Công nghiệp silicat

Công nghiệp silicat được Khoahoc biên soạn tóm tắt trọng tâm nội dung chính trong bài 18 Hóa 11. Hy vọng giúp ích cho các bạn học trong quá trình ôn luyện ghi nhớ kiến thức hóa học. 

A. Thủy tinh

I. Thành phân và tính chất hóa học của thủy tinh

Thủy tinh loại thông thường dùng làm cửa kính, chai, lọ, ... là hỗn hợp của natri silicat, canxi silicat và silic đioxit.

Sản xuất bằng cách nấu chảy một hỗn hợp gồm cát trắng, đá vôi và sođa ở 1400^oC:

6SiO₂ + CaCO₃ + Na₂CO₃ → Na₂O.CaO.6SiO₂ + 2CO₂

Nhiệt độ nóng chảy xác định do không có cấu trúc tinh thể mà là chất vô định hình.

Khi đun nóng nó mềm dần rồi mới chảy, do đó có thể tạo ra những đồ vật và dụng cụ có hình dạng như ý muốn.

II. Một số loại thủy tinh

1. Thủy tinh kali

Khi nấu thủy tinh, nếu thay Na₂CO₃ bằng K₂CO₃ thì được thủy tinh kali.

Có nhiệt độ hóa mềm và nhiệt độ nóng chảy cao hơn.

Được dùng làm dụng cụ thí nghiệm, lăng kính, thấu kính, ...

2. Thủy tinh pha lê

Là thủy tinh chứa nhiều chì oxit dễ nóng chảy và trong suốt.

3. Thủy tinh thạch anh

Được sản xuất bằng cách nấu chảy silic đioxit tinh khiết.

Loại thủy tinh này có nhiệt độ hóa mềm cao, có hệ số nở nhiệt rất nhỏ, nên không bị nứt khi nóng lạnh đột ngột.

4. Thủy tinh có màu

Khi cho thêm oxit của một kim loại, thủy tinh sẽ có màu khác, do tạo nên các silicat có màu.

Thí dụ:

Crom (III) oxit (Cr₂O₃) cho thủy tinh màu lục, coban oxit (CoO) cho thủy tinh màu xanh nước biển.

Một số đồ dùng bằng thủy tinh

B. Đồ gốm

Đồ gốm là vật liệu được chế tạo chủ yếu từ đất sét và cao lanh. Tùy theo công dụng, người ta phân biệt: gốm xây dựng, gốm kĩ thuật và gốm dân dụng.

I. Gạch, ngói

• Gạch và ngói thuộc loại gốm xây dựng.

Phối liệu để sản xuất chúng gồm đất sét loại thường và một ít cát, được nhào với nước thành khối dẻo, sau đó tạo hình, sấy khô và nung ở 900 − 1000oC sẽ được gạch và ngói. Sau khi nung, gạch và ngói thường có màu đỏ gây nên bởi sắt oxit ở trong đất 

• Gạch chịu lửa 

Gạch chịu lửa thường được dùng để lót lò cao, lò luyện thép, lò nấu thủy tinh, ...

Có hai loại gạch chịu lửa chính: gạch đinat và gạch samôt.

+ Phối liệu để sản xuất gạch đinat: 93% − 96% SiO₂; 4 − 7% CaO và đất sét; nhiệt độ nung khoảng 1300 − 1400^oC. Gạch đinat chịu được nhiệt độ khoảng 1690 − 1720^oC.

+ Phối liệu để chế tạo gạch samôt: bột samôt trộn với đất sét và nước. Sau đó đóng khuôn và sấy khô, nung ở 1300 − 1400^oC.

II. Sành, sứ

1. Sành

Đất sét sau khi nung khoảng 1200 - 1300^oC 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.

2. 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^oC, sau đó tráng men và trang trí, rồi nung lần thứ hai ở nhiệt độ cao hơn, khoảng 1400 - 1450^oC.

Sứ có nhiều loại: sứ dân dụng, sứ kĩ thuật. Sứ kĩ thuật được dùng để chế tạo các vật cách điện, tụ điện, buzi đánh lửa, chén chịu nhiệt, dụng cụ thí nghiệm, ...

3. Men

Thành phần chính giống sứ, nhưng dễ nóng chảy hơn.

Men được phủ lên bề mặt sản phẩm, sau đó nung lên ở nhiệt độ thích hợp để men biến thành một lớp thủy tinh che kín bề mặt sản phẩm.

C. Xi măng

I. Thành phần hóa 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.SiO₂ và canxi aluminat 3CaO.Al₂O₃.

II. 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 hợp trong lò quay hoặc lò đứng ở 1400 - 1600^oC, 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 măng.

III. Quá trình đông cứng của xi măng

Xi măng được trộn với nước thành khối nhão, sau vài giờ sẽ bắt đầu đông cứng lại do sự kết hợp các hợp chất có trong xi măng với nước, tạo nên những tinh thể hiđrat đan xen vào nhau thành khối cứng và bền.

Hiện nay, trong công nghiệp còn sản xuất các loại xi măng có những tính năng khác nhau: xi măng chịu axit, xi măng chịu nước biển,...