fe2O3 F

H2O H

SIO2 S

Skład chemiczny:

CaSO4, gips, anhydryt do 5%

CaO 62 do 28% masy

SiO2 18 do 25% masy

Al2O3 4,8% masy

Fe2O3 2 do 4 % masy

SO3 do 3%maks

K2OI, Na2O od 0,3 do 0,6% masy

Procesy fizyczne i reakcje chemiczne podczas wiązania cementu portlandzkiego z wodą.

3CaO*Al2O3*3CaSO4*30H2O etryngit. Glinian i żelazo glinian wiążą bardzo szybko, proces ten spowalnia się przez zablokowanie powierzchni etryngitu przez reakcje z gipsem. Proces wiązania cementu polega na równoczesnym przebiegu reakcji hydrolizy i hydratacji.

Wykład 7

Wiązanie cementu portlandzkiego z H2O polega na polimeryzacji krzemowo tlenowej krzemianu wapnia o strukturze odizolowanej przez uwodnione krzemiany o strukturze grupowej łańcuchowej i wstęgowej. Aby zaszły reakcje wiązania musi zajść stosunek w/c = 0,38 ale najczęściej stosujemy w/c = od 0,45 do 0,72 ( jest to stosunek wody do cementu). Po odparowaniu wody powstają mikrorysy skurczowe. Po 28 dniach otrzymujemy 75 do 80% maksymalnej wytrzymałości na ściskanie. Po kilkunastu latach następuje wzrost wytrzymałości przez wtórne wiązanie martwych jąder. Spękania powodują zmniejszenie wytrzymałości.

Rola poszczególnych minerałów w kształtowaniu właściwości cementu:

1. Wytrzymałość mechaniczna Krzemian trójwapniowy wpływa głównie na wytrzymałość do 7 dni po zmieszaniu cementu z wodą. Krzemian dwu wapniowy głównie na wytrzymałość po 21 dniach. Żelazo glinian praktycznie nie wpływa.

2. Szybkość wiązania (wykres) głównie decyduje C3A i C3S, bo mają najszybszy stopień hydratacji

3. Rola w kształtowaniu ciepła hydratacji. Ilość ciepła wydzielającego się z 1g wiążącego cementu nazywa się kalorycznością cementu. 45-75% { 1g czystego C3S – 1Q ~500J/g}

O cieple hydratacji cementu decyduje przede wszystkim ilość C3S i w drugiej kolejności C3O.

4. Rola wodorotlenku wapnia:

Ca(OH)2 jest taka ilość że pH =12,5 , 13,5 - stworzenie alkalicznego odczynu umożliwiającego pracy stali zbrojeniowej - stabilizacja równowagi chemicznej w betonie - Ca(OH)2 w obecności CO2 i wody przejdzie w CaCO3

Dodatki domielane do cementu na końcu procesu:

1. Dodatki hydrauliczne – substancje zasadowe które nie wiąża samodzielnie z wodą, natomiast uczestniczą w procesie wiązania po aktywacji ich Ca(OH)2, cementem portlandzkim CaSO4*2H2Oi wówczas wykazują właściwości wiążące - żużel hutniczy – zawiera on SiO2 , Al2O3 , rude Fe: -Fe - skała płonna: SiO2, Al2O3, CaO

-zawiera on 85 – 95% szkliwa - reszta to faza krystaliczna, która zawiera krzemian glinowo wapniowy (gelit), belit, krzemian glinowo magnezowy (alcermanit) - zawiera do 30 – 50 % CaO i 30 – 40% SiO2 a stosunek (CaO + MgO + Al2O3)/ SiO2 powyżej 1,4.

Ten żużel nie zawiera:

- glinianu trójwapniowego - krzemianu trójwapniowego

Czyli C3S i C3A

Wpływy:

- zmniejszanie pH Ca(OH)2 do pH = 10,5

- zmniejszanie szybkości wiązania, wytrzymałości, zmniejszenie ciepła hydratacji.

2. Dodatek pucolonowy – naturalne lub przemysłowe odpady o charakterze kwaśnym, które posiadają właściwości hydrauliczne czyli reagują z Ca(OH)2 dając krzemian dwuwapniowy który reaguje z wodą dając CSH.

Dodatki te dzielą się na :

Naturalne Przemysłowe

Popioły wulkaniczne

Ziemia okrzemkowa

Popioły lotne

Krzeminka amorficzna SiO2

Odpady związanego cementu

Wypalone wyroby ceramiczne

Popiól lotny zawiera szkliwo w ilości 75-95%. W tym szkliwie znajdujes się głównie SiO2 i Al2O3 stąd charakter kwaśny. Natomiast faza krystaliczna zawiera: kwarc, magnetyt, mulit.

Nie ,a tutaj ani C3S ani C3A

Wpływ:

- zmniejszenie wytrzymałości

- wolniejsze wiązanie

-spadek ilości wodorotlenku wapnia wpływa na obniżenie odporności na działanie kwasów tych tworzyw, którw o ilości CA(OH)2 decyduje głównie C3S

* wykonane są na bazie tych tworzyw z dodatkami które są bardziej odporne na działanie wód miękkich (korozja ługująca)

Krzemionka amorficzna Si)2 – powstaje przy produkcji żelazokrzemu SiO (lotny) ->schł. SioO2

Surowce stosowane do cementu do komponowania wsadów surowcowych do pieca:

1. Podstawowe: -wapienie 80% -gliny używa się ~20%

2. Surowce odpadowe: - drobne frakcje kamienia wapiennego powstałe przy wydobyciu surowca do produkcji wapna - szlamy zawierające CaCO3 powstaje z produkcji sody, z procesu flotacja - żużele hutnicze - popioły lotne - azbest

3. Surowce kompleksowe - metoda Grzymka surowce zawierające >30% Al.2O3 - żużle

- łupiki przywęglowe - popioły lotne służą do otrzymania Al2O3 w sposób: (spiek) stapiania w temp 14000 C2S(gamma) i wówczas powstaje CaCO3 (pył)

Jeżeli ten pył poddamy w autoklawach działaniu sody Al.+ C2S(gamma) + Na2CO3 ->CaCO3

Na*Al2O3->CO2-> Al(OH)3(prażymy)->Al2O3

- metoda kwasu siarkowego z anhydrytu

CaSo4 ->(13000C) ->SO2->H2SO4 ->CaO – do mieszanki surowej dla otrzymania cementu

4. Margle – naturalna mieszanina CaCo3 ~80% i glin ~20% -> margiel naturalny

- wapien marglisty 90 – 95% CaCO3

-margiel wapnisty 80 – 90% CaCO3

- margiel naturalny

- margiel 40 – 75% CaCO3

- margiel gliniasty 20 – 40 % CaCO3, reszta to glin

-glina marglista 5- 20% CaCO3

- glina

Znając skład chemiczny cementu można policzyć skład mineralny, korzystamy ze wzorów Bpgu’a. Natomiast jeżeli mamy analizę surowców to mamy dwie metody:

- metoda Kinda dla wielu składowych: ( np. glina, popiół lotny, żużel)

- wzory Michoelisa dla dwuskładnikowych surowców.

