Кремній та його сполуки.
Кремній - провідний сучасний напівпровідниковий матеріал, який широкозастосовується в електроніці, в електротехніці для виготовлення інтегральних схем,діодів, транзисторів, тиристорів, фотоелементів і т. д. Технічний кремній -легуючий компонент у виробництві сталі (наприклад, трансформаторна сталь), атакож в кольоровій металургії (крем'яні бронзи).
Природні сполуки кремнію зазвичай являють собою похідні не метакремнієвої,а групи так званих п о л і к р е м н е в и х к і з л про т. Склад цихкислот у загальному вигляді mSiO2. nH2O, де n і m цілі числа. K природним силікатіввідносяться польові шпати, слюда, глини, азбест і ін Склад цих мінералівскладний. Для зручності їх часто умовно виражають як з'єднання оксидів,наприклад: Ортоклаз (мінерал з групи
польових шпатів) ........................ K2 Al2Si6O16 = K2O. Al2O3. 6SiO2
Слюда (мусковіт) .................................... KH2Al3 (SiO4) 3 або K2O. 3Al2O3. 6SiO2. 2H2O
Каолін (біла глина) ................................ H4Al2Si2O9 = Al2O3. 2SiO3. 2H2O
Азбест ................................................. H4Mg3Si2O9 = 3MgO. 2SiO2. 2H2O
Найбільшого поширення в природі мають силікати, що містять алюміній тазвані а л ю м о с і л і к а т а м і. Як показують форуми наведенихвище мінералів, до числа алюмосилікатів належить слюда, ортоклаз і ін
Моноксид кремнію - речовина темно-коричневого кольору. При високій температурі вВнаслідок самоокісленія-самовідновлення розпадається на Si та SiO2 (реакціядиспропорціонування). Взагалі ж SiO легко окислюється до SiO2. Використовуючи цюреакцію, штучно отримують найтонші кварцові прозорі покриття - приобробці препаратів для електронної мікроскопії, для поверхневих покриттівалюмінієвих дзеркал.
Якщо холодець кремінної кислоти частково збезводнити, то утворюється твердабіла, дуже пориста маса, що володіє великою адсорбційною здатністю.Цей продукт під назвою с і л і к а р е л я має різноманітне застосування впромисловості: для уловлювання газів, водяної пари, для отчистки нафти,гасу. Нарешті, великопористий силікагель - незамінний носій для багатьохкаталізаторів. При повному висушуванні і прожарюванні кремінної кислотиутворюється кремінний ангідрид SiO2.
Крем'яні кислоти з великим ступенем конденсації порівняно стійкі. Але івиділяти їх в індивідуальному стані хіміки ще не навчилися. У побуті іпромисловості використовується суміш цих кислот у вигляді силікатного клею. Якщоговорити точніше, силікатний клей - це калієві або натрієві соліполікремневих кислот. Але так як ці кислоти слабкі, а солі слабких кислотсильно гідролізуються, то фактично в розчині силікатного клею є сумішконденсованих кремнієвих кислот.
Нітрид кремнію використовується як компонент жаростійких і хімічностійких композиційних матеріалів. Оп знайшов також застосування вмікроелектроніці в якості діелектрика і високотемпературного напівпровідника.Карбід кремнію - абразивний матеріал для шліфованих кіл, матриця дляпорошкової металургії, компонент для вогнетривів. До того ж, карбід кремніює основою напівпровідникових діодів і фотодіодів.
Природні силікати та алюмосилікати є сировиною для силікатноїпромисловості, яка в основному об'єднує виробництва керамічне,цементне і скляне.
Виробництво силікатів. Керамічне виробництво.
Сировиною для керамічного виробництва служать різного роду глини.
Глина - тонкодисперсна гірська порода, що складається в основному з глинистихмінералів. Зазвичай в глинах міститься домішка кластіческіх аллотігенногоматеріалу зерен кварцу, польових шпатів і інших матеріалів, і Аутигеннематеріалу - карбонатів, сульфатів, гідроксидів заліза та ін П.А. Земятчінскійвизначав глини як гірські породи, здатні утворювати з водою пластичнетісто, що зберігає за висиханні надану йому форму, після випалу набуваєтвердість каменю. Глини характеризуються рядом властивостей, які враховуються приїх промисловому використанні: пластичністю, повітряною і вогневою усадкою,пористістю, вогнетривкістю, спіканням, гідроскопічності і набуханням,адсорбційними властивостями, сполучною здатністю, спученням, хиткість ігідрофільністю. З урахуванням властивостей і складу глин, що обумовлюють їхвикористання, можна виділити наступні групи: 1) каоліни, 2) вогнетривкі татугоплавкі глини, 3) високосорбірующіе глини (відбілюючі), 4) легкоплавкіглини.
