1404
.pdfИногда применяют для футеровок шамотный кирпич-сырец, об жиг которого осуществляется уже при работе футерованного им агрегата. Кладка из шамота-сырца все же является менее проч ной, чем из обожженного шамотного изделия.
М а г н е з и т о в ы е о г н е у п о р ы используются преимущест венно для выкладки сводов мартеновских печей, футеровки зоны спекания цементных печей и т. д.
Хр о м и т о в ые |
о г н е у п о р ы применяются в качестве кисло |
тоупорных футеровок. |
|
Г р а ф и т о в ы е |
о г н е у п о р н ы е и з д е л и я предназначены |
для изготовления реторт и тиглей для плавки стали и сплавов цветных металлов. Сырьем для них является графит, а связую щими добавками — огнеупорные пластические глины (температура спекания 1200—1250° С).
Общая схема производства графитовых огнеупоров сходна с отмеченными общими схемами производства огнеупорных изделий.
Существенно отличается |
от этой схемы производство п л а в |
ленных о г н е у п о р о в , |
где производится не обжиг, а расплав |
ление сырых материалов в электрических печах с последующей отливкой изделий в песочных или земляных формах.
Стоимость плавленных огнеупоров значительно выше сравни тельно с огнеупорами, получаемыми обжигом, поэтому они при меняются лишь для особо ответственных изделий.
Плавленные огнеупоры изготовляют из смеси глины или као лина с бокситом, либо с диаспором, а также из смесей, состоящих из окиси хрома (20—40%), окиси магния (18—30%), глинозема (28—45%), и других окислов (8—14%).
Для специальных целей изготовляют изделия высшей огнеупор
ности.
Так, например, тигли для плавки чистых металлов изготовляют из окислов А120 3, CaO, BeO, LrO, Th02 и других выдерживающих температуры выше 2000° С, а тигли из смеси боридов, нитридов и Карбидов могут работать и при еще более высоких температу рах. Так, например, огнеупорность: TiC + TiN — 3222°С LrC — 3522° С 4ТаС + Н1С — 4215° С.
§6. Производство стекла
Ст е к л о представляет собой остывший неметаллический рас плав в виде аморфного, изотропного, хрупкого, в той или иной мере прозрачного тела.
При определенных температурных условиях стекло обнаружи
вает склонность к кристаллизации; при нагревании оно постепенно размягчается, переходя из твердого в тягучее, а по мере повы шения температуры нагрева — в жидкое состояние. Этот процесс обратим при охлаждении стекла, если не произойдет его кристал лизация.
С т е к о л ь н а я |
п р о м ы ш л е н н о с т ь выпускает разнообрази |
|
ную по ассортименту стекольную продукцию — листовое |
стекло, |
|
стеклотару, стекла специального назначения (оптическое |
и др.), |
|
стекловолокно, бытовое стекло (посуду) и т. д. |
|
|
О с н о в н ы м |
с ыр ь е м для получения стекла является чистый |
кварцевый песок, содержащий не менее 99% кремнезема в зернах С,15—0,40 мм. Особые требования предъявляются к содержанию железа в песке, оно может колебаться в зависимости от сорта стекла в пределах от 0,02 до 0,5%, а для специальных оптических стекол не должно превосходить 0,0001%. В составе стекол содер жатся также окислы щелочных металлов, которые вводят в сте кольную шихту (преимущественно в виде углекислых солей, раз лагающихся в последующих процессах) для образования силика тов калия и натрия. В стеклах обычно должны быть и окислы кальция и магния, вводимые в виде углекислых солей, в неболь ших количествах в шихту добавляются окислы алюминия и др.
Некоторые горные породы, как например, нефелин, андезиты и другие также могут быть использованы в стекольном производ стве, так как они содержат ряд компонентов, нужных для про изводства стекла — окись алюминия, соединения щелочных метал лов и др.
Обычно в производстве стекла сырьевые материалы делят на главные и вспомогательные. К главным, помимо кварцевого песка, относят соду, поташ, сульфат натрия, известняк, доломит, борную кислоту, буру, чистый глинозем и некоторые другие. К вспомога тельным материалам — красители, обесцвечивающие вещества, ос ветлители и т. д. В качестве красителей для получения цветных стекол применяют окислы различных металлов, например, окись железа дает цвета от желтого до коричневого, окись кобальта — синий, закись никеля — фиолетовый, окись меди — голубой и зеле ный (в зависимости от количества), закись меди — красный и т. д.
Некоторые редкоземельные элементы (неодим, церий и др.), применяются для окраски специальных сортов стекол.
Обесцвечивающими веществами являются селен, окись марган ца и т. д. Для получения огнеупорных стекол в состав стекольной шихты вводят соединения буры. В шихту вводят и окислители — азотно-кислый натрий или калий, мышьяковистый ангидрид и дру гие, или восстановители — кокс, соединения олова и т. д.
Химический состав стекол в основном характеризуется следую щими данными Si02— 69—72%; СаО — 6—7%; MgO — 3—5%; Na02— 14—16%; К20 — до 3%; А120 3 — 1—5%; Fe20 3 — 0,1—0,2%.
П р о и з в о д с т в о с т е к л а складывается из следующих ос новных операций: измельчения, обогащения и очистки сырьевых материалов (для которых эти операции требуются) и их шихтовки; варки стекольной массы; формования; отжига и некоторых допол нительных операций (механической, термической обработки гото вых изделий и т. д.).
ных цементов, упрочнения грунтов, в электроизоляционной, кра сочной и других отраслях промышленности. Калиевое жидкое стекло применяется реже натриевого, преимущественно в тех слу чаях, где требуется повышенная вязкость, например, при футе ровке, требующей особо эластичных швов.
Растворимое стекло часто применяется также в обогатитель ной практике в качестве реагента для подавления частиц пустой породы при флотации руд.
Ситаллы
С и т а л л ы — это микрокристаллические материалы гетероген ной структуры, получаемые на основе стекла путем принудительно управляемой его кристаллизации. Если в стекло (или изделие из стекла) ввести катализатор и нагреть до температуры выпадения катализирующих добавок, то в стекле образуется большое коли чество центров кристаллизации. При дальнейшем повышении тем пературы на этих центрах происходит кристаллизация стекла, причем благодаря огромному количеству центров кристаллизации и одновременному росту кристаллов получается материал однород ной и мелкокристаллической структуры (ситалл).
Мелкокристаллическая структура ситалла обеспечивает его большую механическую прочность и жаропрочность по сравнению с исходным стеклом. Жаропрочность ситалла объясняется тем, что образовавшиеся в нем кристаллики представляют собой опреде ленные тугоплавкие соединения, состоящие из окислов, которые входят в состав стекла. Стекло же размягчается постепенно и на чало размягчения лежит при температурах значительно более низких, чем температура плавления кристаллов.
Уже получены ситаллы, обладающие кратковременной жаро стойкостью до 3000° С, прозрачные ситаллы и ситаллы с нулевым коэффициентом расширения, выдерживающие резкую смену тем ператур от 1000 до 0°С. Металлические свойства ситаллов близки к свойствам чугуна, их жаропрочность, термостойкость близки к лучшим сортам высоколегированных сталей.
Начато производство так называемого шлакоситалла из огнен но жидких шлаков, выходящих из доменных печей, в которые до бавляют двуокись кремния в виде кварцевого песка. Последний растворяется в шлаке с образованием стекла, легко превращаю щегося в ситалл.
Расплавленное стекло можно также отливать в формы, про катывать и т. д., т. е. изготовлять различные конструктивные материалы с последующей или одновременной их ситаллизацией.
§ 7. Силиконы
На основе силикатного сырья в последние годы изготовляют различные кремнийорганические соединения — силиконы, и дру гие, которые приобретают в современной технике большое зна чение.
Как известно, природный кварц представляет собой естествен ный полимерный материал, сложенный из бесконечных цепей:
" > S i< Q > S i< Q > S i<
Этот материал отличается от органических полимеров высокой жаростойкостью, твердостью и рядом других очень ценных ка честв. Но в отличие от органических полимеров кварц лишен элас тичности, очень трудно обрабатывается и т. д.