CD. Spoiw powietrznych

1. Spoiwa hydrauliczne. Cechy charakterystyczne : początkowo wiąże i twardnieje na powietrzu, ale po wstępnym związaniu na powietrzu może twardnieć na powietrzu oraz pod wodą. Otrzymuje się go z wapieni marglistych i oprócz kalcytu zawierają dużo minerałów ilastych (20%). Minerały ilaste powodują, że wapno ma charakter hydrauliczny. Wypalanie następuje w temp 900 – 11000C, nie ma fazy ciekłej występują CaO i krzemiany, gliniany oraz żelaziany, które nadają właściwości hydrauliczne.

Powstają:

2CaO*SiO2 3CaO*Al2O3

CaO*2Fe2O3

Zastosowanie:

- sporządzanie zapraw murarskich, tynkarskich, wykazują zwiększoną odporność w warunkach zwiększonej wilgotności

Ad 2 Spoiwa magnezjowe

Surowce spoiwa magnezjowego - prażenie magnezytu

-prażenie dolomitu

MgCo3 -> MgO + CO2 >7500C

CaCO*MgCO3 -> CaCO3 + MgO + CO2

Do spoiwa nie dodaje się wody, bo produkt jest bardzo porowaty i kruchy, występuje wówczas brak wytrzymałości.

Sorel – cement zwany cementem Sorela otrzymany przez dodanie MgCl2 zamiast wody zarobowej.

Sorel – MgCl2 * 5MgO*17H2O (może być siarczan magnezowy)

Spoiwo magnezjowe zmieszane z trocinami stosuje się jako wypełniacze, a tworzywo nazywa się ksylolit lub skałodrzew. Jest to tworzywo bardzo higieniczne łatwo zmywalne, stosowane jak posadzki w szpitalach, szkołach, laboratoriach i pomieszczeniach kuchennych.

MgCl2*6H2O

MgSO4*7H2O (do wody zarobowej wprowadza się sole uwodnione)

Ad3.Spoiwa gipsowe

Wyróżnia się dwie grupy spoiw gipsowych:

1. Właściwe spoiwa gipsowe, których głownym składnikiem jest półwodny siarczan wapniowy CaSO4*1/2H2O SO4 to spoiwo szybkowiążące. Początek wiązania trwa od 3 do 15 min. Koniec 15 do 20 min.

2. Spoiwa anhydrytowe, czyli spoiwa na podstawie CaSo4 anhydrytu; są to spoiwa wolnowiążące. Koniec wiązania osiąga się przy 2,5 – 6,5 h.

Ad. 1

Ze względu na przeznaczenie właściwie spoiwa gipsowego dzieki się na kilka grup:

a. Gipsy budowlane -> gipsy tynkarskie do wykańczania wnętrz, na ścianki działowe we wnętrzu budynków. W wyniku procesu wiązania powstaje CaSO4 *2H2O i nie jest on odporny na działanie wody, więc nie powinny te gipsy być stosowane w warunkach dużej wilgotności. Pewną odporność na wilgotność można uzyskać przez powłoki hydrofobowe ( na powierzchnię), lakiery, emalie z żywic syntetycznych, farby. Gips budowlany musi mieć odpowiednio wysoką wytrzymałość. Odmianą gibsu budowlanego jest gips sztukatorski: - potrzebny odpowiednio wysoki stopień białości - do wyrobu sztukateri (dekoracje, rzeźby, ornamenty) - stiuk – masa wykonana z samego gipsu bez kruszywa lub masa wykonana z gipsu z kruszywem: pył marmurowy, bardzo drobno ziarnisty piasek. -gips modelarski (alabastrowy), bez zanieczyszczeń.

b. Spoiwa gipsowe techniczne – gips stosowany w przemyśle ceramicznym na formy gipsowe, w których formuje się wyroby z mas lejnych przez odlewanie.

c. Gips do celów medycznych (w chirurgii, protetyce)- wysoka wytrzymałość, krótki czas wiązania pH zaczynu gipsowego = 6 do 7 .

Proces dehydratacji gipsu:

Spoiwa gipsowe produkuje się przez odwadnianie gipsu surowego . Spoiwa gipsowe to zazwyczaj mieszanina półhydratów alfa i beta. Półhydraty otrzymywane są w temp 150 do 1800C. Kamień gipsowy spotykamy w województwie Kieleckim w dolinie rzeki Nidy. Można też stosować gipsy odpadowe uzyskane w elektrowniach z instalacji odsiarczania spalin.

Metody otrzymania półhydratu:

1. Prażenie kamienia gipsowego w prażalnikach. Po wydobyciu ze złoża suszy się , rozdrabnia się mieli w młynach 0- 2mm i podaje dehydratacji w sprężarkach -> stalowy bęben, w środku obraca się wał, a na wale łopatki mieszające. Pod prażarką jest palenisko. Następnie przeładowuje się do dojrzewalnika , następuje chłodzenie i ujednorodnienie (gips w wyniku dojrzewania rozkłada się do półhydratu, a bezwodny ulega hydratacji do półwodnego).

2. Piece obrotowe. Piec ustawiony na rolkach pod kątem 50 , prędkość obrotowa 6 obrotów na minute. Materiał przesuwa się współprądowo w kierunku komory rozładowczej w piecu znajdują się spiralne łopatki przesuwające materiał.

3. Dehydratacja kamienia gipsowego w urządzeniach ssąco – ciupciających (mieląco prażących). Jeśli chcemy otrzymać gips wysokojakościowy to prażenie przeprowadza się autoklawach pod ciśnieniem 6 atm. - >otrzymuje się alfa anhydryt. Z roztworu przesyconego krystalizuje gips co powoduje rozpuszczenie nowych porcji półhydratu który ulega hydratacji z wytwarzaniem gipsu, Który krystalizuje i proces się powtarza. Proces wiązania można przyspieszyć lub opóźnić wprowadzając jony wapniowe lub siarczanowe co powoduje przesycenie roztworu.(przyśpieszanie). Wyróżniamy 3 procesy opóźnienia wiązania: - obniżenie rozpuszczalności pół hydratu -> substancje organiczne-> gliceryna i aceton -hamowanie procesu krystalizacji przez dodanie fosforanów które osadzają się w miejscach aktywnych zarodków krystalizacji. -wytwarzanie na ziarnach spoiwa koloidalnej powłoki ochronnej utrudniajającej dostęp wody(pektyna krochmal).

