химический каталог




Технология огнеупоров

Автор К.К.Стрелов, П.С.Мамыкин

еществ для производства огнеупорных изделий, кроме их температуры плавления, является технико-экономическая характеристика этих материалов, прежде всего наличие и распространенность их в природе.

Средний состав земной коры при условной мощности 16 км с учетом гидросферы и прилегающей части атмосферы приведен на рис. III.1.

Из 104 (1975 г.) химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева лишь немногие имеют большое распространение в земной коре. Такие элементы расположены в верхней части таблицы и относятся к числу элементов с малыми порядковыми номерами.

Как видно из диаграммы, наиболее распространенными элементами являются: О, Si, Al, Fe, Са, Na, К, Mg, ?, Ti, Cu, CI. Остальные элементы составляют всего

60

лишь 0,71% (по массе). В земной коре (литосфере) содержится 86,5% силикатов и алюмосиликатов1.

Сопоставляя данные температуры плавления веществ и распространенности их в природе, можно сделать вывод о том, что наибольшее практическое значение в настоящее время для производства огнеупоров и высоко-огнеупоров имеют оксиды кремния, алюминия, магния, хрома, кальция, циркония, бериллия, соединения и смеси этих оксидов, а также углерод в виде кокса и графита.

Для производства материалов высшей огнеупорности имеют значение карбиды и нитриды этих же элементов и некоторые редкие элементы в виде их оксидов, карби-

Р Btt Sr Zr Ni В SG LI Co Mo Br Cd I) Rtt Au. He Ад П NI Se I s F N cr V zn Gu. W Be Pi Cs Th As Ar Re Те In Bi Ttt Sb Go. rig

J!11^. III.I. Диаграмма распространения главнейших элементов в земной коре,

л (по массе)

1 Силикатами называют вещества, структурной основой которых является кремнекислородный тетраэдр SiO*.

61

47

дов, нитридов и сульфидов (соединения бериллия, титана, цезия, тория и др.).

То или другое вещество с высокой температурой плавления, содержащееся в огнеупорном материале, составляет его огнеупорную основу. Природой огнеупорной основы и ее количеством определяются свойства материала: огнеупорность, кислотность или основность, а также в некоторой степени строительная прочность при высоких температурах и др.

Особый интерес для производства огнеупоров представляют смеси из огнеупорных сырьевых материалов (оксидов, их соединений и т.п.), отличающихся противоположными свойствами, например усадкой и ростом, или основным и кислым характером и т. д. Такие смеси и их соединения в некоторых случаях позволяют изготовлять огнеупоры с большим постоянством объема, химически нейтральным характером и другими ценными свойствами. Например, огнеупорные глины в обжиге дают усадку, а кварциты растут. Соответствующая комбинация тех или других обусловливает получение объ-емопостоянных изделий.

Однако не каждое сочетание веществ с противоположными свойствами приводит к положительным результатам: из смеси огнеупорной глины и доломита или извести огнеупоры не получаются.

Свойства изделий зависят не только от огнеупорной основы (обычно кристаллической), но и от связки (стекловидной или тоже кристаллической), цементирующий огнеупорную основу, и в значительной степени от пористости, величины пор и их распределения.

Сырьем для производства огнеупоров служат горные породы и некоторые технические продукты, например технический глинозем и др.

Синтез огнеупоров из чистых оксидов применяют только в производстве материалов высшей огнеупорности.

§ 3. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОГНЕУПОРНЫХ ВЕЩЕСТВ

Отсутствие достаточно полной разработанной теории плавления •не позволяет находить новые огнеупорные материалы и определять их огнеупорность (температуру плавления) расчетным путем. Поэтому приходится пользоваться опытными и статистическими данными. Температура плавления сложных соединений (веществ, состоя<

62

щих из нескольких элементов) зависит от числа элементов, входящих в соединение [без учета твердых растворов (рис. II 1.2)]. При п=9 кривые Гшах и ????? пересекаются, а при п—Ю Г^О К, т. е. уходят в нереальную область. Отсюда следует, что число неравнозначных элементов в стабильной кристаллической решетке находится в пределах 1<я<9, а для огнеупоров (Тпл^1853 К) 1<я^4.

Особое место занимают бинарные соединения (за исключением углерода), температура плавления которых выше в твердом состоянии, чем у элементов. К таким соединениям относятся: оксиды, монокарбиды, мононитриды переходных металлов IVB и VB групп (Ti, Zr, Hf, Nb, Та) бериллиды, силициды, бориды. В системе СаО — MgO — FeO — Fe203 — АЬОз—Si02 увеличение числа элементов в соединении более двух приводит к снижению температуры плавления, а соединения с ? > 4 вообще ие образуются.

По данным Бережного, химических соединений, включая органические, ~1012, неорганических ~ 3 -10е, в том числе огнеупорных ~ 4000.

Одно огнеупорное соединение приходится на 700 соединений. Одно вещество с ^пл ^ 2000° С приходится примерно на 3500 соединений, т. е. составляет большую редкость! Количество веществ с данной температу-. рой плавления ?? в зависимости от температуры определяется по формуле

JVr«3-106ехр (—0,00367·)- (ИМ)

Распределение веществ с гпл>1580°С (1500° С) по изученности и числу ? приведено в табл. III.2.

