Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
120
e О
-о
1-го
о Ci
V
да ш воо 800 юоо то то
Температура °С
Рис. 46. Термограмма смеси CaCO3-Na2CO3-SiOj
вают термограммой. По кривой дифференциальной записи At—f определяют момент фазового превращения. Эндотермические и экзотермические эффекты на кривых нагревания (в координатах температура — время, разность температур — температура и т. п.) позволяют судить о реакциях, происходящих в нагреваемых смесях. Сопоставление термограмм, дополненное петрографическими и рентгенографическими исследованиями новых соединений, образовавшихся при варке стекла, позволили выяснить механизм процессов, протекающих в нагреваемых смесях.
В качестве примера на рис. 46 приведена кривая нагревания смеси Na2CO3, CaCO3 и SiO2, отвечающей известко-во-содовой шихте, наиболее часто применяемой в производстве стекла. Кривая нагревания изображена в координатах разности температур исследуемой смеси и эталона (обычно прокаленная Al2O3 или MgO). Минимумы и максимумы на кривой нагревания обусловлены эндотермическими и экзотермическими эффектами реакций и фазовых переходов. Замедление нагревания при 380° С отвечает удалению CO2 из шихты вследствие начала реакции
Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3+CO2 — Q
Эта реакция протекает в основном при более высоких температурах (700—900° С). Эндотермический эффект при 620° С обусловлен образованием двойной соли CaNa2(C03)2 и выделением двуокиси углерода по уравнению реакции
CaNa2(C03)2 + 2SiO2 = CaSiO3 + Na2SiO3 + 2CO2 — Q
Эндотермический эффект при 855° С отвечает плавлению соды, а при 915° С — диссоциации известняка. Экзотермический эффект в интервале температур 1010—1150° С является отражением экзотермической реакции
CaO +SiO2 = CaSiO3+ Q
Стеклообразная фаза получается при полном или частичном расплавлении силикатной шихты и охлаждении расплава. Присутствие стеклообразной фазы в готовых изделиях (керамика) обеспечивает высокую прочность, связывая отдельные минералы в прочный монолит. В производстве стекла, глазурей, эмалей получение вещества в стеклообразном состоянии является целью технологического процесса.
Стеклами называют аморфные тела, получаемые при переохлаждении неметаллического расплава, сохранившие структуру жидкости и приобретающие механические свойства 'твердых тел в результате постепенного нарастания вязкости; переход из жидкого (расплавленного) состояния в стеклообразное обратим. Свойство силикатных расплавов образовывать стекла при охлаждении связано с наличием основного структурного элемента силикатов — тетраэдрической группы SiO| , способной образовывать трехмерные пространственные сетки. Способностью переходить в стеклообразное состояние при определенных условиях обладают не только силикаты, но также и борный ангидрид, фосфаты, сера. Стеклообразное состояние, занимающее промежуточное положение между твердым и жидким, имеет ряд характерных особенностей:
1. В отличие от кристаллических систем стекла изотропны, т. е. их свойства одинаковы во всех направлениях.
2. Важной особенностью стекол служит четко выраженная зависимость свойств от состава. Некоторые свойства стекол (теплоемкость, теплопроводность, плотность) подчиняются правилу аддитивности, т. е. могут быть рассчитаны как сумма свойств веществ, входящих в состав стекла. Влияние каждого из составляющих окислов на свойства стекол точно определено. Так, например, кремнезем повышает химическую и термическую устойчивость стекла, его прочность, но уменьшает коэффициент расширения; борный ангидрид увеличивает показатель преломления и химическую устойчивость стекла и уменьшает его способность к кристаллизации и т. п.
3. Стекла обладают более высоким запасом внутренней энергии, чем кристаллические вещества того же состава, и поэтому являются менее устойчивыми системами. Поэтому кристаллизация стекол сопровождается выделением тепла.
4. Стеклообразному состоянию свойственна способность к непрерывному переходу из расплавленного состояния в твердое и наоборот, причем процесс твердения не сопровождается появлением новой фазы. Обратимый переход из жидкого состояния в твердое сопровождается непрерывной изменяемостью физико-химических свойств.
Коллоидн о-х имические процессы имеют большое значение в технологии силикатов. При формовании керамических и огнеупорных изделий, обогащении глин, переработке сырьевых шламов в производстве цемента обрабатываемый материал находится в виде глинистых суспензий различной концентрации. Чтобы применять цементы в строительной практике и в промышленности, необходимо знать поведение отдельных компонентов цемента при затворении его водой. Вяжущие свойства цементов основаны на способности силикатов и алюминатов кальция присоединять воду с последующим образованием высокопрочных кристаллов. Трехкальциевый силикат реагирует с водой по уравнению
3CaO • SiO2+ 2H2O = 2CaO • SiO2 • H2O+ Ca(OH)2
UO
Двухкальциевый силикат и трехкальциевый алюминат гидрати-руются согласно уравнениям