Gips jako materał budowlany ma szereg zalet materiał ekologiczny, sprzyja utrzymaniu komfortu cieplno wilgotnościowego w pomieszczeniach (chłonie nadmiar wilgoci). Otrzymane spoiwo gipsowe jest mało energochłonne. Wada -> rozmiękanie.

Spoiwa fosforanowe.

Spoiwa powietrzne wiążą tylko na powietrzu. Wykazują dużą skłonność do tworzenia struktur spolimeryzowanych. Właściwości wiążące fosforanów zależą od promieni jonowych kationów wchodzących w skład spoiw ( silniej wiążą fosforany zawierające kationy o małych promieniach jonowych). Najczęściej używane to spoiwa fosforanowo glinowe -> wodne roztwory kwaśnych fosforanów glinu. Al.(H2PO4)3 oraz Al2(HPO4)3 . Właściwości wiążące określa się przez stopień neutralizacji spoiwa n = liczba moli Al2O3 / liczba moliP2O5 .

Najlepsze właściwości wiążące są gdy n = 0,33 – 0.66. Nazwa handlowa spoiw fosforanowo glinowych to glifos F.

Glifos C -> spoiwo fosforanowo glinowo chromowe. Ma lepsze właściwości użytkowe, wyższą temp topnienia i lepszą adhezję.

Procesy wiązania spoiw polegają na polikondensacji w której usuwana jest woda.

Zastosowanie w przemyśle materiałów ogniotrwałych. Materiały odporne na wode.

Otrzymywanie glifosu F. Surowce Al.(OH)3 i H3PO4. Al2O3 – mało reaktywny, niestosowany. Stosunek substratów zależy od tego jaki produkt chcemy otrzymać:

Al(OH)3 + H3PO4 -> Al.(H2PO4)3 + 3H2O

2Al(OH)3 + H3PO4 -> Al2(HPO4)3 + 6H2O

Operacje jednostkowe:

1. Rozcieńczanie kwasu fosforowego do 65%

2. Podgrzewanie kwasu do 600C

3. Dozowanie Al(OH)3 (900C, mieszanie)

4. Wygrzewanie przez 2 h w temp 900C – ujednorodnienie spoiwa i całkowite przereagowanie

5. Schłodzenie do temp otoczenia

Otrzymywanie Glifosu C:

Surowce:

- 85% H3PO4

-Al.(OH)3

-CrO3

- formalina HCHO jako reduktor

Etapy:

1. Przygotowanie 65% H3PO4

2. Rozpuszczanie Al.(OH)3 i CrO3 w roztworze H3PO4

3. Redukcja CrO3 do Cr2O3 za pomocą formaliny

Rozcieńczanie można prowadzić wodą lub popłuczkami z mycia instalacji.

4. W temp 600C dozuje się Al.(OH)3 i CrO3 ogrzewanie następuje do temp 900C w czasie 1h.

5. Wygrzewanie w temp 90 do 95 przez 2h.

6. Ochładzanie do temp otoczenia

7. Dodanie formaliny przy intensywnym studzeniu reaktora – temp 200C w czasie 1,5h.

8. Wygrzewanie zawartości reaktora 90 do 950C przez 2 h- ujednorodzenie materiału

9. Ochłodzenie do temp otoczenia

10. Transport do magazynu

Można też stosować kwas fosforowy ekstrakcyjny, jest on tańszy, bo jest otrzymywany przez działanie H2SO4 na apatyt lub fosforyt. Ca5(PO4)3F (apatyt fluorowy). Wada znacznie bardzo zanieczyszczony w porównaniu z kwasem termicznym, zanieczyszczenia mogą pogarszać właściwości spoiwa.

Składnik [%]

P2O5

SO3

CaO + MgO

Fe2O3 + Al2O3

SiO2

F

H3PO4 Termiczny

62%

0,01

0,02

0,01

-

-

H3PO4 ekstrakcyjny

54%

5,2

0,06

0,78

0,03

1,0

CaO, MgO, Fe2O3 – ich udział nie wpływa na własności spoiwa.

SiO2 jest tlenkiem inertnym

F – w praktyce nie ma znaczenia, bo F2 w procesie ulatnia się w postaci HF i jest absorbowane w płuczkach wodnych.

SO3 – (SO42-) pogarsza właściwości wiążące spoiwa.

Odsiarczanie H3PO4 ekstrakcyjnego

3Ca3(PO4)2*CaF2 + 10H2SO4 -> 6H3PO4+10CaSO4 + 2HF

Zalety spoiw fosforanowych:

- bardzo dobre właściwości wiążące

- niepalność

- odporność na wysokie temp

- dobra przyczepność do metali oraz tworzyw metalicznych (ceramika i drewno)

Zastosowanie:

1. Przemysł materiałowy do produkcji materiałów ogniotrwałych chemicznie wiązanych - które nie wymagają wypalania wys. Temp, ale utwardzania w temp 6000C w efekcie końcowym powstaje odporny AlPO4

2. Do impregnacji wyrobów węglowych i grafitowych obserwuje się wyraźny wzrost wytrzymałości, zmniejsza się zdolność tych wyrobów do utleniania jako wymurówka w piecach do topienia Pb lub Al.

3. Do produkcji barwnych kryształów i tzw. Posypek mineralnych w elewacjach budynków a posypki na papę dachową np. piasek gruboziarnisty + barwnik + spoiwo fosforanowe

4. Do wytwarzania płyt z tworzyw drzewnych np. z wiórów drzewnych lub włókien mineralnych np. włókna kaolinowe, bazaltowe ; pH 1.5 do 2,5 roztworu fosforanowego może korodować włókna mineralne, wiązanie fosforanowe nie jest elastyczne , jest kruche.

W praktyce miesza się spoiwa fosforanowe z żywicami (fenolowo – formaldehydowe, mocznikowe ph=7 do 9, po zmieszaniu ph= 4 do 6) Żywice nadają także elastyczność. Udział żywic zwiększa wodoodporność. CHUJ WILEKI DWA BĄBELKI.

SZKŁO

1.Podział szkła:

a)Szkła krzemianowe – najbardziej rozpowszechnione, tlenek szkłotwórczy SiO2 (najpopularniejszy).Najbardziej znane to sodowo – wapniowe – zbudowane są:

- piasek szklarski [SiO4]

- soda Na2CO3

- surowiec wapienny ( dominuje kalcyt CaCO3)

- dodatkowe surowce Al2O3, MgO – ich rola polega na polepszaniu właściwości mechanicznych, zwiększenie odporności na działanie czynników chemicznych.

Przykłady szkła krzemianowego – sodowo – wapnioweo:

- SiO2 71-73% mas.

- Na2O 12-14% mas.

- CaO 10-12% mas.

- MgO 1-4% mas.

- Al2O3 0,5-1,5% mas.

