Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
3.4. РОЛЬ РАСПЛАВОВ В ТЕХНОЛОГИИ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Роль расплавов при производстве силикатных материалов весьма разнообразна. Определяющее значение имеют свойства силикатных расплавов для технологии стекла — продукта охлаждения расплавов без их кристаллизации. Более обстоятельно этот вопрос будет рассмотрен в разделе о стеклообразном состоянии ве-
119
щества. Совершенно очевидна громадная роль расплавов и для технологии различных материалов, получаемых путем их кристаллизации (плавленые огнеупоры, цементы, абразивы, монокристаллы различных оксидов, халькогенидов, галогенидов и т. д.). Вместе с тем необходимо отметить и то большое значение, которое принадлежит расплавам в технологии ряда основных многотоннажных продуктов силикатной технологии, где они являются той средой, в которой происходят многие реакции образования химических соединений, определяющих в конечном итоге свойства готовых изделий. Жидкая фаза во многом определяет и процессы спекания, т. е. уплотнения материала при обжиге многих силикатных изделий.
Можно привести много примеров из различных областей технологии силикатов, которые хорошо иллюстрируют роль расплавов в технологии силикатов.
1. При обжиге портландцементного клинкера во вращающихся печах жидкая фаза, появляющаяся в зоне спекания, полностью контролирует процесс формирования главного цементного минерала — трехкальцевого силиката — алита ЗСаО• 5Ю2.
Н. А. Торопов описывает процесс формирования цементного клинкера следующим образом. На первом этапе —этапе твердофазного спекания из сырьевой смеси, состоящей из карбоната кальция и глины, образуются три клинкерных минерала: 2СаО-•БЮг, ЗСаО-А12Оз и 4СаО-А1203-Ре20з. Трехкальциевый же силикат, отличающийся наиболее высокой абсолютной прочностью среди цементных минералов и быстротой ее нарастания, на этом этапе не формируется. Он образуется на втором этапе — этапе жидкофазного спекания цементного клинкера. На этом этапе происходит растворение избыточного оксида кальция и 2СаО-5Ю2 в клинкерной жидкости. В ней из ионов Са2+, О2- и [5Ю4]~4 образуется трехкальциевый силикат ЗСаО-5Ю2. Значительно меньшая растворимость в клинкерной жидкости по сравнению с другими минералами быстро приводит к созданию расплавов, пересышенных по отношению к трехкальциевому силикату, в результате чего он первым и выкристаллизовывается в этих условиях.
2. При производстве одного из наиболее важных огнеупорных материалов — динаса жидкая фаза также играет определяющую роль. Динас — кислый огнеупор, по составу примерно на 90% (мае.) состоящий из 5Ю2 и 10% (мае.) СаО. В фазовом отношении представлен в основном тридимитом. Последний является более желательной фазой, чем другие полиморфные разновидности 5Ю2, поскольку превращение его из высокотемпературной формы в низкотемпературную сопровождается значительно меньшим изменением объема, чем, например, при аналогичном превращении кварца, а это весьма важно при работе тридимита как футеровочного материала. Так как исходным материалом для производства динаса является кварц, его необходимо перевести при нагревании в три-димит. Этот процесс в твердой фазе идет очень медленно. Добавление же небольшой массы СаО приводит к появлению при сравнило
тельно невысоких температурах (1430...1450°С) в полном соответствии с диаграммой состояния системы СаО—5Ю2 значительного содержания расплава. Нестабильной при таких температурах кварц хорошо растворяется в жидкой фазе и выделяет более стабильную в данных условиях форму кремнезема — тридимит.
3. При производстве фарфора основная фазовая составляющая этого материала — муллит формируется путем растворения кварца и продуктов разложения каолинита в полевошпатовом расплаве.
Таким образом, природа и свойства расплавов, формирующихся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов при производстве различных силикатных материалов, имеют огромное практическое значение, давая возможность выбора оптимальных параметров технологического процесса и получения материалов с заранее заданными свойствами.
Контрольные вопросы
1. Какие факторы определяют абсолютное значение температуры плавления кристаллических веществ?
2. Опишите сущность существующих модельных представлений о строении жидкостей и, в частности, строении силикатных расплавов.
3. Как влияют температура и состав силикатных расплавов на их вязкость?
4. Что определяет величину поверхностного натяжения и смачивающей способности расплавов?
5. Как можно классифицировать оксиды по их влиянию на поверхностное натяжение?
6. Каким параметром и как можно охарактеризовать смачивающую способность расплавов?
7. Приведите примеры роли жидкой фазы при производстве силикатных материалов.
ГЛАВА 4
СИЛИКАТЫ И ДРУГИЕ СОЕДИНЕНИЯ В СТЕКЛООБРАЗНОМ СОСТОЯНИИ
4.1. ОСОБЕННОСТИ СТЕКЛООБРАЗНОГО СОСТОЯНИЯ
Наряду с кристаллическим состоянием для твердых веществ довольно распространенной формой существования является стеклообразное состояние. Для этого состояния вещества характерно наличие некоторых специфических физико-химических особенностей, выделяющих стеклообразные вещества среди других твердых тел.