В молекуле кремнийорганических веществ сохраняются основ ные свойства кварцевокислородных групп и органических поли меров. Это — силиксаны, из которых получают кремнийорганические полимеры, или как их часто называют — силиконы. От кварца они унаследовали повышенную термостойкость, а от органической присадки — высокую эластичность, способность хорошо обрабаты ваться и т. д.
В качестве примера можно привести один из распространенных силиконовых полимеров — полидиметил силиксан:
СН3 СН3 СНз сн3
—О - Si- О —Si—О—Si—О - Si—О—
Силиконы оказались не только теплостойкими и пригодными для теплоизоляции материалами, но показали ряд свойств, делаю щих их исключительно ценными для применения в самых различ ных областях народного хозяйства.
Так, например, пленки из кремнийорганических соединений предохраняют металлические изделия от коррозии. Силиконы пре дохраняют от разрушения и керамические материалы, исполь зуемые в радиотехнике, электротехнике и других отраслях про мышленности.
Керамический изолятор — хороший диэлектрик в сухом состоя нии, но будучи увлажненным, утрачивает электроизоляционные свойства.
Керамическая деталь после обработки парами диметилхлорсилана покрывается защитной пленкой, благодаря тому, что, взаимо действуя с водой, диметилхлорсилан переходит в полидиметилсиликсан. Ткань, обработанная силиконовым раствором, делается непромокаемой. Значительно упрочняются после пропитки сили конами и различные строительные материалы (кирпич, облицо вочные плиты и т. д.). Хорошо себя зарекомендовали и различные кремнийорганические электроизоляционные лаки (ЭФ-3, ЭФ-5Т, и другие). Большое техническое значение приобретают силиконо вый каучук, силиконовые смазки, формы и т. д.
§ 8. Асбест, слюда, тальк
Асбестом называются минералы из группы серпентина и ам фибола, обладающие способностью расщепляться на тончайшие и гибкие волокна. Соответственно различают хризотил-асбест и амфибол-асбест. Из них наибольшее промышленное значение имеет хризотил-асбест, на долю которого падает 95% мировой добычи асбеста.
По химическому составу асбестовые минералы являются вод ными силикатами магния, железа и отчасти кальция и натрия.
Х р и з о т и л - а с б е с т 3Mg0-2Si02-2Hj0 отличается шелкови стым блеском зеленовато-серого оттенка. Твердость его по шкале Мооса 2—2,5; плотность 2,5 г/с-м3; длина волокон до 50 мм, тол щина— доли микрона. Волокна гибки и обладают высокой проч ностью на разрыв (234—317 кГ/смг), огнеупорностью, адсорбцион ной способностью, слабой тепло-звуко и электропроводностью, сравнительно легкой растворимостью в кислотах.
А м ф и б |
о л-а с б е с т |
представлен |
минералами — антофилли |
том, 7M g0 |
-8Si02-2H20, |
тремолитом |
2Ca0-5Mg0-8Si02, кроки- |
долитом 2Na20-6(Fe, Mg)0-2Fe203- 17Si02-3H20. Волокна анто филлита имеют меньшую прочность (сопротивление на разрыв 138—263 кГ/см2), чем волокна хризотил-асбеста, но обладают высокой химической стойкостью, так как кислоты, щелочи и соли не оказывают на них действия. Тремолит имеет хрупкие волокна длиной до 5 мм очень небольшой механической прочности, но вместе с тем отличающиеся большой кислотоупорностью.
Ас б е с т благодаря высокой механической прочности своих волокон, несгораемости и эластичности находит широкое приме нение в различных областях промышленности.
Номенклатура изделий из асбеста превышает тысячу наимено ваний, причем в большинстве случаев асбест не имеет полноцен ных заменителей. Его применяют в текстильной промышленности для прядения специальных тканей, шнуров, канатов и других, в различных отраслях химической промышленности и т. д. Низшие сорта асбеста используются для производства строительных и тер моизоляционных материалов, асбоцементных труб, асбошиферной плитки и кровли.
М е с т о р о ж д е н и я хризотил-асбеста имеются на Урале, в Сибири, на Кавказе и т. д. За рубежом крупные месторождения известны в Канаде и Южной Африке.