2. Szkła specjalne:

a) szkła kwarcowe – otrzymuje się w wyniku stapiania czystego kwarcu SiO2. Nie wprowadza się żadnych składników alkaicznych, żadnych dodatków. Topi się w temp. 1735oC, w tych szkłach dodatki alkaiczne obniżają temp.

Surowce to bardzo czysty kwarc – kryształ górski [99,5-99,9%], z brazyli lub USA.

Właściwości:

- przepuszcza promieniowanie UV i UV-Vis, czego szkło zwykłe nie potrafi, to dlatego przez zwykłe szkło nie potrafimy się opalić.

- zdolność przepuszczania IR – promieniowania podczerwonego,

- bardzo niski współczynnik rozszerzalności cieplnej 5-10*10-7 1/oC (umozliwia sterowanie w dylatometrach, służą do zmiany wymiaru liniowego różnych tworzyw. Element kwarcowy w dylatometrach jest elem.odniesienia. Z tym niskim WSP.rozszerzalności wiążę się to z bardzo dużą odpornością na nagłe gwałtowne zmiany temp.

- odporny na działanie kwasów za wyjątkiem HF (aktywuje szkło kwarcowe), gorący st. H3PO4.

Zastosowanie:

- optyka – soczewki, pryzmaty

- laboratoria – zlewki, szkiełka, kolby, parownice,

przemysł chemiczny, farmaceutyczny, na zbiorniki na kwas,

rury i lampy do promienników podczerwieni i nadfioletu.

3. Szkła farmaceutyczne i dla celów pokrewnych:

- szkła ampułkowe – na ampułki do zastrzyków,

- szkło na fiolki, słoiczki na medykamenty.

Muszą to być szkła obojętne (nie mogą reagować z medykamentami). Dlatego muszą mieć ściśle określony skład: znacznie mniej Na2O w swoim składzie w porównaniu ze szkłem zwykłym <10% Na2O. Jako surowiec PbO jest absolutnie niedopuszczalny.

4. Szkło laboratoryjne – muszą charakteryzować się dużą odpornością chemiczną. Są to najczęściej szkła; boro – krzemowe (borokrzemianowe) zawierające B2O3. Zawierają zwiększoną zawartość B2O3 oraz PbO3, mniej jest tlenku sodowego i wapniowego.

- szkła niemieckie – genathern; 4,6% B2O3,8,3% Al2O3 oraz 7,7% Na2O.

- szkła polskie – Silvis

Mają jedną wadę: związki boru są trudnodostępne i niestety drogie. Dlatego zmierza się do wytwarzania szkieł tańszych. Są to szkła wysokoglinowe bezalkaliczne ( zawartość Al2O3 dochodzi do 20%), natomiast tlenek alkaiczny 0%.

Przykład szkła niemieckiego; supremax: 25,7% Al2O3, 0,6% Na2O. Musi być to szkło laboratoryjne mające również dużą odporność termiczną, zatem jego współczynnik rozszerzalności cieplnej <50*10-7 1/oC, musi być niski.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej α = ∆t/(l1*∆t)

l1 – długość paraboli przed nagrzaniem. Najbardziej zwiększają α tlenki metali alkaicznych. Tlenki II grupy ukł. okresowego mniej wnikają, w mniejszym stopniu wnikają na α.

Przykłady; Pyrez - B2O3 (11,4%) (szkło amerykańskie)

- polskie szkło; termisil

- Wytrzymałość termiczna szkła – wyraża się różnicą temp.jaką wytrzymują wyroby szklane. Dla szkieł: boro- krzemianowych wytrzymałość termiczna ≈ 300oC, szkła kwarcowe ≈ 1000oC (bardzo wytrzymałe).

5. Szkła refleksyjne:

- otrzymywanie: pokrywa się szkło bardzo cienkimi warstewkami pewnych metali Cu, Au o grubości 0,00001 mm, a czasem tlenkami.

- zalety:

- przepuszczają promieniowanie widzialne, odbijają promieniowanie podczerwone (czyli prom.cieplne)( nie jest przenikliwe dla ciepła). Są to tzw. złote szyby – stosowanych w budynkach publiczności społecznej. Stosując takie szkła oszczędza się na klimatyzacji ok.30%. Latem chronią przed promieniowaniem, nadmiernym nagrzewaniem, zimą odwrotnie.

- dwie metody produkcji tego szkła:

- polega na naparowywaniu metalu w wysokiej próżni (pary metalu osadzają się na chłodnej powierzchni szkła)

- próbuje się przez rozpylanie metalu w polu elektrycznym (tańsza)

- zastosowanie:

- złocone szkła noszą astronauci i kosmonauci, kiedy opuszczają statek,

- stosuje się suwnicowi w hutach w celu ochrony wzroku.

6. Szkło światłoczułe – fotoczułe:

Zjawiska fotochemiczne w szkłach:

- Zachodzą w szkłach światłoczułych, ale również w zwykłych. Polegają one na tym, że pod wpływem działania promieniowania elektromagnetycznego zachodzą w strukturze szkła przemiany odwracalne bądź nieodwracalne, które ujawniają się zmianą przepuszczalności światła lub barwy.

- mechanizm zjawiska: padający na szkło kwant energii, wytrąca elektron z atomów substancji domieszkowych, co powoduje przejście kationu metalu na wyższy stopień utlenienia.

- szkła fotoczułe – są to najczęściej szkła krzemowo-borowo-glinowo-sodowe plus małe ilości dodatków.

Zjawisko zachodzi również w zwykłym szkle okiennym – obserwuje się pociemnienie szyby ( efekt solaryzacji) od promieni słonecznych.

Dochodzi wtedy gdy szkło zawiera w swoim składzie pierwiastki o zmiennej wartościowości (Fe, Mn) uwalniając elektrony.

Mn2+ + kwant = Mn2+ + e-.

Fe3+ +e- = Fe2+.

Przyciemnienie wynika stąd, że nowopowstałe jony znacznie silniej barwią szkło niż jony wyjściowe. Jest to zjawisko nieodwracalne.

7. Szkła fotoczułe: 1) fotostatyczne, 2) fotodynamiczne.

- ad,1. zjawiska nieodwracalne: domieszki: Ag2O, Ce2O3 (tlenek cezu).

Ce3+ + kwant = Ce4+ + e-.

Ag+ +e- = Ag0.

Dochodzi do otrzymywania metalicznego srebra, które powoduje tworzenie zarodków krystalizacji. Podczas promieniowania szkło się nagrzewa. Podgrzewanie szkła na tych zarodkach powoduje, że narastają krystaliczne aglomeraty i w ten sposób możemy doprowadzić do krystalizacji całej masy szklanej. Jest to zjawisko nieodwracalne. Stąd nazwa szkieł – fotostatyczne.

Po co to wszystko??

