Методичні рекомендації

При розгляді даного питання слід звернути увагу на таке.

Технології добування були відомі у стародавньому Єгипті. Вважається також, що єгипетські піраміди були побудовані з бетонних блоків, на основі гіпотези, що серед кам'яних брил пірамід було знайдено волосину.

Цемент — в'яжуча речовина, яка з рідкого або тістоподібного стану переходить у твердий каменеподібний стан при звичайній температурі. Один з основних будівельних матеріалів, в'яжучий засіб при виготовленні бетону.

У виробництві цементу використовуються переважно легкоплавкі глини, аргіліти і глинисті сланці, що складають частину цементної шихти. Другою основною її складовою є карбонатні породи.

Сировиною для виробництва цементу служать вапняк і глина, які змішують у певному співвідношенні (75—80% вапняку і 20— 25% глини) випалюють до спікання при температури близько 1450 °C. Випалювання проводять у спеціальних циліндричних печах, викладених всередині вогнетривким матеріалом. Сучасні потужні цементні печі досягають у довжину 185 м і мають внутрішній діаметр до 5 м. їх встановлюють дещо нахиленими. Шихту завантажують у верхній кінець печі. Піч повільно обертається, і завантажений матеріал, пересипаючись, рухається до нижнього кінця, назустріч розжареним газам — продуктам горіння палива (розпиленого вугілля або горючих газів).

При обпаленні в цементному матеріалі послідовно відбуваються такі головні хімічні перетворення. При 100—120°С випаровується волога. При 500 °C вигоряють органічні домішки. При 800—1000°С розкладається вапняк:

CaCO₃ = CaO + CO₂ ↑

При 1000—1300°С оксид кальцію взаємодіє з діоксидом силіцію SiO2 і Al2O3 з глини з утворенням силікатів і алюмінатів кальцію:

3CaO + SiO₂ = 3CaO ∙ SiO₂ (Ca₃SiO₅)

2CaO + SiO₂ = 2CaO ∙ SiO₂ (Ca₂SiO₄)

3CaO + Al₂O₃ = 3CaO ∙ Al₂O₃ (Ca₃(AlO₃)₂)

При 1300—1450°С відбувається спікання утворених силікатів і алюмінатів кальцію.

Куски спеклої цементної маси, яку називають клінкером, вивантажуються з нижнього кінця печі і після охолодження розмелюються, внаслідок чого утворюється сіро-зелений порошок, який і називають цементом.

Склад цементу виражають звичайно процентним вмістом CaO, SiO₂, Al₂O₃ і Fe₂O₃. До складу цементу як домішки входять і інші речовини. Звичайний, або так званий силікатний, цемент містить: CaO (60—67%); SiO₂ (17—25%); Al₂O₃ (3—8%); Fe₂O₃ (0,3-6%).

Застосування.

Цемент звичайно використовують у суміші з піском. На одну частину маси цементу беруть 3—5 частин піску. З такої суміші разом з водою виготовляють напіврідку тістоподібну масу, яку називають цементним розчином. Цементний розчин через деякий час тужавіє, а потім твердне в каменеподібну речовину. Твердіння цементного розчину при звичайній температурі продовжується майже місяць. Обумовлюється це явище складними хімічними реакціями, головніші з яких можна зобразити такими рівняннями:

Ca₃SiO₅ + 5H₂O = Ca₂SiO₄ ∙ 4H₂O + Ca(OH)₂

Ca₂SiO₄ + 4H₂O = Ca₂SiO₄ ∙ 4Н₂О

Ca₃(AlO₃)₂ + 6H₂O = Ca₃(AlO₃)₂ ∙ 6Н₂О

Змішування цементного розчину з гравієм і щебенем дає бетон. Якщо бетоном наповнити залізний каркас (залізні стержні, дріт тощо), то тоді його називають залізобетоном. Цемент (бетон) дуже міцно зв'язується з залізом і має однаковий з ним коефіцієнт теплового розширення, при цьому бетон має високий опір до стиснення, а металоконструкція — до згину. Бетон і залізобетон мають дуже високу твердість і механічну міцність. їх широко використовують при будівництві гідроелектростанцій, мостів, каналів, заводських корпусів і в житловому будівництві.

Запитання для самоконтролю.

1. Назвіть види кераміки та дайте їм характеристику.

2. Які хімічні речовини входять до складу скла?

3. Яка технологія виробництва скла?

4. Назвіть види скла.

5. Дайте характеристику цементу.

Розділ 3.Металічні елементи та їх сполуки.

Самостійна робота №5.

Тема: Метали і сплави в сучасній техніці. Охорона довкілля.

План.

1. Металічні руди.

2. Загальні методи добування металів.

3. Метали і сплави в сучасній техніці.

4. Застосування алюмінію, заліза та їх сплавів.

5. Розвиток металургійних виробництв в Україні.

6.Охорона навколишнього середовища під час виробництва і використання металів.

Література: 10, 12, 14.

Питання 1. Металічні руди.

Методичні рекомендації

При розгляді даного питання слід звернути увагу на таке.

Метали мають широке застосування. Без них не обходиться жодна галузь. Для практичного користування людству потрібні чисті метали. У природі в самородному вигляді зустрічаються тільки деякі, тобто ті, що стоять у витиску вальному ряді після Н₂ (мідь, ртуть, срібло, платина, золото).

Інші метали знаходяться у вигляді сполук. Щоб добути їх, необхідно знати природні сполуки, до складу яких вони входять, та способи їх добування.

Усього в земній корі міститься близько 25 000 мінералів.

Мінерали, з яких добувають метали, називають рудами.

Залізо добувають із залізних руд, до яких належать червоний залізняк, бурий залізняк, магнітний залізняк. Приклади залізної руди є у басейнах: Кременчуцькому, криворізькому, керченському. Україна посідає ІІ місце у світі за запасами таких марганцевих руд, як: манганіт (MnO(OH)), гаусманіт (Mn₃O₄), брауніт (Mn₂O₃ ∙ nSiO₂). Приклади таких руд є у Нікопольському басейні. Із кольорових металів перші два місця за розмірами посідають мідь та алюміній. Мідні руди: мідний колчедан (CuFeS₂), малахіт (Cu₂(OH)₂CO₃). Для міді характерними є: висока електропровідність, міцність, стійкість проти корозії. Алюміній є найпоширенішим і найдешевшим із кольорових металів. Поряд із ним набули великого значення магній і титан. Крім стійкості проти корозії, вони витримують високу температуру.

Таблиця 2