防腐蚀工程第二章精选文档.ppt

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1、防腐蚀工程第二章本讲稿第一页，共五十六页第一节 水玻璃 1.1 水玻璃1.2水玻璃的生产方法 水玻璃又名泡化碱，是一种可溶性硅酸盐，由一种内含不同比例的碱金属和二氧化硅的系统所组成，一般均含有水分。Na2OnSiO2、K2OnSiO2；水玻璃分子式中SiO2与Na2O分子数比n称为水玻璃的模数，一般在1.53.5之间。水玻璃模数越大，越难溶于水。水玻璃的模数越大，胶体组分越多，其水溶液的粘结能力越大。水玻璃在水溶液中的含量（或称浓度）常用密度或者波美度表示。本讲稿第二页，共五十六页水玻璃的固化 为加速水玻璃的凝结固化速度和提高强度，水玻璃使用时一般要求加入固化剂氟硅酸钠。当水玻璃模数、密度确定

2、后，氟硅酸钠的理论用量就是一个定值。氟硅酸钠固化剂的理论掺量按下式计算：式中G氟硅酸纳用量占水玻璃用量百分率(%);N1-水玻璃中含氧化钠百分率(%)N2-氟硅酸钠纯度(%)配制耐酸混凝土时，氯硅酸钠硬化剂的掺量过多是不适宜的，一般掺量为水玻璃用量的1215，这主要视拌制时的温度来确定。掺量少，凝结固化慢，且强度低；掺量太多，则凝结硬化过快，不便施工操作，而且硬化后的早期强度虽高，但后期强度明显降低。因此，使用时应严格控制固化剂掺量，并根据气温、湿度、水玻璃的模数、密度在上述范围内适当调整。即：气温高、模数大、密度小时选下限，反之亦然。本讲稿第三页，共五十六页1、硬化的几个阶段 硬化被认为主要

3、是水玻璃和氟硅酸钠发生化学反应的结果。硬化要经过水解化合干燥三个阶段后，产生强度和耐久性。1）、水解反应阶段2）、化合反应阶段 本讲稿第四页，共五十六页氟硅酸钠 氟硅酸钠系白色结晶或结晶性粉末，比重为2.68，微溶于水，不溶于酒精，有腐蚀性，有毒，在450以上灼伤后，分解成氟化钠和四氟化硅。氟硅酸钠可用于农业上的杀虫剂，搪瓷的乳白剂，乳白玻璃的造蚀剂，木材的防腐剂和制造其它氟化物原料，并应用于铍和铝的冶炼以及医药、皮革、橡胶工业等。在耐火材料中可用作水玻璃结合剂的促凝剂。由于氟硅酸钠在水中的溶解度较小，它与水玻璃的反应是缓慢而又逐渐进行的，这不仅对施工有利而且硬化物的致密性和强度都很高。在水玻

4、璃结合的无机材料中最为常用。氟硅酸钠是生产过磷酸钙或铝厂生产氟化盐的副产品，一般呈白色结晶粉末。在水中溶解度较小，常温时1以下，随温度升高而略有增大。氟硅酸钠的水溶液呈酸性（PH3）。这是由于其水解产物中含有氢氟酸的缘故。降低溶液的酸性有利于氟硅酸钠的水解。当PH3.5-3.55时，水解趋于稳定，PH等于4时，水解显著。PH等于8-8.5时，氟硅酸钠可完全水解呈二氧化硅凝胶而析出。因此，当氟硅酸钠加入到水玻璃时，除中和水玻璃溶液中的氢氧化钠使其析出二氧化硅凝胶而硬化外，氟硅酸钠本身也是二氧化硅凝胶的来源。氟硅酸钠微溶于水，298 K下在水中的溶解度为7.62 g/L，而氟硅酸钾难溶于水，298

5、 K下在水中的溶解度为1.77 g/L.它们在酸中的溶解度高于在水中的溶解度 本讲稿第五页，共五十六页反应的影响水玻璃与氟硅酸钠的一系列化学反应在混凝土中无法进行完全，外层进行反应的时间较短，内层虽然时间较长，但不能全部反应到底，其反应率仅达80左右。即使各组分的比例得当，在硬化体中，仍然存在着未水化的硅酸钠和氟硅酸钠；因此，水玻璃耐酸混凝土硬化过程中所产生的可溶性物质(如NaF)和未参与反应的硅酸钠的存在，是使得混凝土的抗稀酸性、抗水性和渗透性较差的基本原因。同时，在制备水玻璃耐酸混凝土的过程中，如果氟硅酸钠用量不足，水玻璃模数过低，密度过大，早期养护温度过低，也会降低混凝土的抗稀酸性能和抗

6、水性能。水玻璃耐酸混凝土在低温下的硬化是十分缓慢的，当温度升高时，它的硬化过程就大大加快。这是由于氟硅酸钠的溶解度随温度的升高而加大，因而导致混凝土的凝结加快，强度提高，一般情况下，耐酸混凝土要在温暖(10以上)和干燥的环境中硬化，严禁浇水养护.本讲稿第六页，共五十六页提高耐酸性能的措施 为了改善和提高水玻璃耐酸混凝土的抗稀酸、抗水性、抗渗透性和其他物理化学性能，配制水玻璃耐酸混凝土的原材料应严格按照技术要求进行选择，配合比应合理设计，养护条件应控制适宜，这样，才能保证耐酸混凝土内部的硅酸凝胶脱水并形成固态，减少可溶性钠盐的含量，提高内部结构的密实性，从而获得性能良好的耐酸混凝土。水玻璃水玻璃