W praktyce naświetlanie szkła odbywa się poprzez wzornik albo szablon. I właśnie tam zajdzie proces. W miejscach przesłoniętych (gdzie promieniowanie nie dochodzi). Wywoływanie tego obrazu odbywa się poprzez ogrzewania (temp.wyższa od temp.odprężania szkła a niższa od temp.mięknienia). W miejscach naświetlonych, gdzie dotarło promieniowanie powstała faza krystaliczna. W miejscach nienaświetlonych amorficzna (bezpostaciowa). W związku z czym mamy dwie fazy w szkle naświetlanym przez wzornik.

Dwie fazy różnią się rozpuszczalnością w kwasach. Pod uwagę bierze się kwas HF. Miejsca naświetlone ( gdzie doszło do powstania fazy krystalicznej) znacznie łatwiej rozpuszczają się w kwasach. Faza krystaliczna rozpuszcza się 30-50 krotnie lepiej w HF. Miejsca naświetlone można rozpuścić (wytrawić) do pewnej głębokości lub na wylot. Jest to proces fotowytrawiania. Tą metodą produkuje się przede wszystkim:

- detale wklęsło-wypukłe dla zminiaturyzowanych urządzeń elektronicznych.

- dysze przędzalnicze (filierki) do ciągnienia sztucznego jedwabiu. Mają one na powierzchni 1cm2 – kilka tysięcy otworów.

- ad.2. Zachodzą tutaj procesy odwracalne, pod wpływem promieniowania.

Przykłady; okulary słoneczne.

Inna nazwa to szkła fotochromatyczne lub fototropowe.

Są to szkłą borowo-krzemowo-glinowo-sodowe, ale są inne dodatki – są to halogenki srebra AlCl, może być jeszcze BrCl.

- SiO2 ;40-76% mas.

- Al2O3 ;4-26% mas.

- B2O3 ;4-26% mas.

- Na2O ;2-20% mas.

a AlCl ; 0,-0,7% mas.

W niewielkich ilościach wchodzą także sensybilizatory CdO, SnO, Sb2O3, As2O3. Zwiększają czułość na światło i powodują pogłębienie zacimnienia.

Proces polega na tym, że podczas studzenia mogą powstać kryształki 5-40μm AgCl. Przy mniejszych zjawisko fotochromatyczności nie zachodzi. Natomiast większe powodują rozproszenie światła.

00 ClAgClAg ierozjasnian ciemnienie + ← →+ −+

Ziarenka metalicznego srebra pochłaniają światło natomiast kryształki AgCl w stanie jonowym przepuszczają jon.

Zastosowanie:

- w budownictwie, w pomieszczeniach gdzie trzeba utrzymać stałą intensywność naturalnego oświetlenia,

- przemysł motoryzacyjny, zwłaszcza na szyby aby nie powodować oślepienia kierowcy,

- okulary optyczno-słoneczne (promieniowanie UV i IR – ochrona),

- w filtrach świetlnych na poligonach jądrowych (transmisja światła z 10 - 20 ms jest zmniejszana do 0,001%).

CERAMIKA

1.Podział przemysłu ceramicznego:

Tworzywa ceramiczne to niemetaliczne substancje nieorganiczne otrzymane w wyniku działania wysokiej temp.

Przemysł ceramiczny:

- przemysł ceramiki właściwej:

- przemysł ceramiki szlachetnej

- przemysł ceramiki specjalnej

- przemysł ceramiki budowlanej

- przemysł ceramiki materiałów ogniotrwałych

- przemysł materiałów wiążących (cement, wapno, gips)

- przemysł szklarski

- przemysł emalierski

Przemysł ceramiczny materiałów ściernych

Główną podstawą podziałów jest:

- podobny, jakościowy skład chemiczny (tzn., że w skład wchodzą CaO, Al2O3, SiO2)

- wyroby otrzymuje się w wyniku działania wysokiej temp.

2.Surowce ceramiczne:

Podział:

- surowce plastyczne – surowce ilaste bo w ich skład wchodzą minerały ilaste. Wyodrębnia się kaoliny i gliny (różnią się ze sobą składem mineralnym i ziarnowym).

Minerały ilaste powstają w wyniku wietrzenia skaleni:

(skaleń potasowy)

K2O* Al2O3*6SiO2 + CO2 + 2H2O = Al2O3*2SiO2*2H2O + K2CO3 + 4SiO2

(kaoliny); skład mineralny kaolinów (pozostaja w miejscu gdzie zachodzi proces wietrzenia). Kaolinit/kwarc, skaleń, domieszki miki = składniki nieilaste w kaolinach/

Uziarnienie zróżnicowane (kaolinit ma drobne ziarna, grubsze mają składniki nieilaste)

(gliny): czynniki transportujące produkty wietrzenia skaleni to woda i wiatr. Podczas transportu następowało domieszanie wielu innych składników mineralnych oa następnie segregacja ziarnowa.

Skład fazowy glin:

- minerały ilaste

- minerały nieilaste: kwarc, minerały żelaza (hematyt Fe2O3, limonit FeOH, piryt FeS, syderyt)

- domieszki: węglany wapnia i magnezu: kalcyt, magnezyt, dolomit, korund Al2O3, tytanit TiO2 (rutyl, anataz – dwie odmiany polimorficzne TiO2), gips CaSO4*2H2O. domieszki subst.org., domieszki soli np.: siarczanów, związków manganu, wanadu.

Skład ziarnowy jest bardziej jednorodny niż w kaolinach.

Kaolin – minerał do produkcji porcelany.

Składniki szkodliwe w ilastych surowcach ceramicznych:

Składnik szkodliwy - są organ.związane ze złożem,

Domieszki szkodliwe – są sztucznie wprowadzone do surowca.

Składniki szkodliwe dzielą się na 3 grupy:

- 1.składniki mechaniczne

- 2.organiczne

- 3.chemiczne (nieorganiczne)

Ad.1.są to ziarna, okruchy skalne dość dużych rozmiarów (>2mm). Są szkodliwe, bo są duże, twarde, co utrudnia mielenie surowca, przygotowanie masy, formowanie wyrobu. Oddziałują szkodliwie w procesie wypalania wskutek rozszerzalności cieplnej (najczęściej są to ziarna kwarcu, który podczas wypalania – przemiany polimorficzne czyli wzrost objętości. Odwrotnie substancje ilaste się kurczą. Wszystko to grozi mikropęknięciami).

Ad.2.rośliny na etapie formowania blokuja ustnik prasy ślimakowej (formowanie przez wyciskanie). Uformowana cegła (surówka) będzie zniekształcona. W wypalonym wyrobie pozostana puste miejsca oraz obserwuje się lokalne nadtopienia lub zbąblenia.

Ad.3.cztery zasadnicze składniki chemiczne – margiel, sole rozpuszczalne w wodzie, siarczki żelaza i gips.

Korozja ceramicznych materiałów budowlanych spowodowanych marglem.

Margiel - >0,05mm ziarna kalcytu i wszelkich wapieni. Najbardziej szkodliwy czysty kalcyt. W procesie wypalania od 600- 800oC nastepuje rozpad CaCO3.

CaCO3 = CaO + CO2.(CaO – bardzo reaktywny a ziarna bardzo porowate).

MgCO3 = MgO + CO2

CaO pod wpływem H2) ulega reakcji hydratacji CaO + H2O = Ca(OH)2. Reakcja ta zachodzi nawet pod wpływem pary wodnej z powietrza:

- wzrost objętości (lokalne naprężenia co powoduje spękanie, odpryski, a nawet dochodzi do zgruzowania cegły.

Destrukcyjność marglu w cegle zależy:

- od ilości

- od rozmiaru ziaren (im większe tym gorzej)

- czy był to czysty węglan wapnia (dwukrotny wzrost objętości) czy z domieszkami mineralnymi (wzrost obj. jest mniejszy).

Jeżeli margiel wypala się w wysokiej temp.to nie jest on taki szkodliwy bo następuje wtedy przepalenie CaO, jeżeli wypalilibyśmy w temp.rzędu 1350oCto otrzymamy wapno martwe.

Jak sprawdzić czy w glinie wytepuje margiel. Zalewa się rozcieńczonym HCl;

CaCO3 + HCl = CaCl2 + H2O + CO2.

Korozja ceramiczna materialu budowlanego spowodowana obecnoascia soli rozp w H2O

(siarczany): potasowy, magnezowy, sodowy, amonowy

Jak sprawdzić czy ta glina zawiera siarczany?

Glina(50g)+ 100mlH2Odest….. gotowanie 15 min i przesączyć. Osad odrzucic a przesącz rozdzielić do dwóch próbek i robimy dwie próby:

-CaCl2+2AgNO3=2AgCl+Ca(NO3)2

-Na2SO4+BaCl2=BaSO4 +2NaCl

Szkodliwe objawy: zmiany w cegłach:

-na powierzchni wyrobów pojawiają się białe tzw wykwity czyli krystaliczne osady

-spękania cegieł

-odpadanie tynków od murów

-kruszenie się całej zew. Pow. Muru

Te procesy występują przy współudziale wody(fazy ciekłej) , gdyż cegła ma pewna porowatość, wnikliwość i woda się rozpuszcza.

Przy powierzchni cegły następuje parowanie wody z roztworu i pozostaje biały osad zwany wykwitaniem.

Źródła wody potrzebne do tej korozji:

-opady atm.

-kapilarne podciąganie wody z gruntu

-reakcje chem. Zachodzące w cegle:

Ca(OH)2 + CO2= CaCO3+ H2O

Ca(OH)2+SO3=CaSO4 +H2O

Znacznie bardzie jest szkodliwy proces który zachodzi w środku cegły, a mianowicie krystalizacja siarczanów cegły z przesyconych roztworów-powoduje to rozpad cegły. Bezpośrednia przyczyną jest fakt, iż siarczany krystalizują z dużą ilością wody krystalizacyjnej. Groźne bo towarzyszy temu wzrost obj. hydratu.

Na2SO4*10H2O= 4 razy większa obj w porównaniu z cząstką siarczanu bezwodnego.

Drugą szkodliwa solą jest siarczan magnezowy

MgSO4*7H2O obj 2,5 razy wieksza niż bez wody

MgSO4 lubi reagować z Ca(Oh)2 a ten wystepuje w zaprawie, tynku wobez czego biegnie reakcja.

MgSO4+Ca(OH)2=CaSO4+Mg(OH)2

Produkty są trudno rozpuszczalne w wodzie i krystalizują pod powierzchnia cegły powodując i oderwanie wierzchniej warstewki cegły razem z tynkiem.

Źródła soli łatwo rozp w H2O

-surowiec illasty czyli glina(jeżeli w glinie wystepuje nawet niewielka domieszka 0,05 % mas.)

-surowiec schudzający, piasek popiół żużel złom gotowych wyrobów ceramicznych.

-woda zarobowa

-gazy spalinowe stosowane do suszenia surówki w suszarniach

-paliwa stosowane do ogrzewania pieców(jeżeli paliwo zasiarczone a więc węgiel z pirytem)

Po wy7paleniu może się okazać z e w cegle znajduja się siarczny np. MgSO4 który powstał podczas wypania w piecu. Bo glina zawirała domieszki MgCO3 i CaCO3*MgCO3 i przy wypalaniu następował rozkład magnezowy:

MgCO3=MgO+CO2

Lub glina zawierała piryt

2FeS2+5,5O2=Fe2O3 + 4SO2

SO2+0,5O2=SO3

------------------------------------

MgO+SO3=MgSO4

Siarczany rozp w H2O nie niszczą tak szybko

Nieplastyczne surowce ceramiczne:

1.surowce schudzające

-naturalne(piasek-krzemionka)

-sztuczne

Sztuczne to takie które się uzyskuje w wyniku oddzielnych procesów technologicznych:

-wstępny przerób surowców naturalnych polegający na ich przeprażeniu np. glin w wniku czego trącą plastyczność i uzyskujemy szamot(palonki).

Przy produkcji materiałów ogniotrwałych szamotowych trzeba stosować szamot bo pias4ek obniża ogniotrwałość tego materiału.

-przeróbka spieczonych odpadów produkcyjnych-złom uzyskany z wybrakownych wyrobów(złom kamionkowy, sztuczna porcelana)

-surowce otrzymane w wyniku złożonych procesów produkcyjnych, tzn. :

-korund(elektrokorund) (topienie boksytów w piecu elektrycznym)

-węglik krzemu SiC –karborund-otrzm. Z koksu i krzemionki w temp rzędu 2700stC

(nazwa stad bo twardość wynosi 9,5 korund 9 a karbon 10 więc karborund 9,5)

2.wypalające się dodatki:

-trociny

-mączka drzewa korkowego

3.Topniki-skalenie

Zamiast skaleni może być zastosowany bazalt(czarny) do produkcji kamionki a także mogą być stosowane wapienie przy produkcji kafli. CaO reagując z innymi krzemianami tworzy niskotopliwe krzemiany.

Surowce pomocnicze

1)plastyfikatory czyli lepiszcze stosowane jeżeli produkujemy wyroby z mas sypki poprzez prasowanie. Plastyfikator ułatwia prasowanie wyrobów oraz nadaje pewna wytrzymałość surówce. Podczas wypalania wyrobów ulegają wypaleniu , gdyz plastyfikatory to subst. Org.

Ilości są niewielkie , rzędu kilku procent masowych. Jako plastyfikator org. Stosuje się Kluta, alkohol poliwinylowy (PVA), smoła, Olek, melasa-odciek przy krystalizacji cukru, roztopiona parafina czyli wosk. Jako plastyfikatory org. Są spoiwa fosforanowe(AlPO4, CrPO4).

