Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Глинозем существует в нескольких кристаллических модификациях, из которых устойчивыми являются; Cx-Al2O3, или ко-
-1-1-:-1-1-1-1-1-1-12)00
2100
2000
1900
- 1800
ее о,
I 1700
S 1600
1500
Твердый раствор муллита + +жидкость,
Жидкость
"Кристобалит + +жидкость
Муляит+жидкость
Кристобалит+муллит і_і_і_і_1_
0
SiO,
10 20
Твердый раствор муллита+ + корунд
7
J-
2000
1900 1850 1800
1700
1600
1500
80 90 100
30 40 50 60
3Al2O3- 2SiOj 2Al2O3-SiO2 Al2O3
Содержание Al2O3, вес.%
Рис. 43. Диаграмма состояния системы Al2O3—SiO2
рунд, обладающий высокой твердостью и химической стойкостью, и у-А1о03, гигроскопичный и растворимый в кислотах и щелочах. При нагревании выше 950° С у-А1203 переходит в а-А1203. Глинозем входит в состав шихты для производства керамических изделий, огнеупоров, вяжущих веществ, главным образом в виде алюмосиликатов, содержащихся в глинах или мергелях.
Система Al2O3—SiO2, диаграмма состояния которой приведена на рис. 43, имеет большое значение для технологии керамики и огнеупоров. Из диаграммы видно, что в этой системе в твердой фазе образуются одно химическое соединение — муллит 3Al2O3-¦ 2SiO2 и две эвтектики. Муллит обладает высокой огнеупорностью (т. пл. 1910° С) и химической устойчивостью к действию кислот и расплавленных шлаков. Диаграмма Al2O3—SiO2 имеет особое значение для технологии алюмосиликатных огнеупоров. Она отражает изменение основного фазового состава и свойств при изготовлении полукислых (70—90% SiO2 и 10—30% Al2O3), шамотных (53—65% SiO2 и 30—45% Al2O3) и высокоглиноземистых (45—100% Al2O3) огнеупоров, а также ориентирует в выборе
CaO
Al2O
исходных материалов (огнеупорных глин и каолинов) и добавок. Диаграмма показывает, что в алюмосиликатных огнеупорах единственной твердой фазой, устойчивой при высоких температурах (свыше 1585° С), является муллит 3Al2O3 •2310.2(71,8% Al2O3 и 28,2% SiO2). Наличие муллита обусловливает огнеупорность изделий и их высокую химическую устойчивость.
Образование муллита происходит при обжиге изделий, начиная с 1000° С, причем максимальное количество его образуется при 1600° С, а при наличии примесей (плавней) в исходной глине — при 1400° С. Фактический выход муллита всегда меньше равновесного и зависит в основном от состава исходных SiO. материалов и от того, насколько содержание Al2O3 в последнем близко к сте-хиометрическому (71,8%). Согласно диаграмме, выше 1585° С в материале кроме муллита присутствует жидкая фаза (расплав), за счет которой происходит спекание огнеупорных материалов (и других керамических изделий) и в изделии образуется стекловидная фаза. В состав жидкой фазы входят в основном кремнезем и примеси — плавни. Количество расплава в равновесных условиях можно определить по диаграмме по соотношению твердой и жидкой фаз, пользуясь правилом рычага. Фактически в присутствии примесей — плавней, имеющихся в исходном материале — глине (FeX)3, CaO и т. д.), появление расплава и спекание керамических изделий происходит при более низких температурах. Данными закономерностями определяется температурный режим обжига огнеупоров и другой керамики. Например, для шамотных изделий конечная температура обжига составляет 1350—1400° С, тогда как в равновесных условиях (рис. 43) для образования муллита и появления расплава потребовался бы подъем температуры выше 1600° С. Для возникновения в шамоте тридимитной структуры кремнезема требуется еще более медленный подъем температуры при обжиге и более длительная выдержка при конечной температуре обжига, чем в случае динаса.
В состав шихты для производства силикатов почти всегда входят карбонаты кальция, магния или натрия. При нагревании карбонаты диссоциируют, образуя соответствующие окислы (CaO,
Рис. 44. Состав важнейших силикатных материалов на основе CaO, Al2O3, SiO2:
а — динас; Ъ — полукислые огнеупоры; с — шамот; d — высокоглииоземистые огнеупоры; е — муллит; f — коруид; g — глиноземистые цементы; h — портланд-цемент; і — основные шлаки; / — кислые металлургические шлаки
MgO, Na2O). Эти основные окислы при высоких температурах легко вступают в химические соединения с кислыми и амфотерными компонентами силикатной шихты — кремнеземом, глиноземом и окисью железа.
Для технологии силикатов важную роль играет система CaO—Al2O3—SiO2. Различные соединения, образующиеся в этой системе, являются важнейшими продуктами силикатной промышленности (рис. 44). Диаграмма состояния системы CaO—Al2O3—SiO2, приведенная на рис. 45, показывает состав химических соединений
SiO2 1713°
Рис. 45. Диаграмма состояния системы CaO—Al2O3—SiO2
и эвтектик, образующихся при различных условиях в этой сложной системе.
В технологии стекла большую роль играют процессы, протекающие в силикатном спеке и расплаве при варке стекла. Изучение этих процессов проводилось при помощи термического анализа реакций между компонентами силикатной шихты (Na2CO3, КгС03, CaCO3, MgCO3, SiO2) при нагревании. Кривые нагревания (охлаждения) смесей изображаются или в координатах температура—время, или температура—разность температур образца и эталона. В последнем случае (дифференциальный метод термического анализа) образец и эталонное вещество, не имеющее фазовых превращений, нагревают (охлаждают) в одинаковых условиях. При помощи автоматического прибора записывают разность температур между ними At как функцию от температуры образца или времени нагревания. График полученной зависимости назы-