7、外加外加剂剂糠醇糠醇单单体体糠糠酮单酮单体体多多羟醚羟醚化三聚化三聚氰氰胺胺木木质质素磺酸素磺酸钙钙+水溶性水溶性环环氧氧NNO100355582+345本讲稿第七页，共五十六页有机类胶凝剂有机酸、酯、醛(乙二醛)聚乙烯醇等均可用作水玻璃的胶凝剂。采用复合硬化剂，提高胶泥强度，降低渗透性和提高耐水性能使碱金属硅酸盐固化的硬化剂有；含硅化合物(Na2SiF6、K2SiF6、CaSiO3等)：金属氧化物(ZnO、MgO、CaO、PbO等)；金属氢氧化物(Ca(OH)2、Mg(OH)2、Zn(OH)2等)；磷酸盐(Al(PO3)3、ZnOP2O5、MOnAl3O2mP2O6等)；硼酸盐(KBO2、C

8、aB4O7等)。本讲稿第八页，共五十六页水玻璃的生产方法 Na2CO3+nSiO2 2Na2OSiO2+CO2 1）配料与煅烧纯碱与石英砂按一定比例经拌料机1搅拌混合后，经过贮料槽2加料斗3，由螺旋输送机4加入反射炉6内进行煅烧反应。按模数3.3规格生产时，每80公斤纯碱(含碱量98%)加干砂(含硅量97)150公斤；按模数4规格生产时，每80公斤纯碱(含碱量98%)，加干砂(含硅量97%)183公斤。石英沙含水控制在510%。每班加料一次，每次加料时间为45小时。炉内用煤或重油喷雾燃烧加热，使料熔融，熔融温度为14601500，不得低于1350。本讲稿第九页，共五十六页2）浸溶熔窑加入生料时

9、，已熔融的水玻璃即可从下料口流入冷却槽中，经小型履带式输送机送入贮料捅7内。过磅后，由电动行车将桶内的玻璃块吊起倒入滚筒8内，根据块子重量及不同产品规格加入水量，通蒸汽溶解。蒸汽压力45公斤/厘米2，滚筒转速24转/分，模数在3.3以下的块子，在此条件下经2小时左右就能全部溶解。模数4的块子，溶解较困难，须在该筒内加入一定数量的液体烧碱，以加速块子溶解并降低模数，溶解到一定浓度后，放入沉清槽9内，靠自然沉淀除杂质。3）浓缩除去杂质后的溶液送入浓缩槽10内，进行浓缩。液层温度不超过100槽内用蒸汽盘管加热，槽底利用熔窑烟道废气加热。溶液浓缩至要求浓度(模数3.3，20时40Be；模数3.6，20

10、时35Be)时即为成品，使可放入成品贮槽12内。本讲稿第十页，共五十六页 1-拌料机；2-贮料槽；3-加料斗；螺旋输送机；5-燃料油喷头；6-反射炉；7-贮料桶；8-滚筒；9-沉清槽；10-浓缩槽；11-离心泵；12-成品贮槽；13-成品贮桶水玻璃干法生产流程图水玻璃干法生产流程图本讲稿第十一页，共五十六页湿法生产水玻璃 湿法生产水玻璃的整个工艺过程可分为：配料混合、加热反应、过滤及浓缩。先将电解烧碱和自来水分别通过计量槽1、2计量后，将自来水放入配料槽3。开启搅拌，并陆续向槽内投入定量的石英砂，投完后再将烧碱放入配料槽，通过离心泵4打入反应锅5，然后用直冲与夹套蒸汽同时加热。在不断搅拌下使石

11、英砂和烧碱进行反应。反应完毕后取样分析，测定模数比，如已达到规定的质量，即可将锅内的料液用反应锅本身的压力压至中间高位槽6，暂时贮放。将此半成品料液放入吸滤槽8，用叶片吸滤器在真空条件下进行吸滤。将成品料液吸入滤液槽10，再通过料泵11打至成品槽。然后，再根据使用单位的需要将部分成品真空蒸发，进行浓缩。本讲稿第十二页，共五十六页1.碱计量槽；2.水计量槽；3.配料槽；4.离心泵；5.反应锅；6.中间离位槽；7.叶片吸滤器；8.吸滤槽；9.清洗槽；10.滤液槽；11.料泵；12.中间储槽；13真空蒸发器；14.下水槽；15.料泵水玻璃湿法生成（模数水玻璃湿法生成（模数2.4）工艺流程图）工艺流程

12、图本讲稿第十三页，共五十六页第二节第二节化工陶瓷与搪瓷化工陶瓷与搪瓷 陶瓷是用铝硅酸盐矿物或某些氧化物等为主要原料，依照人的意图通过特定的化学工艺在高温下以一定的温度和气氛制成的具有一定型式的工艺岩石。表面可施釉或不施釉，若干瓷质还具有不同程度的半透明度，通体是由一种或多种晶体或与无定形胶结物及气孔或与熟料包裹体等微观结构组成。按所用原料及坯体的致密程度分类 可分为：土器、陶器、炻器、半瓷器、以至瓷器、原料是从粗到精，坯体是从粗松多孔，遥步到达致密，烧结，烧成温度也是遂渐从低趋高。本讲稿第十四页，共五十六页土器是最原始最低级的陶瓷器，一般以一种易熔粘土制造。在某些情况下也可以在粘土中加入熟料或

13、砂与之混合，以减少收缩。这些制品的烧成温度变动很大，要依据粘土的化学组成所含杂质的性质与多少而定。以之制造砖瓦，如气孔率过高，则坯体的抗冻性能不好，过低又不易挂住砂浆，所以吸水率一般要保持515之间。烧成后坯体的颜色，决定于粘土中着色氧化物的含量和烧成气氛，在氧化焰中烧成多呈黄色或红色，在还原焰中烧成则多呈青色或黑色。我国建筑材料中的青砖，即是用含有Fe2O3的黄色或红色粘土为原料，在临近止火时用还原焰煅烧，使Fe203还原为FeO成青色，土器土器本讲稿第十五页，共五十六页陶器 陶器可分为普通陶器和精陶器两类。普通陶器即指土陶盆、罐、缸、瓮，以及耐火砖等具有多孔性着色坯体的制品。精陶器坯体吸水

14、率仍有41 2，因此有渗透性，没有半透明性，一般白色，也有有色的。釉多采用含铅和硼的易熔釉。它与炻器比较，因熔剂量较少，烧成温度不超过1300，所以坯体未充分烧结；与瓷器比较，对原料的要求较低，坯料的可塑性较大，烧成温度较低。不易变形，因而可以简化制品的成形，装钵和其他工序。但精陶的机械强度和冲击强度比瓷器，炻器要小，同时它的釉比上述制品的釉要软，当它的釉层损坏时，多孔的坯体即容易沾污，而影响卫生。精陶按坯体组成的不同，又可分为：粘土质、石灰质，长石质、熟料质等四种。粘土质精陶接近普通陶器。石灰质精陶以石灰石为熔剂，其制造过程与长石质精陶相似，而质量不及长石质精陶，因之近年来已很少生产，而为长

15、石质精陶所取代。长石质精陶又称硬质精陶，以长石为熔剂，是陶器中最完美和使用最广的一种。近世很多国家用以大量生产日用餐具(杯、碟盘予等)及卫生陶器以代替价昂的瓷器。热料精陶是在精陶坯料中加入一定量熟料，目的是减少收缩，避免废品。这种坯料多应用于大型和厚胎制品(如浴盆，大的盥洗盆等)。本讲稿第十六页，共五十六页炻器在我国古籍上称“石胎瓷”，坯体致密，已完全烧结（sinte ring)，这一点已很接近瓷器。但它还没有玻化(Vitrification)，仍有2以下的吸水率，坯体不透明，有白色的，而多数允许在烧后呈现颜色，所以对原料纯度的要求不及瓷器那样高，原料取给容易。炻器具有很高的强度和良好的热稳定

16、性，很适应于现代机械化洗涤，并能顺利地通过从冰箱到烤炉的温度急变，在国际市场上由于旅游业的发达和饮食的社会化，炻器比之搪陶具有更大的销售量。半瓷器的坯料接近于瓷器坯料，但烧后仍有35的吸水率(真瓷器true porceiain吸水率在0.5以下)，所以它的使用性能不及瓷器，比精陶则要好些。炻器本讲稿第十七页，共五十六页瓷器是陶瓷器发展的更高阶段，它的特征是坯体已完全烧结，完全玻化，因此很致密，对液体和气体都无渗透性，胎薄处呈半透明，断面呈贝壳状，以舌头去舔，感到光滑而不被粘住，硬质瓷(hard porcetain)具有陶瓷器中最好的性能。用以制造高级日用器皿，电瓷、化学瓷等。软质瓷(soft

17、porcelain)的熔剂较多，烧成温度较低，因此机械强度不及硬质瓷，热稳定性也较低，但其透明度高，富于装饰性，所以多用于制造艺术陈设瓷。至于熔块瓷(Fritted porcelain)与骨灰磁(bone china)，它们的烧成温度与软质瓷相近，其优缺点也与软质瓷相似，应同属软质瓷的范围。这两类瓷器由于生产中的难度较大(坯体的可塑性和干燥强度都很差，烧成时变形严重)，成本较高，生产并不普遍。英国是骨灰瓷的著名产地，我国唐山也有骨灰瓷生产。瓷器本讲稿第十八页，共五十六页(1)粘土：为主要的原料，其特点为可塑性；(2)熟料：即利用废旧的陶瓷制品或锻烧过的粘土粉碎而成，它起骨架作用，可以防止制品在

18、焙烧过程中收缩和开裂；(3)石英：它在焙烧过程中体积会增大，可以部分地抵偿制品的收缩，同时也可提高耐酸度；(4)长石：是助熔剂，它的熔点较低，可降低烧结温度。随着制品的要求的不同，它们间的配比可在很大范围内变化，大致的配比范围如下：粘上3550、熟料1045%、石英2540%、长石2540%。制造陶瓷化工设备所用的原料，主要为粘土、长石和石英，来源方便，价钱便宜，制造工艺和设备简单，各地都能生产，便于推广使用。本讲稿第十九页，共五十六页半细耐酸陶瓷制品与粗耐酸陶瓷制品粘上、熟料、长石等的粉碎（轮碾机、球磨机）配料干法混合（干式双轴混合机）湿法混合（双混合机和黏土润湿）附加混合（湿法轮碾机）真空

19、处理（带式真空挤泥机）成型干燥（各式干燥室）施釉干燥烧成砌忖用的耐酸陶瓷制品 黏土的粉碎（刨削机）长石的湿法研磨（球蘑机）湿法混合（桨式搅拌机或螺旋桨搅拌机）湿法分选(筛子)装有搅拌设备的总泥浆池坯料输送（泵）坯料干燥坯料脱水（真空压滤机）粉碎（龙型粉碎机）筛分（控制筛）成型（压坯机）干燥烧成细耐酸陶瓷制品黏土的粉碎（刨削机）坯料脱水（压滤机）成型坯料真空处理（带式真空挤泥机）湿法分选(筛子)湿法混合（桨式搅拌机或螺旋桨搅拌机）长石与熟料的湿法研磨坯料输送（泵）装有搅拌设备的总泥浆池烧成施釉干燥耐酸陶瓷制品的生产流程图 本讲稿第二十页，共五十六页用来生产耐酸制品的粘土，其耐火度为1600172

20、0；烧结温度为11501350。为了制造耐酸陶瓷品，采用由各种粘土(有时混有高岭土)、熔剂和熟料组成的复杂的混合料。混合料中熔剂的加入量，决定于粘土的性能(主要是决定于烧结温度和耐火度)。实践证明，只由粘土制成的材料，其单位气孔率达1315；欲制得气孔率小于1的制品，就必须往混合料中添加大约1012%的长石或伟晶花岗岩。要制得特种用途的耐酸陶瓷制品，往粘土中加入高岭土和矾土，以提高其耐急冷急热性；加入长石、伟晶花岗岩、锂辉石或滑石、矾土，以提高其化学稳定性。坯料中氧化镁含量愈高，材料就愈耐酸。P2O5使坯料熔触温度降低，但使制品耐酸能力提高(甚至耐氢氟酸)。往坯料中加入Cr2O3，能使材料耐碱

21、能力提高，同时还能保持它的耐酸性。本讲稿第二十一页，共五十六页2.2化工搪瓷 搪瓷俗称珐琅，是在金属材料制的坯胎表面涂上一层或多层无机材料玻璃质的搪瓷釉，经过高温发生化学反应而形成的金属瓷釉系统，这是一种复合材料。搪瓷制品种类繁多。按所用金属材料可分为黑色金属搪瓷和有色金属搪瓷两大类；按制造工艺分，有一次搪瓷和两次或多次搪瓷；若以瓷釉特点命名，有耐酸搪瓷、低熔搪瓷、自洁搪瓷和微晶搪瓷等；按制品用途划分，常分为日用和非日用搪瓷两大类。本讲稿第二十二页，共五十六页化工搪瓷的瓷釉原料是由石英砂、长石等天然岩石加助熔剂(如硼砂、纯碱、碳酸钾、氟化物等)以及少量密着剂(镍、钴、铜、锑、锡等金属的氧化物)

22、。经粉碎后按一定比例混合，在11301150温度下熔融成为玻璃态物质。然后再加水、粘土、乳化剂等在研磨机内充分磨细，制成瓷釉浆。利用喷枪将瓷釉浆均匀地喷涂在钢铁设备表面，再进入加热炉于800900温度下进行烧结，即得到紧密粘附在钢铁表面的玻璃质搪瓷。搪瓷层通常要在钢铁设备表面涂覆两层不同组成的瓷釉。直接与钢铁接触的称为底釉，在原料配比上要求尽可能与铁具有相近的热膨胀系数；瓷釉的熔融物应该有较小的表面张力，使得能很好地浸润钢铁表面而提高粘结强度。面釉则主要起防腐和抗腐蚀的作用。面釉一般涂覆23次。无论是底釉或面釉，每涂覆一次都必须烧结一次。搪瓷层的总厚度通常约0.81.5mm。化工搪瓷除了氢氟酸

23、、含氟化物溶液、浓热磷酸以及强碱外。对于各种浓度的无机酸、有机酸、有机溶剂和弱碱等都具有良好的耐蚀性。本讲稿第二十三页，共五十六页瓷釉料的组成、原料和作用 组分作用组成所用原料及要求基体剂形成瓷釉的主体并决定主要性能的成分氧化硅、氧化硼、氧化铅石英砂（SiO299，Fe2O30.1）、硼酸（H3BO398.5，Na2SO40.4%,Fe2O30.01%）助溶剂促使瓷釉熔融并调整其性能氧化钠（钾）、氧化硼、氧化锶碳酸钠（钾、锶）、硝酸钠（钾）、硼砂乳浊剂保证瓷釉遮盖金属坯件，制成不透明瓷釉氧化钴、氧化锑、氧化钛等相应化工原料密着剂促进底釉与金属抷体牢固结合氧化钴、氧化镍和氧化铜等相应化工原料 氧

24、化剂为防止瓷釉中某些氧化物在熔融时被还原并促进溶化含氧酸盐硝酸钠(钾)辅助剂熔加辅助剂，直接加入釉料目的在于降低瓷釉和制品烧成温度，改善瓷釉性能氧化锌、氧化钙、氧化镁及某些稀土金属化合物相应的化工原料和化学试剂后加辅助剂，在釉块研磨时加入或直接加入釉浆，目的在于改善釉浆的涂敷性铝硅酸盐、铝酸盐和其他含氧酸盐粘土、铝酸钠、氧化钾等着色剂为彩色搪瓷中所用或使釉着色，或在制品上做成颜色图案及花纹各种有彩色离子的金属氧化物相应的化工原料和化学试剂本讲稿第二十四页，共五十六页底釉 原料原料石英、石英、长长石、石、硼砂硼砂纯纯碱碱硝酸硝酸钠钠氧化氧化钴钴萤萤石石锰锰粉粉配比配比827450.51.5化学式