Operacje jednostkowe w technologii ceramiki i zjawiska im towarzyszące

1)przygotowanie surowców

2) przygotowanie mas

3)formowanie wyrobów

4)suszenie

5)wypalanie

Ad1 w ramach przygotowania surowców naturalne ujednorodnienie surowców plastycznych(ilastych)-homogenizacja:

Osiąga się je przez:

a)zimowanie gliny-

b)wietrzenie gliny-

ad a)

nawilżoną gline poddaje się powtarzającym się procesom zamrażania i odmrażania. Woda jest zawarta w porach i zamarza, jak przychodzi odwilż powoduje to kruszenie gliny. Robi się to w ten sposób że usypuję się pryzmy(hałdy). Przytrzymywanie pryzmy-półtora miesiąca dla glin chudych a dla tłustych 3 mies.

Poddawanie pryzmy działaniu warunków atm w lecie, okresowe nawilżanie, wysychanie co sprzyja spulchnianiu gliny.

Zalety hałdowania:

-poprawa jednorodności gliny

–łatwiej formuje się wyroby

Wady hałdowania:

-pracochłonność

-potrzebne są duże przestrzenie

Unieszkodliwianie zanieczyszczeń gliny ( w glinach ceglarskich):

Unieszkodliwianie margli:

1.mechanieczne

2.unieszkodliwianie chemiczne

Ad.1.najstarsza metoda jest pławienie – trzeba wymieszać glinę z woda w zbiorniku i otrzymuje się gęstwę. Ziarna margli opadają na dno zbiornika; a substancje ilaste utrzymują się w gęstwie. Następnie przpompowujee się gęstwę do drugiego zbiornika – osadnik. Wysychanie wody w osadniku pod wpływem ciepła słonecznego. Zamiast systemu osadników się hydrocyklony.

- stosowanie tzw. Walców eliminacyjnych ( kruszarka walcowa) – zasada unieszkodliwiania mechanicznego.

Metody:

- unieszkodliwianie marglu przez podwyższanie temp.wypalania pow.1000st.C.Wtedy nie usuwa się marglu w surowcu ale CaO ulega przepaleniu, jest mało reaktywny, jest martwy. Metoda ta nie może być stosowana kiedy jest niska temp.spiekania glin i niska temp.topnienia.

- zatapianie (hartowanie). Nie usuwa się marglu z gliny ale wypalone wózki z cegłami wprowadzało się do koryt z wodą. Tam jest duży nadmiar wody i jeżeli jest dużo marglu to cegły się rozpadają.

Ad.2.wprowadza się do masy ceramicznej dodatki, które w procesie wypalania cegły utwożą niskotopliwe krzemiany. Dodatkami są chorki: CaCl2. fala cieplna jest pochłaniana przez porowate ziarna CaO, po ostudzeniu tworzy fazę szklistą.

Wady:

- podwyższenie kosztów produkcji

- zastosowanie sporych dodatków powoduje, że wzrasta kruchość wyrobów wypalanych.

Metody unieszkodliwiania siarczanów rozpuszczalnych w H2O zawartych w surowcach ilastych.

1.unieszkodliwianie rozp.siarczanów w procesie produkcyjnym za pomoca preparatów chemicznych.

2.stosowanie w procesie produkcyjnym odpowiednich zabiegów technologicznych.

Ad.1.najprostrze metody: wprowadzamy do masy ceramicznej związki baru (BaCO3, BaCl2) i powstaje nierozpuszczalny siarczan baru (wada). BaCl2 wprowadzane jest do wody zarobowej. Nie można zastosować nadmiaru BaCl2 ponieważ on pozostanie w wypalonej cegle co powoduje pęknięcia, wykwity hydratu chlorku baru.

Wady:

- konieczność bardzo precyzyjnego dodawania związku baru

- silne trucizny.

Ad.2.chodzi tu o gliny, które nie zawieraja siarczanów (FeS), które zawierają gliny ceglarskie i nie należy ich hałdować, a mas ceramicznych z dodatkiem takiej gliny nie należy dołować. Ponieważ przy dopływie powietrza piryt utlenia się do Fe2O3 natomiast SO3 powstałe w wyniku utlenienia pirytu tworzy mgłę H2SO4.

CaCO3 =(H2SO4)= CaSO4

MgCO3=(H2SO4)=MgSO4 obie sole niepożądane

Do minimum trzeba tez skrócić czas składowania tzw.surówki czyli uformowanych cegieł przed suszeniem i wypalaniem.

Dołowanie masy ceramicznej.

Chodzi tu o mase plastyczną. Celem dołowania jest zwiększenie plastyczności masy. W odróżnieniu od hałdowania glin dołowanie masy ceramicznej przeprowadza się w pomieszczeniach zamkniętych. Dzisiaj przeprowadza się w dołownikach, są to tzw.obetonowane niecki. Najlepiej gdy w tych dołownikach jest temp.lekko podwyższona (25-35st.C) i wilgotna atmosfera. Podczas procesu dołowania stosuje się zraszanie masy wodą. Podczas dołowania następuje wyrównanie wilgotności masy oraz zachodza procesy fermentacji i butwienia części organicznych. To zwiększa plastyczność co ułatwia formowanie wyrobów (polepszaja się właściwości formiczne).

Wada: dołowanie to proces długotrwały. Zaleca się od 6-12 tygodni a minimum to 2-4 tygodnie. Przzy bardzo dużej skali produkcji nie stosuje się dołowania. Zastępuje się dołowanie składowaniem masy w tzw.wieżach homogenizacyjnych (cylindryczny zbiornik, otwarty od góry, od dołu zamykany użądzeniem do odbierania masy). Duża powierzchnia od 100- 150m3. czas składowania rzędu 24h.

Formowanie wyrobów z mas plastycznych.

Metody:

- przez wyciskanie (prasa ślimakowa, ustnik, pasmo masy wychodzące jest ucinane).

- formowanie wtryskowe (typowe dla masy plastycznej).polega na tym, że masa plastyczna pod wysokim ciśnieniem, które nadaje jej przyspieszenia od 15-20m/s jest wtryskiwana za pomoca dyszy do formy. Masa plastyczna, która przemieszcza się z tak dużą szybkością zachowuje się jak ciecz. W wyniku zderzenia się masy z powierzchnią formy następuje oddzielenie się wody od cząstek stałych i H2O odprowadzane jest przez kapilarę znajdujacą się w formie. W skutek utraty wody wyrób może być wyjęty z formy bez Obary deformacji. Forma składa się z dwóch części. Podczas fomowania obie części formy znajduą się pod działaniem próżni. Otwieranie formy i wyjmowanie wyrobu odbywa się przez krótkotrwałe podawanie sprężonego powietrza z jednej strony. Nie może być to forma gipsowa, musi być ścisle określona, musi mieć:

- dużą wytrzymałość mechaniczną

- odpowiednia porowatość.

