Минералдық балқымалар негізіндегі материалдар (2 - бөлім)

1.

4-дәріс. Минералдық шикізаттарды термиялық
өңдеу арқылы алынатын материалдар. – 1
сағат
2-бөлім. Минералдық балқымалар негізіндегі
материалдар

2. Лекцияның жоспары:

Сәулеттік-құрылыс тәжірибесінде әйнекті өндіру
және қолданудың әлемдік тенденциялары.
Әйнек өндіруге арналған шикізаттық материалдар,
заттың әйнек тәрізді күйі туралы түсінік.
Әйнек бұйымдарының түрлері.
Әйнек өндірісінің негіздері.
Әйнектер мен әйнек бұйымдарының қасиеттері.
Әйнеккристаллдық материалдар: ситаллдар,
қождыситаллдар, дайындау тәсілдері және қолдану
саласы.

3.

СӨЖ-ге тапсырма
Әйнектің арнайы түрлері
ОСӨЖ-ге тапсырма
2. Сәулеттегі әйнек және оның болашағы

4.

Әйнек және басқа балқытылған
материалдар мен бұйымдар
минералдық силикатты балқымалардан
алынады, олар үшін шикізат ретінде
кең тараған тау жыныстары мен
өндірістік кейбір жолайы өнімдері
жатады
Минералдық
балқымалардан шикізат
түріне байланысты келесі топтарға
бөлінеді:
әйнек, тас құйма, ситаллдар және
қожды ситаллдар

5.

Балқымалар негізіндегі материалдар
келесі құнды қасиеттерге ие: ұзақ
мерзімділігі, агрессивті орталарға
химиялық төзімділігі, әсемдік
қасиеттері өте жоғары, ал кейбіреулері
мөлдір болады
Минералдық
балқымалардан алуан
түрлі бұйымдар алуға болады:
парақшалық, жарық өткізетін,
конструкциялық, әсемдік, қаптамалық,
арнайы құбырлар, жылу- және дыбыс
оқшаулағыш материалдар

6.

Әйнек жасау өте көне дәуірден бері белгілі.
Мысырда, Мессопотамияда біздің дәуірден 30004000 жыл бұрын әйнек жасауды білетін болған.
Біздің дәуірімізге дейінгі бірінші әйнек жасау кәсібі
Мысырдан Италияға, одан бүкіл Рим империясына
таралған.
Ресейде, Украинада және орта Азияда әйнек жасау
кәсібі Х-ғасырда басталады.
Ресейде бірінші әйнек зауыты 1638 жылы салынды,
ал 1913 жылы оның саны 275 жететін болды.
Кәзіргі кезде ТМД елдерінің көпшілігінде өндіріс
процестері автоматтандырылған және
механизацияланған ірі әйнек зауыттары бар.
Қазақстанда да әйнек өнеркәсібінің дамуына
мүмкіншілік зор, ол үшін шикі зат қоры жетіп
артылатындай.

7.

Әйнек деп химиялық құрамы мен қатаю температурасына
байланысты емес, біртіндеп тұтқырлық артқан сайын қатты
денелердің механикалық қасиеттеріне ие болатын қатты
суытылған балқымалардан алынатын барлық аморфты
денелерді айтады
Сұйық күйден әйнек тәріздес күйге ену қайтымды процесс
болып табылады
Заттардың әйнек тәрізді күйінің белгісі - байқалатындай
балқу нүктесінің жоқтығы (қыздырғанда зат жұмсарады және
біртіндеп сұйық күйіне көшеді, суытқанда - керісінше),
біртектілігі және изотроптылығы, яғни қасиеттерінің
бірбағыттық қана еместігі.
Ешқандай қоспасыз әйнек түзетін тотықтар - SiO2, Р2О5 және
В 2 О3
Құрылыста негізінен силикатты әйнек қолданылады, оның
құрамындағы негізгі компонент SiO2

8.

Әйнектің нақты химиялық құрамы жоқ болғандықтан оның
формуласы да жоқ және құрамы тотықтар қосындысымен
анықталады
Құрылыстық әйнектің құрамы (% массасы бойынша):
SiO2 – 64-73,4;
Na2O – 10-15,5;
K2O – 0-5;
CaO – 2,5-26,5;
MgO – 0-4,5;
Al2O3 – 0-7,2;
Fe2O3 – 0-0,4;
SO3 – 0-0,5;
В2О3 – 0-5
Әр тотықтың әйнек қасиеттерін қалыптастыруы үшін
қайнату барысындағы өз ролі бар

9.

Мысалы, Na2O балқу температурасын төмендете отырып,
қайнату процесін жеделдетеді, бірақ әйнектің химиялық
төзімділігі төмендейді
K2O жалтырлық беріп, жарық өткізуді жақсартады
CaO әйнектің химиялық төзімділігін арттырады
Al2O3 әйнектің беріктілігін, термиялық және химиялық
төзімділігін арттырады
В2О3 қайнату процесін жеделдетеді
Оптикалық әйнек мен хрусталь алу үшін шихтаға қорғасын
тотығын қосады, ол жарықтың сыну көрсеткішін арттырады

10.

Тығыздығы –
2,2-6 г/см3.
Кәдімгі құрылыстық әйнек тығыздығы 2,5 г/см3 шамасында.
Ең ауыр әйнек құрамында қорғасын тотығы болады, ал ең жеңілінде
атомдық салмағы аз тотықтар болады.
Кварцтық әйнек тығыздығы - 2,2 г/см3, жылу изоляциялаушы әйнек
тығыздығы - 15-600 кг/м3
Әйнектердің теориялық есептелінген созылым беріктігі 12000 МПа, ал
практика жүзінде бүл көрсеткіш 200-300 есе төмен, үлгінің мөлшеріне
байланысты 30-60 МПа аралығында ауытқиды (сығым беріктігі 7001000 МПа және одан да жоғары).
-500с-тен+70°С дейінгі температуралық диапазонда әйнектің беріктігі
өзгермейді деуге болады.
Әйнекте пластикалық деформациялар болмайды
Морт сынғыштық – әйнектің негізгі кемшілігі
Әйнекті шынықтыру оның соққыға беріктігін 5-6 есе жоғарылатады.

11.

Қаттылығы - Моос шкаласы бойынша - 5÷7 және жоғары.
Әйнектің қаттылығы оның қүрамына байланысты.
Нағыз қаттылары кварцтық әйнек болады, құрамында 18÷30% AL2O3.
Құрамына байланысты жылу өткізгіштігі – 0,5-1 Вт/(моС)
Термиялық тұрақтылығы 80°С-дан (кәдімгі өнеркәсіптік әйнек) 1000°С
(кварцты) дейінгі аралықтарында, олардың қалыңдығына және
пішіндеріне байланысты. Ең термотөзімді болып кварцтық,
боросиликаттық және сілтісіз әйнектер саналады.
Әйнектің оптикалық қасиеті бойынша ол мөлдір, боялған, түссіз және
жарық шашыратқыш болып бөлінеді.
Жарық өткізу коэффициенті 0,89-ға дейін
Әйнектің дыбыс қоршағыш қабілеті біршама жоғары. Бұл көрсеткіші
бойынша қалыңдығы 1 см әйнек қалыңдығы 12 см кірпіштен қаланған
қабырғаға барабар.
Әйнектің химиялық тұрақтылығы жетерліктей жоғары. Мысалы, кәдімгі
силикаттық әйнек балқытқыш және фосфорлық қышқылдардан басқа
көптеген реагенттердің әсеріне мызғымайды.

12.

Силикат балқымаларды алу үшін табиғатта кең тараған
құм, базальт, диабаз, мергель сияқты тау жыныстарын,
негізгі өнеркәсіп қалдықтарын – металлургиялық
қождарды (шлактарды), күлдерді, әйнек сынықтарын,
кальций тетраборитін, құрамында кварц бар материалдар
және т.б. қолданады.
Әйнек өндірісіне арналған шикізаттар 2 топқа бөлінеді:
негізгі және қосымша
Негізгісіне минералдық шикізаттар мен кейбір өндіріс
өнімдері жатады: кварц құмы, сода, доломит, әктасы,
поташ, натрий сульфаты
Қосымша шикізаттық материалдар (мөлдіреткіштер,
күңгірттегіштер, бояғыштар және т.б.) шихта құрамына
әйнекті қайнату процесін жеделдету және арнайы
қасиеттер беру үшін енгізіледі

13.

Әк тасы, доломит

14.

Кварц, кварцит

15.

Минералдық шикізаттың құрамы тұрақты болмайды, құрамындағы
қосындыларды екі топқа бөлуге болады:
- әйнек массасының сапасын төмендетуші (Mn, Fe, Cr, Ti, Va тотықтары);
- әйнек массасының құрамына сәйкес (Na, K, Ca, Mg, Al тотықтары)
● Бірінші топтағы қосындылар әйнекке жағымсыз түстер беріп, әртүрлі
ақаулар туғызады
Әйнектің балқуын тездеткішкерге жататындар аммонийлық тұздар,
хлорлы натрий, бор, бар және т.б. оксидтер жатады. Осылардың
әсерімен әйнек қорыту пешінің өнімділігі 10-15%-ға артады.
Жарықтандырғыштар (мөлдіреткіштер) – әйнек массасын көрінетін
майда және ірі көпіршіктерден тазалануына әсер ететін материалдар
(Na және Al сульфаттары, калий селитрасы, кушәлә ангидриті және т.б.).
Осындай қосындылар әсерімен шикізат құрамымен ілесе кіретін
темірдің және шамалы дәрежеде болса да хромның, титанның,
ванадийдың зияндығынан болатын әйнек түстері кетіріледі.

16.

Күңгірттегіштер (мөлдір емес жасау) ретінде
әйнектер алу үшін фосфордың, кейде сурьма және
қалайының қосындылары және т.с. қолданады.
Бояғыштар. Әйнекті бояу мақсатында түрлі
металлдар қосылыстарын пайдаланады.
Мысалы, селен (күкірт қышқылынан шығарылатын
сұрғылт-қара металлоид), күміс, алтын және
басқалар.
Бояғыштар ретінде хром (Сr2О3-жасыл түс береді),
марганец (MnO-қызғылт және т.б.), кобальт (СоОкөк) никель (NiO-қоңырдан қызғылт түске дейін)
оксидтерін қолданады.

17.

Әйнек және әйнек бұйымдарын өндіру мынандай
технологиялық операцияларды қамтиды:
- шикізаттарды дайындау (кептіру, майдалау,байыту);
- әйнек шихтасын әзірлеп, қорыту пешіне салу (өлшемдеудозалау, компоненттерін араластыру және пешке жіберу);
- әйнекті қайнату;
- балқымадан әйнек материалдары мен бұйымдарын
қалыптау;
сапалық көрсеткіштерін жақсарту үшін бұйымдарды
термиялық, механикалық немесе химиялық тәсілдермен
өңдеу (жасыту, шынықтыру).
Шихтадағы құрамнан ауытқу + 1% болса, шихта сапалы
болып есептеледі
Қолдануға жарамды құм – орташа түйіршіктік мөлшері
0,15-0,4 мм.

18.

Әк тасы, доломит, дала және балқығыш шпаттары және басқа ірі кесекті
материалдарын өңдеу схемасы былай бейнеленеді: жарып ұсақтау;
кептіру; диірменге тартып ұнтақтау: тас елегінде електеу (себу),
аспаптарда темір ұнтағын магниттік жолмен бөлектеу,
сондай-ақ сақар, натрий сульфаты, сода, пегматит және т.б.
ұнтақталынады.
Әйнек қорытуына қолданатын әйнек сынықтарын бөтен қоспалардан
темірден, ірі кесектерден айырып, жуып, түйіршік мөлшері 10 мм
дейінгі ірілікте шихтаға қосады.
Әйнекті қайнату. Шихтаны 1100-1500оС-қа дейін қыздырғанда
алдымен қатты түрде силикаттар пайда болады, содан кейін балқыма
түрінде
Температура көтерілген сайын баяу балқитын SiO2 және Al2O3 ериді де,
әйнек массасы пайда болады, ол әлі біртекті емес, газ көбіршектеріне
толы (техникалық көбік)
Әйнек массасын мөлдіретіп, біртектілеу үшін температураны 15001600оС-қа көтереді, сонда тұтқырлық азайып, біртекті мөлдір балқыма
түзіледі.
Әйнекті қайнату оны бұйым қалыптауға қажетті температураға дейін
салқындатумен аяқталады

19.