25、化学式SiO2、Al2O3K2O+Na2OB2O3CaF2密着原料密着原料组组成范成范围围4557571720515350.53常用底釉的原料配比和化学组成范围 与金属牢固地密着；熔融时能很好地浸润金属坯胎的表面，并以致密的薄层均匀地覆盖在坯胎上，没有孔洞、气饱和碎裂，具有与坯胎金属相适应的膨胀系数；有很大的软化范围，以便制品烧成时从金属中逸出的气体能够在底釉完全熔融前都被除去，能与罩在它上面的面釉结合得良好；具有合适的化学组成，一般均含有一定量的密着原料。本讲稿第二十五页，共五十六页面釉 1）乳浊性能优良，能遮盖住深色的底釉；2）软化温度应略低于底釉；3）膨胀系数应略小于金属；4）瓷釉层对水

26、、酸液、碱液和盐类溶液的作用稳定；5）瓷釉层的热稳定性好，能经受一定的温度变化；6）有优良的光泽。原料原料长长石石石英石英硼砂硼砂硅氟化硅氟化钠钠萤萤石石氧化氧化锑锑纯纯碱碱硝酸硝酸钠钠氧化氧化钛钛锑锑面釉配比面釉配比3.022.522.517.05.03.0钛钛面釉配比面釉配比34.239.16.36.014.4化学式化学式SiO2B2O2Al2O3K2O+Na2OCaF2Na2SiF4Sb2O3TiO2锑锑面釉面釉组组成范成范围围374558681218477101015-钛钛面釉面釉组组成范成范围围38501520031015-610-1520本讲稿第二十六页，共五十六页搪瓷釉制备的工艺

27、流程 经过加工处理的各种原料处理称 量、混合溶制成粒干燥、贮藏干法研磨湿法研磨过筛过筛釉粉老化釉浆本讲稿第二十七页，共五十六页第三节第三节玻璃玻璃 凡无机物融体通过一定方式冷却，因粘度逐渐增加而具有固体的机械性质与一定结构特征的非晶体物质，都称为玻璃。玻璃的材料特性:各向同性；无固定熔点；亚稳性；性质变化的连续性与可逆性。此外，玻璃材料还具有一些良好的理化性能，如良好的光学性能，较高的抗压强度、硬度、耐蚀性及耐热性等。玻璃的工艺特点在于：可以通过化学组成的调整，并结合各种工艺方法（例如表面处理和热处理等）来大幅度、连续调整玻璃的物理和化学性能，以适应范围很广的实用要求；可用吹、压、拉、浇铸等多

28、种多样的成形方法，制成各种空心和实心形状。还可以通过焊接和粉末烧结等加工方法制成型状复杂、尺寸严格的器件。本讲稿第二十八页，共五十六页工业用的玻璃一般是用多种无机矿物为原料，经粉碎、过筛、混合、熔融、澄清、匀化以后加工成型、热处理制成产品；浮起法制造平板玻璃流程示意 本讲稿第二十九页，共五十六页玻璃的组成主要是各种氧化物，加SiO2、B2O3、P2O5、BaO、CaO、K2O、MgO等，它们由制玻璃原料石英砂、硼酸、硼砂、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱、芒硝、碳酸钾等物质进入玻璃。氧化物氧化物加入目的加入目的降低降低增加增加氧化硅（氧化硅（SiO2）相相对对密度密度熔融温度、退火温度、化学

29、熔融温度、退火温度、化学稳稳定性、定性、热稳热稳定性、定性、机械机械强强度度氧化硼（氧化硼（B2O3）熔融温度、熔融温度、韧韧性、析晶性性、析晶性化学化学稳稳定性、耐定性、耐热稳热稳定性、折射率、光定性、折射率、光泽泽氧化氧化铅铅（PbO）熔融温度、化学熔融温度、化学稳稳定性定性相相对对密度、光密度、光泽泽、折射率、折射率氧化氧化铝铝（Al2O3）析晶性析晶性熔融温度、熔融温度、韧韧性、化学性、化学稳稳定性、机械定性、机械强强度度氧化氧化镁镁（MgO）析晶性、析晶性、韧韧性性耐耐热热性、化学性、化学稳稳定性、退火温度、机械定性、退火温度、机械强强度度氧化氧化钡钡（BaO）熔融温度、化学熔融温度

30、、化学稳稳定性定性相相对对密度、光密度、光泽泽、折射率、析晶性、折射率、析晶性氧化氧化锌锌（ZnO）热热膨膨胀胀系数系数热稳热稳定性、化学定性、化学稳稳定性、熔融温度定性、熔融温度氧化氧化钠钠（Na2O）化学化学稳稳定性、定性、热稳热稳定性熔定性熔融温度、析晶融温度、析晶倾倾向、向、退火温度、退火温度、韧韧性性表面表面导电导电度、度、热热膨膨胀胀系数、分系数、分电电常数常数氧化氧化钾钾（K2O）与与Na2O同同增加光增加光泽泽、其他同、其他同Na2O氧化氧化钙钙（CaO）热稳热稳定性定性硬度、化学硬度、化学稳稳定性、机械定性、机械强强度、析晶性、退火度、析晶性、退火温度温度本讲稿第三十页，共五

31、十六页玻璃纤维的成型过程 本讲稿第三十一页，共五十六页耐蚀玻璃 石英玻璃 石英玻璃的性质是：软化温度高，石英玻璃的制品能加热到1400；由于热膨胀系数小(=5.810-7)，因此热稳定性高；在2504700毫微米范围内透明度高；甚至在高温下，介电损耗和导电率都很小；化学稳定性高，特别是对酸和水。由于熔融物的粘度大，甚至在温度2500时还不能澄清，即不能放出夹杂的许多气泡，还由于石英玻璃在温度1600左右开始蒸发，致使石英玻璃的生产比较复杂。超过2000蒸发非常剧烈，可能失掉全部熔融物。更为困难的是选择熔化器的材料，这种材料不仅要耐高温，还要不使熔融物污染。石英玻璃二氧化硅的含量不少于99.5、