Formy są z poloplastu – materiał ze sztucznej żywicy i wypełniacza nieorganicznego.

Zalety:

- z jednej formy roboczej można uformować 10 wyrobów w czasie jednej minuty.

Tocznie izolatorów z mas plastycznych;

Zastosowanie prasy ślimakowej z ustnikiem i pasmo wychodzące podsusza się w wyniku czego wytrzymałość wzrasta. Następnie wytacza się izolatory na tokarkach.

Formowanie z mas lejnych.

Metody:

- odlewanie wylewne (wazony)

- formowanie przez odlewanie tzw.nalewne – tą metoda formuje się wyroby o dość dziwnych kształtach (ceramika sanitarna). Przy odlewaniu nalewnym, forma składa się z części zewnętrznych i wewn.,grubość ścianek wyrobu zależy od odstępu pomiędzy zew. i wew.częścia formy.

Formowanie masy sypkie:

- formowanie przez prasowanie,

- formowanie izostatyczne (hydrostatyczne);

Podczas formowania klasycznego przez przesuwanie w wypraskach jest nierównomierne zagęszczanie się masy w czasie formowania. Metodą formowania izostatycznego formuje się świece samochodowe. Potrzebna jest tu forma gumowa lub lateksowa oraz zbiornik ciśnieniowy oraz olej. Za pomoca prasy hydraulicznej formułuje się klasyczny wyrób, kształtke. Potem umieszcza się w formie lateksowej. Kładzie się ja na środek zbiornika i wtłacza się olej. Ciśnienie 300MPa. Olej sprasowuje próbke pod jednakowym ciśnieniem we wszystkich kierunkach.

Wypalanie wyrobów.

Wadą którą się obserwuje są „czarne rdzenie” tzn., że cegła jest w środku czarna. Spowodowane przez procesy zachodzące podczas wypalania. Minerały ilaste podczas ogrzewania ulegają dehydroksylacji;

Al2O3*2H2O =500-600st.C=Al2O3*2SiO2 (metakaolinit) + 2H2O

W zakresie temp.500-600st.C wyrób jest porowaty. Para wodna blokuje pory i wtedy utrudniony jest dostęp powietrza do wnętrza wyrobu co grozi to, że w środku wyrobu zachodzi niecałkowite spalanie i powstaje;

C + ½)2 = CO, wobec tego CO działając jako reduktor powoduje powstanie Fe3+ =(CO)=Fe2+.

Przyczyny czarnego rdzenia:

- niepełne spalanie w części wyrobu, części organiczne pozostają w środku zwęglone resztki substancji organicznej.

- pojawiaja się związki Fe2+ i maja barwę szaro-czarną.

Porcelana-to białe spieczone , nienasiąkliwe, nieprzepuszczalne dla gazów o dużej wytrzymałości mechanicznej i elektrycznej. Stosowana jest do budowy aparatury chemi. W elektrotechnice .Możliwość zdobienia prześwietlana w cienkich warstwach. Zawiera ona dużo topnika(skaleń)im go więcej tym wzrasta ilość szkła, co powoduje zmniejszenie wytrzymałości.Temp wypalania 1250-1300

Półporcelana(porcelit=porcelana kremowa lub słoniowa)Ma właściwości pośrednie między porcelaną a fajansem. Niższa wytrzymałość, gorsze właściwości elektryczne. Stosowana jest do produkcji naczyń stołowych.Nie jest tak biała. Jest słabo prześwietlana w cienkich warstwach. Jest tańsza niż zwykła porcelana. Nadaje się do prod. ceramiki sanitarnej.Temp wypalania surowców 1230-1280

Fajans-ma jasną barwę, jest porowaty, nie prześwietlany , dużo niższa wytrzymałość mechaniczna. Stosowana jest do płytek ściennych. Temp wypalania 980-1150

Kamionka-otrzymuje się z glin kamionkowych. Gliny te są b. plastyczne, zawierają do 10% topników(skaleń, bazalt).Mają niskie temp spiekania 1100-1200. Jako surowce schudzajace stosujemy: surowce krzemionkowe, złom krzemionkowy.Kamionka jest tworzywem spieczonym, o nasiąkliwości<6%, o barwie kremowej, szarej, brązowej lub czerwonej, o bardzo wys. wytrzymałości mech, niskiej ścieralności i dużej mrozoodporności i dużej odporności na działanie większości kw i zas. Skład kamionki kwasoodpornej: glina 65% skaleń 10%, złom kamionkowy 25%.Temp wypalania tej kamionki wynosi 1180-1300. Robi się zniej zlewy kamionkowe, rury kanalizacyjne, płytki kamionkowe.

Płtyki podłogowe to mogą być:płytki kamionkowe szkliwione lub nieszkliwione(terakota) lub płytki typu granit charakteryzują się one b. małą nasiąkliwościa wody. Ich wygląd ma imitować naturalne kamienie. W produkcji podstawą jest masa biało wypalająca się, którą można Barwic barwnikami ceramicznymi. Barwic można całą masę lub wprowadzać kawałki innej zabarwionej masy. Płytki stosuje się na balkonach, tarasach lub klatkach schodowych.

Składy mas i temp.wypalania.

Rodzaje porcelany:

- 1.twarda (techniczna)

- 2.miękka do zastaw stołowych

Ad.1.ma więcej kaolinu w masie rzędu 40-60%, udział kwarcu 20-30%, skalenia 20-30%.Temp.wypalania;1350-1410st.C.

Ad.2.miekka;kaolin 25-45%, kwarc 30-45%, skaleń 25-40%. Temp.wypalania 1250-1300st.C.

Niższa cena porcelitu wynika z tego, że stosuje się gorsze surowce, a wypalanie jest rzędu 1230-1280st.C.

Skład podst.składnika porcelitu:

- gliny jasno się wypalające 40-55%,

- kwarc 20-30%,

Skaleń 22,5-30% (z domieszkami gorszej jakości),

- dodatek wapnia CaCO3 0-5%.

Fajans:temp.wypalania: 980-1150st.C.Receptura-skład na fajans wapniowy:glina 50%, piasek kwarcowy 35-40%, reszta – uzupełnienie do 100% stanowi marmur i kreda.

Do szkliwienia uzywa się szkliw przeźroczystych.

To wyroby z glin łatwotopliwych, naturalnie zabarwionych, które pokrywa się szkliwem zmąconym, aby zamaskować czerwony kolor czerepu, nasiąkliwość rzędu N = 10-15%.

- wazy, dzbany, mydelniczki.

Duzy udział w tych glinach związków żelaza.

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome