Виробництво в’яжучих матеріалів

В’яжучими матеріалами називаються одно- і багатокомпонентні порошкоподібні мінеральні речовини, що утворюють при змішуванні з водою пластичну масу, що формується і затвердіває при витримці в камʼяноподібне тіло. Класифікація в’яжучих матеріалів наведена таблиці 12.2.

 

Таблиця 12.2

Виробництво портланд-цементу

Основними компонентами портланд-цементу є сполуки:

- Аліт: 3CaO∙SiO₂

- Беліт:2CaO∙SiO₂

- Трикальційалюміній: 3CaO∙AlO₃

Виробництво портландцементу складається із двох стадій: одержання клінкеру і його розмол.

І стадія: одержання клінкеру може здійснюватися двома способами – мокрим і сухим, які відрізняються методом приготування сировинної суміші для обпіку. За мокрим методом — вміст води 45%.

Переваги:

- однорідність маси

- зниження запиленості

Недоліки: великі затрати на випарювання

Виробництво клінкеру включає операції:

- подрібнення

- розмол

- корегування складу

- високотемпературний обпік (1400°С)

Сировина: вапняк, крейда, доломіт, а також мергелі (високодисперсні вапняк та глина).

Для обпіку шихти використовують барабанні обертові печі (d = 3,5-5,0 м,

l = 185 м)

ІІ стадія: Подрібнення клінкеру. Охолоджений клінкер витримують на складі впродовж 10-15 діб для гідратації, а потім клінкер поступає в дробилки і млини, де досягається розмір частинок 0,1 мм і менше.

Бетон – це штучний камінь, що отримується при затвердіванні суміші води, цементу, піску і наповнювачів. У якості наповнювачів використовують: пісок, гравій щебінь, пемзи, шлаки, газо- та піноутворювачі, шамотові порошки та залізну арматуру. У даному випадку має місце утилізація викидів.

Виробництво повітряного вапна

Розрізняють три види повітряного вапна:

- негашене вапно – СаО,

- гашене вапно – Са(ОН)₂,

- вапнякове тісто – Са(ОН)₂∙nН₂О.

Затвердіння відбувається на основі реакції:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О

Сировиною слугують:

- крейда

- вапняк

- доломіт

Процес включає три стадії:

І стадія. Обпік карбонатної сировини:

СаСО₃ = СаО + СО₂ – 177,9 кДж

Зворотний гетерогенний ендотермічний процес. Рівновага досягається за температури 900°С, проте процес проводять за температури 1200°С.

Печі: Шахтні, трубчасті обертові, циклонно-вихрові та «киплячого» шару.

ІІ стадія: гасіння кипілки:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂∙(n-1)H₂O + Q

Апарат: гідратори барабанного типу періодичної та неперервної дії.

ІІІ стаді: утилізація СО₂ (усунення парникового ефекту).

У газі, що виділяється на першій стадії міститься до 30% СО₂.

Утилізація здійснюється за схемою:

СО₂ + К₂СО₃ + Н₂О = 2КНСО₃

2КНСО₃ СО₂ + К₂СО₃ + Н₂О

 

Виробництво скла

Склом називаються переохолоджені розплави суміші оксидів і без кисневих сполук з високою в’язкістю, що володіють після охолодження механічними властивостями твердого тіла.

Скло – аморфна структура з елементами кристалічної фази, тому температура плавлення відсутня, властивості скла ізотропні (рівні в різних напрямках).

Склад скла:

nR₂O∙mRO∙pR₂O₃∙qRO₂, де n, m, p, q – змінні величини.

R₂O – Na₂O, Li₂O, K₂O

RO – CaO, PbO, BaO, MgO, ZnO, SrO, FeO

R₂O₃ - Al₂O₃, B₂O₃, Fe₂O₃

RO₂ – SiO₂ – до 70% маси.

За призначенням скло ділиться на:

- будівельне

- тарне

- побутове

- художнє

- хімічне

- оптичне

- спецпризначення

 

Сировина:

1. Склоутворювачі: SiO₂, PbO, Na₂CO₃, K₂CO₃, CaCO₃, H₃BO₃, Na₂B₄O₇, Al₂O₃.

2. Барвники: Cu(I), Fe(II), Co(II), Cr(III), AuCl₃, CuSO₄.

3. Глушники (забезпечують матовість скла): As₂O₃, SnO₂, SnS.

4. Знебарвлювачі (усувають жовту і зелену фарбу): MnO₂.

5. Освітлювачі (видаляють газові включення): NaNO₃, NH₄Cl, As₂O₃.

Принципова схема виробництва

Способи формування скла

- витягування на машинах човникового і безчовникового способу (листове, труби)

- видування (тара, хімічний посуд, лампочки)

- пресування (скляні блоки, побутові вироби, лінзи)

- відливання у форми (архітектурні вироби)

- прокат із обпіком (товсте листове скло)

Виробництво сіталів

Сіталами (силікат + кристал) – матеріали, що повністю або частково рівномірно закристалізовані: ділянки кристалічної будови до 96%, аморфні ділянки не більше 50%.

Різновиди сіталів (температура плавлення 1450°С):

Літієві: Li₂O – Al₂O₃ – SiO₂

Магнієві: MgO – Al₂O₃ – SiO₂

Металічні: Ca, Zn, Cd, Mn – Al₂O₃ – SiO₂

Сітали отримують керованою примусовою кристалізацією, шляхом внесення в розплав каталізаторів кристалізації – металів в колоїдному стані (Au, Ag, Pt), а також TiO₂.

Виробництво керамічних матеріалів

Керамікою називають полікристалічні матеріали та вироби із них, що одержуються спіканням природних глин та їх сумішей з мінеральними добавками, а також оксидами металів.

Будівельна цегла

Глина (Al₂O₃∙nSiO₂∙mH₂O); пісок (SiO₂; Fe₂O₃)– це сировина для виробництва цегли.

Шихта містить 40-45% глини, до 50% піску, до 5% ферум (ІІІ) оксиду. Шихта замішується, витримується, формується, сушиться і обпікається (Т = 900-1000° С).

РОЗДІЛ 13. ЧОРНА МЕТАЛУРГІЯ

У відповідності до промислової класифікації метали поділяються на чорні, до них відносять залізо та його сплави, а також марганець і хром, та кольорові метали. Класифікація металів наведена в таблиці 13.1

Таблиця 13.1. Класифікація металів

 

Класифікація металів

Метали

 

Чорні (Cr, Mn, Fe)

 

Кольорові

 

Важкі (Ni, Cu, Zn, Sn, Pb)

 

Легкі (Na, Mg, Al, Ca, Ba)

 

Дорогоцінні (Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au)

 

Рідкісні а), б), в), г).

 

 

а) тугоплавкі (Ti, V, Co, Zr, Nb, Mo, W)

б) розсіяні (Ge, Ga, In, Re, Tl)

в) рідкоземельні (лантаноїди)

г) радіоактивні (Ra, Ac, Th, Pa, U)

д) штучні (Po, At, Np, Pu)