КІРІСПЕ. «ГЛИНОЗЕМНЫҢ ЖӘНЕ ТАБИҒИ СИЛИКАТТАРДЫҢ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯСЫ» КУРСЫНЫҢ МАҚСАТЫ МЕН МІНДЕТТЕРІ


Глинозем. Негізгі терминдер.

Глинозем Al2O3 саз құрамында саз түзуші минералдардың және слюда тәрізді қоспалардың құрамына қатысып байланыстырушы күйінде болады. Ол ең қиын балқитын тотығы болып табылады. Глинозем құрамы жоғары болған сайын, саздың иілгіштігі, қалыптасқан, құрғақ және күйдірілген бүйімдардың беріктігі жоғары болады, олардың отқа төзімділігі де жоғарлайды.

Глинозем – алюминий тотығының Al2O3 кең таралған табиғи түрі, құрамының мөлшері бойынша жер қыртысында ол тек қана кремнеземнен төмен. Таза күйінде глинозем корунд, яғни көптеген пайдалы қасиеттері бар минерал түрінде кезігеді.

Глинозем көптеген тау жыныстарының және минералдардың құрамына кіреді, ең көп кезігетіні бокситтерде, яғни өзінің құрамында глинозем гидраттары, титан және темір тотығы бар сазды кендерде. Өнеркәсіпте кең қолданылатыны глиноземнің техникалық түрі, олар шикізаттың түрлері және технологиясы әртүрлі болып алынады.

Табиғи силикаттар негізінде балқытылған магмадан тұзілген. Магма қатайған кезде біріншіден одан силикаттар кристалданылады, кремнеземмен өте кедей – ортосиликаттар, кейін катиондар толық жұмсалып болған соң құрамында кремнеземі жоғары – далалық шпат, слюда және, соңында, таза кремнезем болінеді деп күтіледі.

Силикаттар – минералдар және тау кендер түрінде күрделі кремний - өттекті қосылыстар, жер қыртысының құрамында (80% В.И.Вернадский бойынша) атқаратын орын алады. Ал егерде табиғи кремний тотығын - кварцты қосатын болсақ, онда жер қыртысының массасынан кремний - өттекті қосылыстар 90% -тен жоғары түзеді және іс жүзінде толық  Жер көлемін алады. Силикатты минералдар жыныстарын түзуші болып табылады: гранит, базальт, кварцит, песчаник, далалық шпат, саз, слюда және тағы басқа тау жыныстары, силикатты және алюмосиликатты минералдармен лестік (сложены, т.е обязательно присутствуют как сопутствующие) болады. Силикатты минералдардың басым көпшілігі қатты кристалдық денелер болып табылады, ал минералдардың тек қана біраз мөлшері аморфты (халцедон, опал, агат және т.б.) күйде немесе коллоидты-дисперсты күйде: саз, цеолиттер және т.б. болады.

Бізге белгілі, әрбір минерал физикалық және химиялық қасиеттерінің жиынтығы болып табылады, олар толығымен оның кристалды құрылымымен және химиялық құрамымен анықталады. Силикаттардың кристалды құрылымдары алуан болып табылады, бірақ олардың негізін ең көп таралған элементтер - Si (кремний) және O (оттегі) атомдарының біріктірілуі құрайды. Кремнийдің үйлестіру саны саны 4, сондықтан кремнийдің әр атомын оттегінің төрт атомы қоршап тұрады. Егер оттегі атомдарын орталықтарын өзара қосатын болсақ, жоғарғы жерінде орталығы кремний атомы орналасқан оттегінің төрт атомымен қосылған  тетраэдр деп аталатын жазықтақ кристалды тор пайда болады. Мұндай топ оттекті - кремний радикалы [SiO ] деп аталады. Si - O - Si байланысы силоксанды, байланысу түрі – ковалентті деп аталады, Si - O - Si байланысының энергиясы өте жоғары, ол 445 кДж/мольге тең. Кремнийдің берік үйлестіру саны 4-ке тең болғандықтан, оның силикатты құрылымдары полимерлі болып табылады. Олар арал, сақина, қабатты, тізбекті, қаңқа тәріздес құрылымдарға бөлінген.

Негізгі тау-кен минералдарына құрамы мен құрылымы олардың қасиеттерін анықтайды, демек әр түрлі механикалық, физикалық, және физика-химиялық әсерінен тау жыныстарының массивтеріндегі бағыт-бағдарын, және тау-кен жұмыстарын жүргізген кезінде.

Табиғи силикатты заттар, олардың жіктелуі

Сол сияқты, көптеген силикатты заттар мен тау жыныстары әртүрлі технологиялық өндірістерде шикізат ретінде, мысалы, өндірістегі жоғары температуралы (қыздыру, күйдіру, балқыту) процесстерде қолданылады.

Ол мынадай заттар:

1. Цементті (саз, карбонаттар, мергельдер);

2. Глазурьлер, шыныларды (дала шпаты, пегматиттер, нефелиндер, және т.б. сілтілік, литийлі алюмосиликаттар, циркон);

3. Жеңіл толтырғыштар мен жылу қткізбейтін ұнтақтармен қыздырған кезде ісінетін вермикулиттерді, перлиттерді және т.б.

4. Отқа төзімді заттарды, керамикалық өнімдерді (саз, каолиндер, силлиманиттер, циркон);

5. Отқа төзімді форстеритті заттарды (дуниттер, оливинді минералдар, тальк, асбестті қалдықтар)

6. Фарфорды (саз, каолиндер және т.б.)

7. Изоляторларды (тальк)

8. Тасты заттарды (саз)

 

Силикатты материалдар және олардың жіктелуі:

Силикатты материалдар деп кремнеземнің (SiO2) сілтілермен және карбонаттармен балқытылып алынған кремний қышқылының  тұзы (xSiO2∙ yH2O).

Силикатты материалдар бөлінеді:

Қарапайым

Күрделі

Қарапайым силикатты материалдар сілтілі металдардың оксидтері мен кремнеземнан тұрады. М: Na2O×nSiO2.

Күрделі силикатты материалдардың құрамына кремнеземнан басқа әртүрлі металдардың оксидтері жатады. Мысалы:

·        ортоклаз (калийлі дала шпаты) K2O∙ Al2O3∙ 6SiO2

·        альбит (натрийлі дала шпаты) Na2O∙ Al2O3∙ 6SiO2

·        муллит  3 Al2O3∙ 2SiO2

·        каолинит (каолин)    Al2O3∙ 2SiO2 ∙ 2Н2О.

Силикатты материалдар шығу тегіне байланысты табиғи және жасанды болып бөлінеді.

Табиғи: тау жыныстарынан бұзылған өнімдері (гранит, шпат, балшық, кварцты құм, каолинит). Олар құрылыс материалдар өндірісінде және шыны мен керамика өндірісі үшін шикізаттар ретінде қолданылады.

Жасанды: табиғи силикатты материалдарды модификациялау жолымен алынады (шыны, керамика, фарфор, фаянс, майолика).

Силикатты материалдарды қолданылуына байланысты бөлінеді:

·        тұрмыстық (ыдыс, айна);

·        архитектуралық-құрылысты (кірпіш, шынымақта (стекловата), плитка);

·        техникалық (өнеркәсіпте, химиялық зертханаларда: оптикалық шынылар және т.б.).

 

Қыздырылмаған силикаттар тобы төмендегідей мақсатта қолданылады:

1. Газ бен суды тазартатын адсорбент ретінде (бентонитті саз, цеолиттер)

2. Буралы ерітінділердің құрамбөлігі ретінде (бентонитті жоғары дисперсті саз)

3. Қағаз, резина өндудегі толтырғыштар ретінде (каолиндер, тальк)

4. Асыл тастар ретінде (изумруд, топаз, түсті турмалиндер, хризотил, көкшіл аквамариндер және т.б.)

 

Силикаткендер және минералдар металдарды, олардың оксидтері мен тұздарын өндіру үшін пайдаланылады, сондай-ақ, Zi (лепидолит, сподумен) шығарып алу, CS (поллуцит), Be ( бериллий ) және Ni (ревдинкит, гарниерит және т.б.) мен Zr (цирконий) алу үшін.

Силикат қосылыстардың құрылымдық түрлерінің әртүрлілігі силикаттардың кристалды химиясының ең маңызды заңмен анықталады: күрделі силикатты радикалдар құрамына кіретін кремний - оттекті тетраэдрлер, тек ортақ шыңымен (жиектерімен емес немесе жүздерімен емес) бір-бірімен ғана біріктіріледі және олардың құрамы мен құрылымын сақтайды. Бұл әрбір көрші тетраэдрде орталық қызмет атқаратын көпзарядты кремний атомдары (иондар) арасындағы күшті өзара соқтығысумен түсіндіреді. Сойтіп, мысалы, кварц (SiO) кристалдарында әрбір кремний оттекті тетраэдры силоксанды байланыстар түзуіне төрт шыңдарын береді:

¦
O
¦
--- O ---Si--- O ---
¦
O
¦

Үздіксіз үш өлшемді каркас (құрылымы қаңқасы түрі) түзіледі. Неғұрлым күрделі силикаттар кристалдарында  тетраэдрлері [ SiO ] О - Si - О байланысқа бір, екі немесе үш шыңдарын бере алады.

оттегі атомдары арқылы Силоксан байланысы  түзілетін бір мезгілде біріктірілген құрылымдық бөлімшелерінің әрбірне тиесілі. Осындай оттегі атомдарын бөлінген деп аталады. Мысалы, ортақ екі оттегі атомдары бар алты кремний өттекті топтарының тетраэдрлері, жабық шеңберге қосылуға мүмкін болады.

Осы дәріс материалдарын оқып болғаннан кейін білуге қажет  негізгі ұғымдар

Глинозем, минералдар, кремний – оттегі тетраэдр, силоксанды байланыстар

Өзін-өзі тексеру сұрақтары

1. Глинозем деген не?

2. