21. Материалы, получаемые методом спекания породных силикатов: номенклатура, химическая стойкость, основные свойства, области и условия применения, изделия

1. Кислотоупорная керамика и фарфор.

Кислотоупорные керамические материалы получают путем спекания массы на основе природных глин, в которую добавляют песок (отощающее вещество), полевой шпат (плавень, снижающий температуру спекания), измельченный шамот (обожженная глина), и ряд других веществ. Отформованные из такой массы изделия после воздушной сушки подвергают плавному нагреву в печи до температуры 1200 – 13000С, в результате чего происходит процесс превращения каолиния (Al2O3∙2SiO2∙2Н2О) в муллит (3Al2O3∙2SiO2) – керамику. Полученные таким образом изделия носят общее название «камне-керамические изделия».

Для химических аппаратов и другого оборудования, контактирующих с жидкими агрессивными средами используется только керамика класса 1, кислотоупорная. Это значит, что она пригодна к эксплуатации в кислых средах (исключая плавиковую кислоту), нейтральных растворах и в очень слабых основных растворах. Едкие щелочи разрушают кислотостойкую керамику.

Кислотоупорная керамика имеет примерно следующий состав: 20 -40% Al2O3; 50 – 75% SiO2; 0,1 – 0,8% СаО; 0,3 – 1,4% МgО; 0,5 – 3% Nа2О, К2О; 0,3 -1,6% Fe2О3.

Керамика применяется в качестве самостоятельного конструкционного материала для изготовления химических аппаратов и трубопроводов и другого оборудования и в качестве футеровочного материала в виде кислотоупорных кирпичей и блоков, плиток различной конфигурации.

К керамике относятся и фарфор. Это тонкокерамические изделия на основе особых сортов глин, которые в спекшемся состоянии образуют плотный, просвечивающийся в тонких слоях черепок. Фарфор непроницаем для воды и газов. Различают два вида фарфора: твердый фарфор, получаемый при температуре обжига 1300 – 14500С, и мягкий фарфор, получаемый при температуре обжига 1200 – 12500С. В химическом оборудовании применяют только твердый фарфор. Он обладает сравнительно высокой термической стойкостью: аппараты, изготовленные из него выдерживают нагрев на открытом огне.

Аппаратура, трубы, детали трубопроводных систем, арматура и насосы из твердого фарфора применяются, главным образом, для производства особо чистых химических веществ, фармацевтических и витаминных препаратов, парфюмерии, в пищевой промышленности, в производствах органического синтеза и в других отраслях, где требуется получение особо чистых продуктов.

2. Пористые керамические материалы.

К пористой керамике -керамическим изделиям- (керамика класса 2 ) относятся огнеупоры и фильтрующая керамика.

Огнеупорными называются керамические изделия, способные выдерживать высокую температуру, не деформируясь при этом под определенной нагрузкой, мало изменяться в объеме и не подвергаться разрушению при резких сменах температур. Изготавливаются они в виде кирпичей и блоков и предназначаются для защиты металлических кожухов печей и высокотемпературных реакторов с целью снижения температуры на металлической поверхности. Следовательно, пористость огнеупоров повышает их термическое сопротивление и является в данном случае фактором, благоприятствующим понижению температуры. Конечно, огнеупоры должны также обладать высокой химической стойкостью к газовой среде аппарата.

Пористую керамику применяют только для изготовления различных фильтрующих элементов в процессах отделения жидкостей от твердых веществ (сцеживания), разделения жидкостей, в электролитических ваннах и в аппаратах диализа, в аппаратах для очистки газов и т.п. Такие изделия изготавливаются из специально подобранных составов шихты, в зависимости от предъявляемых требований, вытекающих из характера технологического процесса. Технология процесса спекания не отличается от технологии, принятой для изготовления аппаратурной керамики.

Фильтрующая керамика в зависимости от ее химического состава может применяться для фильтрации как кислых, так и щелочных сред.

Из фильтрующей керамики изготовляют: фильтровальные плиты, сцеживающие плиты и плиты для фильтр-прессов, нутч-фильтры, диафрагмы электролитических ванн и диализаторов, фильтры для кислородных установок, фильтры для очистки спиртовых растворов, плитки для пневмотранспорта.