32、基本氧化物(RO、R2O)的含量不多于0.15，富选纯石英砂是生产不透明石英玻璃的原料。石英砂的污染程度较大时，石英玻璃的性质就会显得很差。本讲稿第三十二页，共五十六页不透明石英玻璃是一种白色半透明物质，这种外观是由于玻璃中含有大量的气泡(直径0.0030.3毫米)所致，但是除了透明度以外，这几乎并不影响石英玻璃的宝贵的性质。不透明石英玻璃的制造比较简单，它在许多情况下可以代替透明的石英玻璃。熔制不透明石英玻璃最普遍而且最简单的方法是用电流将埋入砂子中的碳棒或石墨棒加热到高温(约1900)。贴近碳棒的砂层是逐渐熔化的，加热的持续时间越长，棒心周围形成的熔融石英层就越厚。几乎没有气泡的透明石英玻

33、璃可用装备复杂的真空压缩式电炉制造。在这种炉中，盛有石英块的石墨坩埚放在坚固的用水冷却的双壁金属罩内。熔化在真空下进行，熔化将要结束时，使炉内压力达到2030大气压或者更高一些。在这样的压力下，将电炉冷却，然后将制得的全透明玻璃块送去进一步加工。本讲稿第三十三页，共五十六页就组成和性质而言，类石英玻璃接近石英玻璃，但是它们的生产方法是彼此不同的。类石英玻璃的原玻璃组成如下(克分子)：SiO26080，B2O3 1830，Na2O 0412。这种玻璃采用普通方法进行熔制与成型。熔制玻璃的温度不超过14801500。退火制品要经过二次热处理，处理时间为3昼夜，温度为525650，在此过程中玻璃产生

34、分相。经低温处理的制品，其外貌完全不同于原制品，经高温处理(625650)的制品则会失去透明度，而变为乳白色。然后，将制品放在苛性钠的浓溶液或10的HF溶液中处理，以除去表面上的火力抛光层。之后，在2050下用3N的HCl处理，或在98下用3N HCl+5N H2SO4的混合酸处理，也可用其他酸处理。经过这种处理之后，可溶相硼酸钠被浸析出来。然后用水冲洗制品，干燥，并在800900下烧结。经烧结后，酸处理所形成的孔隙就会闭合，制品尺寸减小而变为透明。类石英玻璃主要用于制造薄壁的化学容器、管子，以及其他制品。耐蚀玻璃 类石英玻璃 本讲稿第三十四页，共五十六页耐蚀玻璃 实验室玻璃 化学试验室玻璃以

35、它本身的组成来看是复杂的多元系统的玻璃。生产这种玻璃在形成玻璃的氧化物中通常是利用硼酐、氧化铝、氧化锌和氧化钡，还可以应用氧化钛和氧化锆。由于化学实验室玻璃较其他的玻璃含有的碱性氧化物为少，所以它有较大的化学稳定性。熔制和澄清高硅硼酸盐玻璃，其粉料的均匀度是具有特别重要意义的。这种玻璃即使在高温1500下粘度还是很大，所见必须加强它的澄清，不仅可加氧化砷和硝酸钾，还可使用食盐(1)和硅酸钠或硫酸铵(0.30.5)。在熔化好了以后还必须搅拌34次。由于熔体有较大的结晶倾向、并且粘度很高，所以成型温度要在14001450。通常熔制的时间视窑温和坩埚容量而定，一般需时2535小时。本讲稿第三十五页，

36、共五十六页第四节第四节铸石铸石 所谓铸石就是以天然岩石为主要原料，经粉碎、配料、熔化、浇铸、成型、结晶、退火而成的工业制品。通俗地说，铸石就是由熔铸方法制造的人造岩石。化学成分化学成分SiO2Al2O3+TiO2Fe2O3+FeOCaOMgOK2O+Na2O重量比重量比4749162114178116824铸石的化学成分 目前国内外用于生产铸石的原料主要为玄武岩、辉绿岩，其次为角闪岩、冶金炉渣、电厂煤灰渣及某些矿山围岩等。生产实际中，除主要原料外，还常根据工艺条件需要加入其它辅助原料，如石灰岩、白云岩、菱铁矿、石英砂、蛇纹岩及工业废料(如电厂粉煤灰)等。一般在炉料中还要加入助熔剂(萤石)和结晶

37、剂(铬铁矿或铬渣)等。本讲稿第三十六页，共五十六页铸石的矿物成分主要为辉石类矿物(普通辉石，有时有透辉石)，少量黄长石、铬铁矿、磁铁矿、玻璃相。偶有钙铁矿、硅灰石、橄榄石。铸石生产过程的目的是把原料中的复杂矿物相(斜长石、辉石、橄榄石、角闪石等)转变为单一矿物相辉石。生产中的熔化和结晶工序就是实现这个转化的于段。铸石中的矿物相是在熔体速冷中产生的，所以一般均呈发育不良的晶形，以微晶集合体或晶体的骨架骸晶出现。骸晶是在铸石熔体粘度急剧增大，结晶物质构造单体运输困难的情况下形成的。本讲稿第三十七页，共五十六页铸石的耐酸碱性 铸石是由普通辉石矿物构成，除氢氟酸和过热磷酸外，在所有酸碱中几乎不溶解。此