Каоліни, точніше, первинні каоліни, застосовуються більшістю галузейпромисловості завдяки особливостям свого складу і набору властивостей. Якправило, промисловістю використовуються збагачені каоліни, рідше каолін-сирець.Збагачення каолінів проводиться шляхом відмулювання, флотації, магнітної іелектромагнітної сепарацій та іншими методами. Каоліновий концентрат у рядівипадків піддається облагороджування (шляхом обробки реактивами) для доданняйому більшої білизни. Попутні продукти збагачення каоліну - кварц і польовішпати. Головні споживачі збагаченого каоліну - паперова і керамічнапромисловості, а також гумова, миловарна, вогнетривка, хімічна. Вменшою мірою він використовується в парфюмерно-косметичної і кабельної галузяхпромисловості, а також при виготовленні клейонки, пластмас, мінеральнихфарб, олівців, у виробництві силуміну (сплав Al 87%, Si 13%) та інКаолін-сирець використовується в цементній промисловості, при виробництвінапівкислих вогнетривів. Каолін також йде на виготовлення фарфорових виробів.
Діоксид кремнію - основа для отримання кремнію, виробництва звичайного такварцового скла, а також необхідний компонент кераміки і абразивнихматеріалів.
Порцелянові вироби широко застосовують в хімічній, електротехнічнійпромисловості, в хімічних лабораторіях (порцелянові тиглі, чашки, ступки,стакани і т. д.). У хімічній промисловості порцелянові вироби мають великезначення внаслідок їх стійкості проти кислот, лугів, та інших хімічнихреактивів, великий механічної міцності, термічної стійкості івогнетривкості. В електротехнічній промисловості фарфор застосовують якнадійного ізоляційного матеріалу (порцелянові ізолятори, В«свічкиВ» дляавтомобільних і авіаційних моторів і т. д.).
Найбільш поширена глина, забарвлена ​​сполуками заліза в жовтий колір. Знеї готують будівельні цеглини, кислото-і вогнетривкі вироби, дренажнітруби, покрівельну черепицю, гончарні вироби і т.д.
Цементне виробництво.
У вигляді піску SiO2 - давно відомий будівельний матеріал. Сировиною у цементномувиробництві служить суміш глини з вапняком. Застосовують і природний мергель(Глинистий вапняк), якщо він за складом задовольняє вимогам цементноговиробництва. Такі мергелі є у нас, наприклад, в районі Новоросійська
При 1400-1500 * маса спікається з утворенням складних силікатів. Вихід зпечі спечений матеріал називають к л і н к е р о м. розломних клінкерупаковують в бочки або мішки. Готовий продукт являє собою тонкийсіро-зелений порошок.
Основна мас цементу складається з складних хімічних сполук кальцію, магнію,кремнію, алюмінію і заліза. Склад цих речовин, представлених у виглядіз'єднань оксидів, наступний: 3CaO. SiO2, 2CaO.SiO2, 3CaO.Al2O3, 2CaO.Fe2O3.Крім того, в цементі завжди в змінних кількостях містяться різнідомішки.
Основний хімічний процес при виробництві цементу - спікання при 1200 - 1300оС суміші глини з вапняком, що приводить до утворення силікатів і алюмінатівкальцію:
t
Al2O3. 2SiO2. 2H2O = Al2O3. 2SiO2 + 2H2 O
CaCO3 = CaO + CO2h
CaO + SiO2 = CaSiO3
3CaO + Al2O3 = 3CaO.Al2O3
При змішуванні з водою відбувається поступова гідратація:
3CaO. Al2O3. 6H2 O = 3CaO. Al2O3 + 6H2 O
Якщо при замішуванні цементної маси ввести в неї щебінь, гравій і томуподібні матеріали, то вийде б е т о н. Якщо ж бетоном прикриваютьяку основу (каркас) із залізних прутів, дроту, стрижнів і т.д., топодібні конструкції називають ж е л е з о б е т о н о м.
Залізо і бетон добре зчіплюються між собою, утворюючи міцну масу, неруйнується при звичайних змінах температури (коефіцієнти об'ємногорозширення заліза і бе...
