Часть II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Раздел 11. ПОДГРУППА КАРБОНА

§ 11.9. Производство стекла и цемента

Из искусственных силикатов больше значение имеют стекло, цемент и керамика .

Стекло. Состав обычного оконного стекла приближенно выражается формулой Na₂O СаО ∙ 6SiO₂.

Стекло добывают сплавлянням в специальных печах смеси соды Nа₂СО₃, известняка СаСО₃ и белого песка SiO₂. Химизм процесса можно представить так: при сплава образуются силикаты натрия и кальция:

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂↑;

SiO₂ + СаСО₃ = СаSио₃ + СО₂↑.

Эти силикаты и кремнезем (его берут в избытке) сплавляют в массу, которая постепенно охлаждается:

Na₂SiO₃ + СаSiO₃ + 4SiO₂ = Na₂O ∙ СаО ∙ 6SiO₂.

Часто в производстве стекла соду заменяют сульфатом натрия и углем. В этом случае силикат натрия образуется по уравнению реакции:

2SiO₂ + С + Na₂SO₄ = 2Na₂SiO₄ + СО₂↑ + 2SO₂↑.

Для изготовления специального стекла меняют состав исходной смеси. Заменяя соду Nа₂СО₃ поташом К₂СО₃, получают тугоплавкое стекло (для химического посуды). Заменяя мел СаСО₃ оксидом свинца(II) ГbО, а соду - поташом, добывают хрустальное стекло. Оно имеет большую променезалом - лювальну способность и применяется для изготовления художественной посуды.

Добавки оксидов металлов в исходной смеси придают стеклу различной окраски: оксид хрома(III) Сr₂О₃ - зеленого, оксид кобальта(II) СоО - синего, оксид марганца(ИV) МnО₂ - красновато-лилового и т. д. Стекло при повышении температуры постепенно размягчается и переходит в жидкое состояние. Обратный процесс также осуществляется постепенно - стеклянная масса загустевает по мере остывания. На этом свойстве стекла основывается формирование с него различных изделий. С помощью машин из стеклянной массы извлекают листовое стекло (рис. 11.4).

Из стекла изготавливают волокна и ткани для технических нужд. Освоен выпуск склокристалічних материалов - ситаллов, которые по сравнению со стеклом имеют большую прочность. Из них изготавливают электрические изоляторы, посуду и др. Цемент. Обычный силикатный цемент, или портландцемент,- зеленовато-серый порошок, который при смешивании с водой затвердевает на воздухе (или в воде), превращаясь в каменеподібну массу. Конечно его добывают прокаливанием (1 400-1 600°С) до спекания сырьевой смеси, состоит из известняка и глины.

Прокаливание осуществляется в специальных цилиндрических вращающихся печах. Испеченная зернистая масса, образуется, называется клинкером. Это - полуфабрикат. Клинкер с соответствующими добавками размалывают до тонкого порошка в шаровых мельницах и получают окончательный продукт.

В природе встречаются породы, которые содержат известняк и глину в соотношениях, необходимых для добывания портландцементу. их называют мергелями. Значительные залежи мергеля в районе Новороссийска; на их основе работают крупные цементные заводы.

Смесь сырья готовят и искусственным способом. Регулируя состав смеси, получают различные виды цемента - швидкотвердіючі, морозостойкие, коррозионностойкие и др.

Из смеси цемента, воды и наполнителей (песок, гравий, щебень, шлак) после их затвердевания получают искусственный камень - бетон. Смесь этих материалов до затвердевания называется бетонной смесью. При затвердевании цементное тесто связывает зерна заполнителей. Твердение происходит даже в воде. Бетон со стальной арматурой (внутренним каркасом) называется железобетоном. Бетон и залізобетони в значительных количествах идут на сооружение гидроэлектростанций, дорог, несущих конструкций зданий.

Разработаны и изготавливаются также бетоны, в которых в качестве вяжущего используются органические полимеры или полимеры вместе с цементом. Это так называемые пластобетони, имеющие особые свойства.

Рис. 11.4. Машина для вытягивания листового стекла:

1 - расплавленное стекло; 2 - лодочка; 3 - вальцы; 4 - стеклянная лента

Производство стекла, цемента и керамики относится к силикатной промышленности, которая перерабатывает природные соединения кремния.

¹ Керамикой называют материалы и различные изделия, которые изготавливают из природных глин путем формования, сушки и выжигание. Это кирпич, облицовочные плитки, черепица, трубы, глиняная посуда, фарфоровые и фаянсовые изделия.