38、外，铸石在和酸碱作用后，表面能逐渐生成一层铝硅酸盐保护膜，它能防止介质的化学腐蚀。因此铸石在耐化学腐蚀方面优于不锈钢和铅。铸石的化学稳定性主要取决于结晶程度和矿物相。未结晶的玻璃体其化学稳定性较结晶的产品差几十倍，因此生产耐酸粉必须要用结晶的铸石废品，而不能用玻璃体铸石。铸石制品的的抗冲击性能和热稳定性很差，铸石制品用作金属设备的衬里是一种比较理想的耐化学腐蚀材料，它的耐腐蚀性显示出独特的优越性。象环氧树指不耐强酸、橡胶不耐有机溶剂、聚氯乙烯不耐高温、不锈钢不耐盐酸、花岗岩材料易层层剥落等，唯独铸石性能比较全面，能在各种条件下使用。其耐磨性比合金、普通钢材、铸铁高数倍甚至十几倍，比相同材质的烧

39、结制品也要高出数倍。本讲稿第三十八页，共五十六页铸石生产的工艺特点 铸石生产的一般工艺过程，与熔铸耐火材料相同，为原料制备配料混合加工熔融浇铸成型退火处理后加工。它比普通玻璃的生产多了一个结晶过程，比普通陶瓷的生产多了一个熔化过程 铸石熔体一般在1350左右开始出现，但为了使熔体充分熔融，保持适当的流动性，一般将冲天炉或池窑的炉温控制在1500左右，铸型温度一般控制在1300左右。温度高，结晶缓慢；温度过低，熔体粘度增大，制品结构不均匀。结晶工序是晶体的析晶生长过程，决定铸石晶体的发育和内部结构，是决定铸石质量的关键。本讲稿第三十九页，共五十六页铸石中试研究示例 1.配料：按原料的化学成分配料

40、，将页岩粉碎到1.0厘米以下，按配比均匀混合后，装入坩锅。2.熔化：采用4880厘米直筒型坩埚窑，用焦粉作燃料，一次装入50公斤，用700瓦吹风机吹风。熔化周期，从装入坩埚到出炉一般需2.53小时，开始熔化温度在13501400，完全熔化温度为14501500，熔化时间11.5小时，在熔化过程中加强搅动，以保证三种原料互相扩散，达到均化和脱氧。3.浇铸：熔化好的岩浆出窑后，稍停片刻，除去面上的渣，即可浇铸。浇铸的速度不要太快，以免底部铁水冲出、混入制品，影响质量。浇铸的温度一般为13001350，此时，岩浆流动性较好。低于1300，则岩浆粘度大，成型困难，制品表面不平整，有时还产生玻璃线，影响

41、浇铸数量和制品质量；本讲稿第四十页，共五十六页如浇铸温度太高，浇铸后又马上放入结晶炉，则因岩浆散热慢，入炉后仍处于软化状态，导致结晶缓慢，甚至出现不结晶的产品，因此当烧铸温度过高时，浇铸后就不忙立即送入结晶炉，待开始凝固后再放入炉内结晶。4.结晶在12千瓦箱型电阻炉进行，加热室尺寸200300500毫米，结晶温度控制在860900，结晶时间为2040分钟，结晶制度控制是否合理，将影响制品的质量，根据试验，制品厚度每增加l2厘米，结晶温度可降低1020，结晶时间可增长510分钟。至于结晶过程是否已经完成或结晶制度是否合理，可间隔一定时间后，从结晶炉内取出一块制品，打断后，观察断面来判断，如断口为

42、瓷状，则表示结晶良好；如断口很粗或呈暗亮色，略具玻璃光泽，则需分析原理，调整结晶制度。5)退火：退火在马弗炉内进行，开始退火温度为660700，冷却速度为1020/小时，250以下在炉内自然降温，至5060出炉，全部退火时间为4050小时，按这样的退火制度，一般都能防止产品发生炸裂。本讲稿第四十一页，共五十六页第五节第五节花岗石及其他耐蚀天然石材花岗石及其他耐蚀天然石材 天然花岗石是火成岩，也叫酸性结晶深成岩，属于硬石材。由长石、石英及少量云母组成。花岗石构造致密，呈整体的均粒状结构。常按其结晶颗粒大小分为“伟晶”、“粗晶”、“细晶”三种。花岗石二氧化硅含量多在70%以上。颜色较浅，以灰白、肉

43、红色者常见。主要由石英、长石和少量黑云母等暗色矿物组成。石英含量为20%-40%，碱性长石约占长石总量的2/3以上。碱性长石为各种钾长石和钠长石，斜长石主要为钠更长石或更长石。暗色矿物以黑云母为主，含少量角闪石。具典型的花岗结构或似斑状结构。本讲稿第四十二页，共五十六页建筑材料放射性核素限量 国家强制性标准GB6566-2001建筑材料放射性核素限量自2002年7月1日起开始实施，标准中将石材放射性分为A、B、C三类，放射性放射性类类别别IRa内照射内照射指数指数Ir外照射指外照射指数数使用范使用范围围A1.01.3其其产销产销与使用范与使用范围围不受限制不受限制B1.31.9不可用于住宅、医

44、院、学校、幼儿园等不可用于住宅、医院、学校、幼儿园等I类类民用建筑的内民用建筑的内饰饰面，可用于面，可用于I类类民用建筑民用建筑的外的外饰饰面和其他一些建筑的内外面和其他一些建筑的内外饰饰面面C2.8只可用于建筑物的外只可用于建筑物的外饰饰面和室外其他用途面和室外其他用途2.8只可用于碑石、海堤、只可用于碑石、海堤、桥桥墩等人墩等人类类很少涉很少涉及到的地方及到的地方本讲稿第四十三页，共五十六页花岗石防腐耐酸化工装备：酸碱贮槽，电解槽，电镀槽，拉丝槽；颜料漂洗池，反应池，发酵池，污水池，中和池；酸碱泵基础，防腐管架，酸碱车间地坪、楼面、下水管道，酸碱沟，尾气吸收塔，硝化锅，氨液罐，浓缩锅。本讲

