Công Nghiệp Silicat Bao Gồm Các Ngành Sản Xuất Thủy Tinh, đồ Gốm ...

Công nghiệp silicat bao gồm các ngành sản xuất thủy tinh, đồ gốm, xi măng từ những hợp chất thiên nhiên của silic và các hóa chất khác.

A. Thủy tinh

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

Thủy tinh loại thông thường là hỗn hợp của natri silicat, canxi silicat và silic đioxit. Thành phần hóa học gần đúng được viết dưới dạng các oxit: Na2O.CaO.6SiO2.

Khi đun nóng thủy tinh mềm dần rồi mới chảy nên có thể tạo ra những đồ vật và dụng cụ có hình dạng như ý muốn.

Thủy tinh loại thông thường được sản xuất bằng cách nấu chảy một hỗn hợp gồm cát trắng, đá vôi và sođa ở 1400oC.

II. Một số loại thủy tinh

Ngoài thủy tinh thông thường còn có một số loại thủy tinh khác, với thành phần hóa học và công dụng khác nhau.

Khi nấu thủy tinh, nếu thay sođa bằng K2CO3 thì thu được thủy tinh kali, có nhiệt độ hóa mềm và nhiệt độ nóng chảy cao hơn, được dùng làm dụng cụ thí nghiệm; chế tạo thấu kính, lăng kính, ....

Thủy tinh chứa nhiều chì oxit dễ nóng chảy và trong suốt, được dùng làm đồ pha lê.

Thủy tinh thạch anh được sản xuất bằng cách nấu chảy silic đioxit tinh khiết, có nhiệt độ hóa 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, thủy tinh sẽ có màu khác nhau, do tạo nên các silicat có màu: crom (III) oxit (Cr2O3) cho thủy tinh màu lục, coban oxit (CoO) cho thủy tinh màu xanh nước biển.

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 và cát, nhào với nước thành khối dẻo, sau đó tạo hình, sấy khô và nung ở 900 - 1000oC.

II. Sành, sứ

1. Sành

Đất sét sau khi nung khoảng 1200 - 1300oC 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 1000oC, sau đó tráng men và trang trí, rồi nung lần thứ hai ở nhiệt độ cao hơn, khoảng 1400 - 1450oC.

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, ...

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 - 1600oC, 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.

${Si{O_2}.3CaO{\text{ }} + {\text{ }}5{H_2}O{\text{ }} \to {\text{ }}C{a_2}Si{O_4}.{H_2}O{\text{ }} + {\text{ }}Ca{{\left( {OH} \right)}_2}}$

${A{l_2}{O_3}.3CaO{\text{ }} + {\text{ }}6{H_2}O{\text{ }} \to {\text{ }}C{a_3}{{\left( {Al{O_3}} \right)}_{2.}}6{H_2}O}$

${Si{O_2}.2CaO{\text{ }} + {\text{ }}4{H_2}O{\text{ }} \to {\text{ }}C{a_2}Si{O_4}.4{H_2}O}$

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,...