Әйнек бұйымдарын қалыптау тәсілдері: созу, құю, жаншып
тарту, престеу және үрлеу
Парақша әйнекті таспаны балқымадан тік немесе көлденең
созу, жаншып тарту немесе флоат-тәсілмен алуға болады
Әйнек қайнату бұйымды қалыптауға келетіндей температураға
дейін суытумен аяқталады
Жасыту – бұйымды қалыпқа келтіру үшін балқыманы жылдам
салқындатқанда әйнек бұйымының өздігінен бүлінуіне
апаратын ішкі кернеулердің алдын алу, бұйымның формасын
сақтап қалу үшін қолданылатын әрекет
Шынықтыру – беріктігі жоғары әйнек алу үшін оны балқу
температурасына дейін қыздырып, бетін кенет суыту
Ақырғы өңдеу – тегістеу, жалтырату, сәндеп өңдеу

20.

Салмағы бойынша құрамы, %
Әйнектің түрі
Өндіру әдісі
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Na2O
SO3
Fe2O3
көп емес
Терезелік,
сөрелік,
тегістелмеген
Қайықша тік
тарту
71-73
1-2
6-8
3,5-4,5
14-15
0,5
0,08-0,12
Тегістелген
Флоат-әдіс
73
1
8,6
3,6
13,4
0,4
0,08
Өрнекті және
арматураланған
Көлденең сүйреу
70-73
0,3-0,7
9-13
0,2-3,5
13
0,5
0,08-0,15
Жылу жұтқыш
Қайықша тік
тарту
71-72
1,6
6,6-7,5
3,6-4
15
-
0,4-0,6

21.

Кремнезем SiO2 - әйнек құрамалаушы негізгі оксид. Оны шихтаға кварцтық құм
немесе құмдақ (құм тас) және кварцит түрінде кіргізеді. Құмдағы темір, хром,
марганец, титан және т.б. оксидтер қосымшаларының мөлшерін шихтаны
есептегенде ескереді.
Құрамында 95% SiO2 және шамалы ғана Ғе2О, ТІО2, Сг2О3, МnО және т.б. бояғыш
оксидтері бар құмдарды әйнеклық құмдар деп атайды. Кремнезем әйнекмассасының
қойымталдығын ұлғайтып, машиналық созу жылдамдылығын асыруға, механикалық
қасиетін, қиын балқығыштығын, термотөзімділігін жақсартуға және жылулық ұлғаю
коэффициентін кішірейтуге ықпалын тигізеді.
Глинозем Аl2Оз шихта құрамына дала шпаты мен каолин түрінде кіреді.
Жоғарғы сорттағы әйнек алу үшін - таза алюминий оксидін қолданады. Жалпы
глинозем әйнеклардың балқу температурасын, қоюлығын, жұмсару
температурасын ұлғайтады және химиялық төзімділігі мен механикалық қасиетін
жақсартады.
Шихтаға көміртегін енгізу үшін натрий сульфаты массасының 6-7% шамасындай
кокс, немесе ағаш көмірін, немесе антрацит, немесе ағаш ұнтағын пайдаланады.
Натрий оксиді әйнекқұралуын тездетіп, оның қорытылу температурасын
төмендетеді, жарықтану процесін жеңілдетеді.
Бірақ Na2O әйнектердің жылылық ұлғаю коэффициентін өсіруге ықтималдайды
және термиялық пен химиялық төзімділігін нашарлатады.

22.