45、稿第四十四页，共五十六页花岗石的工业技术要求 1.对天然花岗石荒料的主要要求 2对耐酸、耐碱花岗石的质量要求(1)耐酸花岗石的质量要求主要化学成分要求：SiO270%75%，含量越高耐酸性能越好；Al2O313%15%；Fe2O30.5%；CaO0.8%；MgO0.4%；耐酸度大于97.5%。热阻率(经过1040次热变化后的抗压强度)大于16.2MPa，熔点1610，膨胀系数小于810-3，吸水率小于1.5%。(2)耐碱花岗石的质量要求 要求CaO、MgO含量高，含量越高耐碱性越好，有些耐酸石材SiO2含量高，但孔隙率小，亦可作为耐碱石材使用。青岛料石总厂生产的耐碱花岗石产品化学成分如下：Si

46、O2 76.6%、Al2O3 14.39%、(K2O+Na2O)9.07%、Fe2O3 1.14%、CaO 1.34%、MgO 0.68%。本讲稿第四十五页，共五十六页花岗石加工技术 花岗石加工的基本方法有：锯割加工、研磨抛光、切断加工、凿切加工、烧毛加工、辅助加工及检验修补。本讲稿第四十六页，共五十六页长石长石是由硅氧四面体组成架状构造的钾、钠、钙铝硅酸盐矿物。在自然界中，长石大致分三大系列。一是由钾、钠两组长石相互混熔而形成的碱性长石系列，它包括正长石、微斜长石、透长石、冰长石及歪长石五种；二是由钠、钙长石两种组份相互混熔而形成的斜长石系列。目前习惯上只按钠、钙组分含量比列的不同而将斜长石

47、分为六种，本讲稿第四十七页，共五十六页第六节第六节碳素材料碳素材料 人们从矿物体中开采得到的碳有三种形态：金刚石、石墨和各种煤炭。金刚石和石墨是结晶形碳，各种煤炭为无定形碳。它们那是碳的同素异构体。碳有三种同素异形体；无定形碳、石墨和金刚石。无定形碳和石墨的成品通称碳素制品,它们的制造方法类似陶瓷。由于碳石墨制品具有一系列优良的物理、化学性能而被广泛应用于冶金、机电、化工、原子能和航空等工业部门。无烟煤、石油焦、沥青焦和冶金焦是生产各种炭制品的主要原料，特别是石油焦和沥青焦是生产人造石墨的重要原料。用石油焦和沥青焦为原料生产的人造石墨产品，其质量比用天然石墨生产的还要好。本讲稿第四十八页，共五

48、十六页碳石墨材料性能碳石墨材料除了强氧化性酸如硝酸、铬酸、发烟硫酸和溴、氟外，对其他各种酸、碱、盐和有机化合物只有很高的化学稳定性。在强氧化剂中会发生膨胀、软化而破坏，例如在浓硝酸中、出于酸的阴离子会渗到石墨晶体晶格平行层之间，使平行层的晶格断裂而形成由酸的阴离于与石墨碎片所组成的石墨酸。在高温的空气中(450)、空气中的氧亦会渗入石墨的平行层之间，使分子层距离扩张，破坏晶格，形成近似的组成为C3O的化合物。所以石墨在空气中的最高允许使用温度为400，但在还原性或中性气氛里，即使达到3000也是稳定的。另外石墨还是一种具有优良自润滑特性的减摩材料。本讲稿第四十九页，共五十六页炭和石墨制品的生产

49、工艺 煅烧就是将生产炭和石墨制品的各种焦炭，无烟煤在基本上隔绝空气的条件进行高温干馏。各种炭素原料在煅烧过程中从元素组成到组织结构都发生一系列深刻的变化。煅烧是炭和石墨制品生产第一道热加工工序。为了保证成品质及提高成品率，必须对原料的煅烧质量予以重视。特别是生产石墨化制品或炭块等制品时，更是如此。煅烧温度一般应达到1300左右，这一温度是各种焦炭及无烟煤体积收缩相对稳定的温度。生制品的焙烧温度一般是在10001250之间(产品本身受热的温度)。煅烧温度应略高于焙烧温度，煅烧温度控制在1300左右是比较适宜的。焙烧是使粘结剂焦化，在骨科颗粒间形成焦炭网格，把所有不同尺寸的骨料颗粒牢固的连结在一起

50、，才能使产品具有一定机械强度、耐热、耐腐蚀、导电且导热良好的成品或半成品(半成品指尚需进一步石墨化的产品)。本讲稿第五十页，共五十六页高温加热是无定形碳转化为石墨的主要条件。一般情况下，石油焦加热到1700以后便进入所谓“石墨化时期”，而沥青焦要到2000左右才进入石墨化时期，一直到2300左右才能达到或接近天然石墨的晶格尺寸，比较完善的石墨化要加热到2500以上。所以，工业上生产石墨化制品的实际温度般为22002300。某些产品(如高纯石墨)则要求温度达到2500以上。当石墨化上升到某一温度不再上升时，产品在几十分钟或数小时内即达到相应的石墨化程度。此后，如果再延长时间对提高石墨化程度虽然也