Таблица Ш.2

Распределение огнеупоров

? Количество веществ фактически учтенных Количество веществ возможных абсолютное количество % абсолютное количество %

1 22 '2 22 1,5

2 1010 77 1010 25

3 233 18 " 2868 72

4 35 3 100 2,5

5 0 . 0 0 0

Всего 1300 100 4000 100

6000 5000

то

3000 2000

woo

1

3 /

—и 153 К

2

о

Рис. Ш.2. Максимальная (/) и минимальная (2) температуры плавления, а также интервал температур плавления (3) в зависимости от количества элементов п, входящих в соединение

63

Таблица 111.3 Распределение 501 огнеупорного соединения по симметрии

>

'плнли W *С Число веществ в данной симметрии, % Всего учтенных веществ

кубическая гексагональная и триго-нальная J3 К я о и ь я ромбическая моноклинная триклннная 3500 80 20 0 0 0 0 5 1

3000 40 50 10 0 0 0 20 \

2500 59 27 14 0 0 0 81 ;

2000 51 23 20 5 . 1 0 270 '

1580 42 24 21 10 3 0 501 .

Из табл. II 1.2 следует, что поскольку при га=2 все огнеупорные вещества учтены, то новые огнеупоры лежат в области га=3, — это шпинели ??'???203, пиросоединения М2М207 и др. Из учтенных веществ изучено лишь около 500 веществ. Их распределение по кристаллографической симметрии приведено в табл. Ш.З.

§ 4. ВЗАИМНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ТВЕРДЫХ И ЖИДКОЙ ФАЗ

На поверхности кристаллической решетки твердых. оксидов находятся кислороды. Катионы, располагающиеся внутри, оказывают на свойства поверхности небольшое влияние. Но тем не менее свойства поверхностей различных оксидных веществ различны и прежде всего различна свободная поверхностная энергия (энергия атомов или ионов в поверхностном слое, не компенсированная связями нижележащих слоев). По основному закону термодинамики все процессы самопроизвольно идут в направлении понижения свободной энергии.

Принцип минимума свободной энергии обусловливает расположение жидкой и твердых фаз относительно друг друга. Если

?? < 2?„, (???.2)

где ?]2 — межфазная энергия на границе твердой и жидкой фаз; оц — межфазная энергия на границе двух твердых фаз, то кристаллы будут иметь друг с другом пря-|

64

Рис. Ш.З. Схема равновесия межфазных энергий в случае образования прямых связей кристаллов: ТВ — твердая фаза; Ж — жидкая фаза; дигедральный угол Ф-120"

Мую связь, а жидкая фаза в этом случае располагается в порах (пустотах) между блоками кристаллов. Если

2ап < аи, (Ш.2а)

то жидкая фаза будет располагаться между кристаллами, образуя жидкую пленку вокруг кристаллов, разъединяя их. В формулах коэффициент 2 означает, что при разъединении фаз образуются две поверхности. Расположение фаз может быть оценено по углу между фазами ? (дигедральный угол) (рис. Ш.З).

При Ф = 120° образуется прямая связь кристаллов, жидкость изолируется в порах: при Ф = = 120-?-600 жидкость частично проникает в границы между кристаллами: при Ф<60° все кристаллы покрываются пленкой.

Расположение жидкой фазы при некотором ее количестве сильнее влияет на свойства огнеупорных изделий, чем дальнейшее увеличение количества жидкой фазы. В технологии огнеупорных изделий удается регулировать распределение фаз, например для получения изделий с прямыми связями кристаллов уменьшают абсолютное количество жидкой фазы путем использования чистых исходных веществ, полностью или частично переводят образующуюся в результате химических реакций жидкую фазу в кристаллическое состояние, понижают поверхностную энергию жидкой фазы введением в состав масс высокотемпературных поверхностно активных веществ (ПАВ). В последнем случае с понижением поверхностного натяжения жидкой фазы увеличивается межфазная энергия между жидкой и твердой фазами, т. е. ухудшается смачивание, и жидкость труднее проникает между кристаллами. Проиллюстрируем это положение с помощью Формулы Юнга. По формуле Юнга (11.77)

??2 = ?? — ?2 cos ?.

Если ?2 от действия ПАВ уменьшится, то о\% увеличится, а это значит, что будет (???.2)

5—298

удовлетворено неравенство т. е. будут созданы прямые связи кристаллов.

69

§ 5. СПЕКАНИЕ

В технологии под спеканием понимают получение камнеподобного материала при обжиге порошков. В научно-популярной литературе спекание называют «исчезновением пустоты»1. Спекание —это самопроизвольный процесс, идущий при температурах ниже температуры плавления в направлении снижения свободной энергии.

При спекании обычно происходят два процесса: уменьшение пористости, сопровождающееся усадкой материала, и повышение прочности:

Z = CX l(Ft- FJ/FJ + С2 [(Ях - /7J//7J, (Ш.З)

где ?—показатель спекания; Fl2, П12 — прочность и пористость до и после спекания; Ci и С2 — постоянные.

Но может проходить и один из процессов. Чаще спекание выражают относительной пористостью

. Яотн

страница 14
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

Скачать книгу "Технология огнеупоров" (3.17Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
терапевт цена
металлические архивные шкафы
kaleo москва концерт
r3020-6p3-s2

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(19.10.2017)