SGK Hóa Học 11 - Bài 18: Công nghệ silicat
PHÂN. BÓN HOÁ HỌC CÔNG NGHIỆP SILICAT & Biết thành phần hoá học và tính chất của thuỷ tinh, đồ gốm, xi măng. & Biết phương pháp sản xuất các loại vật liệu trên từ nguồn nguyên liệu có trong tự nhiên. Công nghiệp silicat bao gồm các ngành sản xuất thuỷ tinh, đồ gốm, xi măng từ những hợp chất thiên nhiên của silic và các hoá chất khác. A - THƯỶ TINH - THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ TÍNH CHẤT CỦA THUỶ TINH Thuỷ tinh loại thông thường được dùng làm cửa kính, chai, lọ,... là hỗn hợp của natri silicat, canxi silicat và silic đioxit. Thành phần hoá học gần đúng của thuỷ tinh loại này thường được viết dưới dạng các oxit: Na2O.CaO.6SiO2. Thuỷ tinh không có nhiệt độ nóng chảy xác định. Khi đun nóng, nó mềm dần rồi mới chảy, vì vây có thể tạo ra những đồ vật và dụng cụ có hình dạng như ý muốn. Thuỷ tinh loại thông thường được sản xuất bằng cách nấu chảy một hỗn hợp gồm cát trắng, đá vôi và sođa ở 1400 °C. - MỘT SÓ LOẠI THUỶ TINH Ngoài loại thuỷ tinh thông thường nêu trên, còn có một số loại thuỷ tinh khác, với thành phần hoá học và công dụng khác nhau. Khi nấu thuỷ tinh, nếu thay soda bằng KọCO3 thì thu được thuỷ tinh kali, có nhiệt độ hoá mềm và nhiệt độ nóng chảy cao hơn. Thuỷ tinh kali được dùng làm dụng cụ thí nghiệm : cốc, ống nghiệm, bình cầu, ... ; chế tạo thấu kính, lăng kính,... (hình 3.6). Thuỷ tinh chứa nhiều chì oxit dễ nóng chảy và trong suốt, được dùng làm đồ pha lê. Hình . .6 Thuỷ tinh được sử dụng làm thấu kính và gương trong kính hiển vi Thuỷ tinh thạch anh được sản xuất bằng cách nấu chảy silic đioxit tinh khiết. Loại thuỷ tinh này có nhiệt độ hoá mềm cao, có hệ số nở nhiệt rất nhỏ, nên không bị nứt khi bị nóng, lạnh đột ngột. Khi cho thêm oxit của một số kim loại, thuỷ tinh sẽ có màu khác nhau, do tạo nên các silicat có màu. Thí dụ, crom (III) oxit (CrọO3) cho thuỷ tinh màu lục, coban oxit (CoO) cho thuỷ tinh màu xanh nước biển. B - ĐỒ GỐM Đồ gốm là vật liệu được chế tạo chủ yếu từ đất sét và cao lanh. Tuỳ theo công dụng, người ta phân biệt: gốm xây dựng, gốm kĩ thuật và gốm dân dụng. - GẠCH, NGÓI Gạch và ngói thuộc loại gốm xây dựng. Phối liệu để sản xuất chúng gồm đất sét và cát, nhào với nước thành khối dẻo, sau đó tạo hình, sấy khô và nung ở 900 - 1000 °C. - SÀNH, Sứ Sặnh Đất sét sau khi nung khoảng 1200 - 1300 °C thì biến thành sành. Sành là vật liệu cứng, gõ kêu, có màu xám hoặc nâu. Để có độ bóng và lớp bảo vệ không thấm nước, người ta tạo một lớp men mỏng ở bề mặt của đồ sành. Sứ Sứ là vật liệu cứng, xốp, có màu trắng, gõ kêu. Phối liệu để sản xuất sứ gồm cao lanh, fenspat, thạch anh và một số oxit kim loại. Đồ sứ được nung hai lần : lần đầu ở 1000 °C, sau đó tráng men và trang trí, rồi nung lần thứ hai ở nhiệt độ cao hơn, khoảng 1400 - 1450 °C. Sứ có nhiều loại : sứ dân dụng, sứ kĩ thuật. Sứ kĩ thuật được dùng để chế tạo các vật cách điện, tụ điện, bugi đánh lửa, chén chịu nhiệt, dụng cụ thí nghiệm,... Làng gốm Bát Tràng (Hà Nội), các nhà máy sứ Hải Dương, Đồng Nai, ... là những cơ sở sản xuất đồ gốm, sứ nổi tiếng ở nước ta. G- XI MẢNG - THÀNH PHẦN HOÁ HỌC Xi măng thuộc loại vật liệu kết dính, được dùng trong xây dựng. Đó là chất bột mịn, màu lục xám, thành phần chính gồm các canxi silicat 3CaO.SiO2, 2CaO.SiO và canxi aluminat 3Ca0.AL0?. - PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT • Xi măng được sản xuất bằng cách nghiền nhỏ đá vôi, trộn với đất sét có nhiều SiO2 và một ít quặng sắt, rồi nung hỗn họp trong lò quay (hình 3.8) hoặc lò Nguyên liệu đứng ở 1400 - 1600 °C. Sau khi nung, thu được một