Месторождения амфибол-асбеста имеются на Урале. Уральский асбест впервые начали добывать в конце прошлого
столетия. К 1970 г. добыча асбеста достигла сотен тысяч тонн. Асбест широко применяется в отечественной промышленности и экспортируется в различные страны.
Р а з р а б о т к а м е с т о р о ж д е н и й асбестовых руд произво дится главным образом методом открытых работ.
При разработке месторождений стремятся максимально извлечь
длинноволокнистые сорта асбеста, считающиеся наиболее ценны ми. Обычно асбестовая руда делится на 4 сорта: отборная — с волокнами хризотил-асбеста длиной не менее 22 мм, содержащая 70—80% асбеста; отбойная — с волокнами длиной 12—15 мм, со держащая 20—40% асбеста; мусор-руда, содержащая 15—20% хризотил-асбеста, получается в процессе отбойки руд первых двух сортов; необогащенная или мелкопрожильная руда, содержащая 5—10% хризотил-асбеста, получается в результате добычи руд из мелкожильных асбестоносных зон.
О б о г а щ е н и е а с б е с т о в о й р у д ы состоит в отделении чистого асбеста от серпентиновых пород, которые он пронизывает в виде тонких жилок. Хризотил-асбест, в отличие от других видов асбеста, сравнительно слабо связан с включающей его породой, особенно легко отделяется длинноволокнистый асбест; мелкопрожильный кварц связан с вмещающей его породой достаточно прочно. Метод обогащения асбестовых руд основан на использо вании различия в трении и упругости волокон асбеста и пустой породы при их движении по наклонной плоскости.
Технологический процесс обогащения асбестовой руды осуще ствляется по следующей схеме: сушка руды; сортировка на круп ный и мелкий классы; грубое дробление; мелкое дробление; отде ление пустой породы; тонкое измельчение (распушивание) в де зинтеграторах; дополнительное отделение пустой породы; тонкое измельчение; окончательное отделение тонкой породы. В концент ратах асбестовых руд содержится до 80% асбестовых минералов.
На современных асбестовых обогатительных фабриках отдель ные технологические операции полностью механизированы. Обра щено особое внимание на устранение запыленности воздуха, на комплексное использование ископаемого сырья, в частности, ис пользования из отходов производства асбеста-щебня, песка и дру гих строительных материалов.
Слюдами называются минералы с общими кристалло-физиче скими свойствами — совершенной спайности и способности рас щепляться на тонкие пластинки. Химически слюды представляют собой алюмосиликаты с включением щелочных и щелочноземель ных элементов. Химический состав отдельных слюдяных минералов имеет существенные различия, однако общим для всех них яв ляется содержание до 45% кремневой кислоты.
Главными минералами слюды являются мусковит ЗАЬОз-КгО-
•6Si02-2H20, биотит и вермикулит, флогопит.
Условия залегания слюды могут быть различными, она встре чается в виде крупных технически пригодных кристаллов и в виде равномерно распределенных выделений в породе.
Благодаря исключительным диэлектрическим свойствам и теп лостойкости, слюда имеет широкое применение в электротехниче ской промышленности. Мировая добыча слюды только для приме нения ее в качестве электроизолятора достигает порядка 35 тыс. т в год.
В последние годы наряду с добычей природных слюд разви вается промышленность синтетических слюд, получаемых из ис кусственно составленной шихты из MgO, AI2O3, SiOo, KF,
M gF 2, A 1F 3.
Шихту плавят в печах при температурах на 50—100° С выше температуры плавления получаемой синтетической слюды.
В СССР известны месторождения слюды в Сибири. Одно из мощных месторождений — Алданское флогопитовое. Здесь встре чается флогопит, рассеянный в виде оторочек (на контакте кар бонатных и силикатных пород), флогопитовые жилы и флотопитовые выделения в метасоматических зонах.
Мощные месторождения слюдяных минералов известны в райо нах, объединяемых под общим наименованием «Мамслюда».
Кристаллы слюды, извлеченные из руды, общей площадью 3 см2 для мусковита и 4 см2 для флогопита, называемые забойным сырцом> поступают в цехи обработки. В сырце допускается наличие посторонних примесей до 5%, слюдяной мелочи до 5%.
