Bài 18: Công nghiệp silicat | Hoá Học | Chương 3: Cacbon - Silic - Lớp 11 - Giáo Dục Việt Nam

Biết thành phần hoá học và tính chất của thuý 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 - THUỶ TINH

I - 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 :

Thuỷ tinh không có nhiệt độ nóng chảy xác định. Khi đun nóng, nó mềm dần rồi mới chảy, vì vậy 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   .

II - MỘT SỐ 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 sođa bằng    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.

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 cho thuỷ tinh màu lục, coban oxit  

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.

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  

II - SÀNH, SỨ

1. Sành

Đất sét sau khi nung khoảng 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

Sú 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   sau đó tráng men và trang trí, rồi nung lần thứ hai ở nhiệt độ cao hơn, khoảng  .

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, ...

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.

C - XI MĂNG

I - 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 và canxi aluminat  

II - PHƯONG PHÁP SẢN XUẤT

Xi măng được sản xuất bằng cách nghiền nhỏ đá vôi, trộn với đất sét có nhiều  và một ít quặng sắt, rồi nung hỗn hợp trong lò quay (hình 3.8) hoặc lò đứng ở  . 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 măng.

III - QUÁ TRİNH ĐÔNG CỨNG 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 cứng của xi măng chủ yếu là 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. 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 măng 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

1. Dựa vào tính chất nào của thuỷ tinh để tạo ra những vật dụng có hình dạng khác nhau?

2. Một loại thuỷ tinh có thành phần là . Viết phương trình hoá học để giải thích việc dùng axit flohiđric để khắc chữ lên thuỷ tinh đó.

3. 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 :

A.  

B.

C.

D.

Các hợp chất canxi silicat là hợp phần chính của xi măng. Chúng có thành phần như sau : và . Hỏi trong mỗi hợp chất canxi silicat trên có bao nhiêu mol CaO kết hợp với  

Tư 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 hợp (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

SỢI THUỶ TINH VÀ SỢI QUANG

1. Khi kéo thuỷ tinh nóng chảy qua một thiết bị có nhiều lỗ nhỏ, ta được những sợi có đường kính từ 2 đến    gọi là sợi thuý 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 thuý 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 để sản xuất sợi thuỷ tinh dễ kiếm, rẻ tiền, việc sản xuất khá đơn giản, nên hiện nay được dùng rộng rãi trong các lĩnh vực kĩ thuật khác nhau : sản xuất chất dẻo thuỷ tinh ; làm vật liệu lọc ; chế tạo vật liệu cách điện ; may áo bảo 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,...

2. Sợi quang, còn gọi là sợi dẫn quang, là loại sợi bằng thuỷ 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 giảm rất ít. Sợi quang được dùng để tải thông tin đã được mã hoá dưới dạng tín hiệu xung laze. Một cặp sợi quang nhó như sợi tóc cũng có thể truyền được 10000 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 lớp đồng, thép và nhựa.