hỗn hợp rắn màu xám gọi là clanhke. Nghiền clanhke này với thạch cao (khoảng 5%) và một số chất phụ gia khác thành bột mịn, sẽ được xi màng. '0 . C '<o Than bụi Clanhke Sơ đồ lò quay sản xuất clanhke - QUÁ TRÌNH ĐÔNG CÚNG CỦA XI MĂNG Trong-xây dựng, xi măng được trộn với nước thành khối nhão, sau vài giờ sẽ bắt đầu đông cứng lại. Quá trình đông cúng của xi măng chủ yếu là sự kết hợp các hợp chất có trong xi màng với nước, tạo nên những tinh thể hiđrat đan xen vào nhau thành khối cứng và bền. Do đó, trong quá trình xi măng đông cứng, người ta thường phải tưới nước. Hiện nay, trong công nghiệp còn sản xuất các loại xi măng có những tính năng khác nhau : xi măng chịu axit, xi mãng chịu nước biển,... Ở nước ta có nhiều nhà máy xi măng lớn như các nhà máy xi măng Hải Phòng, Hoàng Thạch, Chinfon, Bỉm Sơn, Hà Tiên, Hoàng Mai,... BÀI TẬP Dựa vào tính chất nào của thuỷ tinh để tạo ra những vật dụng có hình dạng khác nhau ? Một loại thuỷ tinh có thành phần là Na2SiO3, CaSiO3 và SiO2. Viết phương trình hoá học để giải thích việc dùng axit tìohiđric để khắc chữ lên thuỷ tinh đó. Một loại thuỷ tinh thường chứa 13,0% natri oxit; 11,7% canxi oxit và 75,3% silic đioxit về khối lượng. Thành phần của thuỷ tinh này được biểu diễn dưới dạng các oxit là : 2Na2O.CaO.6SiO2 Na2O.CaO.6SiO2 c. 2Na2O.6CaO.SiO2 D. Na2O.6CaO.SiO2 Các hợp chất canxi silicat là hợp phần chính cửa xi măng. Chúng có thành phần như sau : CaO - 73,7%, SiO2 - 26,3% và CaO - 65,1%, SiO2 - 34,9%. Hỏi trong mỗi hợp chất canxi silicat trên có bao nhiêu mol CaO kết hợp với 1 mol SiO2. liệu MÁC XI MĂNG CHO BIẾT ĐIỀU GÌ ? Xi măng có nhiều mác khác nhau. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, loại xi măng Pooclăng hỗn họp (Portland cement blended, PCB) có các mác PCB 30, PCB 40,... ; loại xi măng Pooclăng trắng (White Portland cement, PCW) có các mác PCW 30, PCW 40,... Các trị số 30, 40,... chỉ giới hạn tải trọng (cường độ nén) tính bằng niutơn trên milimet vuông (N/mm2) mà mẫu vữa xi măng đã hoá rắn có thể chịu được không bị biến dạng sau 28 ngày bảo dưỡng kể từ khi trộn xi măng với nước: SỢI THUỶ TINH VÀ SỢI QUANG Khi kéo thuỷ tinh nóng chảy qua một thiết bị có nhiều lỗ nhỏ, ta được những sợi có đường kính từ 2 đến 10pm (1 pm = ío_6m) gọi là sợi thuỷ tinh. Bằng phương pháp li tâm hoặc thổi không khí nén vào dòng thuỷ tinh nóng chảy, ta thu được những sợi ngắn gọi là bông thuỷ tinh. Sợi thuỷ tinh không giòn và rất dai, có độ chịu nhiệt, độ bền hoá học và độ cách điện cao, độ dẫn nhiệt thấp. Nguyên liệu đế sản xuất sợi thuỷ tinh dễ kiếm, rẻ tiền, việc sản xuất khá đơn gián, nên hiện nay được dùng rộng rãi trong các lĩnh vực kĩ thuật khác nhau : sản xuất chất dẻo thuý tinh ; làm vật liệu lọc ; chế tạo vật liệu cách điện ; may áo báo hộ lao động chống cháy, chống axit; lót cách nhiệt cho các cột chưng cất; làm vật liệu kết cấu trong chế tạo máy, xây dựng ; chế tạo sợi quang,... Sợi quang, còn gọi là sợi dẫn quang, là loại sợi bằng thuý tinh thạch anh được chế tạo đặc biệt, có độ tinh khiết cao, có đường kính từ vài micromet đến vài chục micromet. Do có cấu tạo đặc biệt, nên sợi quang truyền được xung ánh sáng mà cường độ bị suy giám rất ít. Sợi quang được dùng đế tải thông tin đã được mã hoá dưới dạng tín hiệu xung laze. Một cặp sợi quang nhỏ như sợi tóc cũng có thể truyền được 10 000 cuộc trao đổi điện thoại cùng một lúc. Hiện nay, sợi quang là cơ sở cho phương tiện truyền tin hiện đại, phát triển công nghệ thông tin, mạng internet điều khiển tự động, máy đo quang học,... Cáp quang là các sợi quang được bọc các lóp đồng, thép và nhựa.