Листовая слюда составляет 80—95% от объема всей слюдяной продукции и получается из кристаллов слюды — забойного сырца.
Особенностью природных слюдяных кристаллов является пла стинчатая форма, что может быть использовано для их выделения при механическом обогащении (барабанные грохоты, щелевой барабанный сепаратор, винтовой бортовый сепаратор, лотковый сепаратор, вибрационные колосниковые решетки и др.).
Концентраты получаются с содержанием до 50—60% слюды. Толщина кристаллов до 50—70 мм.
Практически все технологические схемы обогащения слюдяных руд (содержащих 6—8% слюды) предусматривают две стадии обогащения на колосниковых решетках.
Тальк представляет собой водный магнезиальный силикат 3Mg0-4Si02*H20, в котором окись магния до 4% замещена за кисью железа. Этот минерал очень мягок, жирен на ощупь, твер дость по шкале Мооса 1 —1,5, имеет белый, серый, желтоватый или зеленоватый цвета. Обладает большой огнеупорностью, малой теп лопроводностью, не разлагается кислотами (кроме плавиковой) и является хорошим диэлектриком.
Б природе тальк встречается редко в чистом виде, чаще он попадается в смеси с другими минералами, образуя тальковый сланец (тальк, переслаиваемый кварцем) или тальковый камень, часто называемый горшечным камнем, представляющий собой смесь талька с хлоридами, слюдой, углекислым кальцием, окисью железа и окисью магния.
Плотная разновидность талька носит название стеатита или жировика. Последний имеет жирный блеск и неровный излом,
просвечивает по краям.
Г л а в н е й ш и е м е с т о р о ж д е н и я талька находятся на Урале.
Руды талька обычно подвергаются обогащению путем предва рительного дробления, помола и последующей флотации.
В п р о и з в о д с т в е тальк применяется в тонко разхмолотом состоянии и очищенный от посторонних примесей.
Тальковая мука применяется в лакокрасочной, карандашной (цветные карандаши), резиновой фармацевтической и парфюмер ной промышленности, а также в качестве адсорбента при очистке масел.
Стеатит применяется в производстве кислотоупоров и огнеупо ров, „ для изготовления электроизоляторов, работающих при вы соких температурах, а также в качестве компонента в керамиче ских массах и глазурях, к которым предъявляются повышенные требования в отношении их термической стойкости.
§9. Барит
Ба р и т (тяжелый шпат) BaS04 представляет собой природный сульфат бария, содержит 65,7% ВаО и 34,3% SO3.
Встречается в зернистых агрегатах. Окраска серого, белого, голубого, красноватого цветов, иногда бесцветная (в кристаллах), блеск стеклянный, твердость по шкале Мооса 3—5,5, плотность 4,48 г/см3.
Барит не является силикатом, но в нем обычно содержатся примеси силикатов, SiO^, CaS04, SrS04, БегОз, А120 3 и других, поэтому технология его приводится в настоящем разделе.
Частыми спутниками барита являются кварц, кальцит, флю орит, пирит, халькопирит, галенит, сфалерит и другие минералы.
М е с т о р о ж д е н и я б а р и т а имеются в Закавказье, на Ура ле, Алтае, в Казахстане и других районах.
Обогащение баритовых руд в простейшем виде состоит из опе раций дробления и последующей промывки руды.
Бариты, так же как и силикаты, иногда получают из отходов как побочный продукт при обогащении свинцово-цинковых руд. Например, на Салаирской обогатительной фабрике получают ба рит из руд, содержащих 6—8% цинка, 0,75—1% свинца и до 50% барита. Здесь применяют селективную флотацию руды, получая отдельно свинцовый и цинковый концентраты и в хвостах — барит.
Из баритовых хвостов путем дальнейшей их переработки по лучают баритовый концентрат, содержащий 85—88% BaS04. Отдельный цех переработки хвостов дает в сутки 250—300 т кон центрата.
Хранение баритового концентрата в целях защиты его от ат мосферных осадков осуществляется в специальных закрытых складах.
Высококачественные сорта барита в тонкоразмолотом виде, часто отбеленные серной кислотой, применяются в качестве на полнителя в производстве резины, бумажной промышленности и
зоо