Калий оксиді К2О әйнектік шихтаға сақар К2СО3 түрінде немесе сода мен сақар араласы
күйінде еңгізеді. Калий оксиді әйнектің кристалдануға бейімділігін төмендетіп, түстік өң
құбылысын жақсартады және оған жалтырлақ қасиет береді. Осы себептерден де калий
оксиді көпшілігінде хрусталь бұйымдарын және түсті, оптикалық, химиялық техникалық
әйнеклар өндіреде қолданады.
Кальций оксиді СаО әктасы СаСО3, әк тасты шпат, бор және т.б. тау жыныстары арқылы
шихтаға қосылынады. Кальций оксиді әйнекдағы басты құрамалардың бірі. Ол әйнектің
химиялық төзімділігін асырып, балқу температурасын төмендетеді, механикалық қасиетін
жақсартады.
Магний оксиді MgO әйнек шихтасына магнезит және доломит атты тау жыныстары арқылы
еңгіздіріледі. Бүл оксид әйнектің өзінен өзі кристалдануға бейімділігін әлсіретеді, беттік
тартылысын үлғайтып қатаю процессін тездетеді.
Мырыш оксиді ZnO оптикалық әйнек (2-65%), хрусталь бұйымдарын (17-34%) және т.с.с.
арнайы әйнек өндірерде қолданады. ZnO шихтаның балқу температурасын, қоюлығын,
механикалық қасиетін төмендетеді, кристалдану бейімділігін бәсеңдетеді, жарық сәуле
сындыруын күшейтеді.
Фосфор оксиді Р2О5 оптикалық (70%дейін), дозиметриялық (90%дейін), инфрақызыл
сәулеленуін сіңіруші (70%) әйнекларын өндірерде қолданады.
Осындай әралуан мақсаттармен цирканий диоксидін ZrO2, барий диоксидін ВаО және т.с.с.
әйнек шихтасына еңгізіп әйнек бұйым қасиеттерін керекті бағытта өзгертеді.
Қосымша шикі зат материалдары. Бұл топқа жататындар әр алуан тотықтандырғыштар мен
тотықсыздандырғыштар,бояғыштар, жарықтандырғыштар мен түссіздендіргіштер және т.с.с.
шикі заттар, сульфаттар, амонийлық тұздар және т.б.).

23.

Белгілі әйнек құрамы үшін әйнек шихтасын шикі заттар
құрамын ескере есептейді.
Қосылатын әйнек сынығын есептемегенде әйнекті тік
жоғары тарта созу үшін шамамен есептегендегі шихта
құрамы (100 әйнекке)
Әйнекті тік жоғары созу тәсілі
Аталуы
Қайықтық
Қайықсыздық
Кварц құмы
Доломит
Әктас
Сода
61
18,2
2
23,9
64,3
18
4
21,7
Натрий сульфаты
Пегматит
Көмір
2,5
10,4
0,5
2,5
10,4
0,5

24.

Жарықтандыру (ашықтандыру). Әйнек қорытқанда әрбір 100 кг шихта
шамамен 4-5 м газ бөліп шығарады. Осы газдың біразы көбіршік түрінде әйнек
массасында қалып қояды.
Сондай-ақ, әйнек массасында ондағы еріген СО2, SO2, су булары және т.с.
есебінде байланыса пайда болған көптеген газдар да болады. Белгілі бір
жағдайларда әйнек массасындағы еріген газдар көпіршік тәрізді шығып
кетеді, біразы, керісінше әйнек массасында еріп кетеді.
Қалайда газ қалдығының аз болуына әйнекшілер әруақытта талаптанады.
әйнек ашықтығы осы газдардан тазалану дәрежесіне байланысты.
Әйнек массасынан газ көпіршіктерін жылдамдата және қалайда толығырақ
шығару мақсатымен әйнекқорыту пешінің температурасын 1500-1550°С дейін
көтеріп әйнек массасын сұйылтады.
Сонымен қатар балқыманың беттік тартылысын азайту үшін шихта құрамына
кейбір әйнектер түріне қорытар кезінде жарықтандырғыштар (сульфаттар,
хлоридтер, аммонийлық тұздар, кушәлә (мышьяк деген мағынада), сурьма
және т.б.) енгізеді.
Бұл заттар жоғарғы температурада ыдырап, әйнек массасында ірі түйіршікті
газ көпіршіктерін құрайды.
Ірі көпіршіктер әйнек массасынан өздерімен бірге көптеген майда
көпіршіктерін сыртқа ала шығады.
Әйнек массасының ашықтануын тездету үшін кейде оны жасанды жолмен
бұрқылдата қозғалтады (қысымдақтағы жаға ауамен, бумен немесе
жылдамдата араластырумен).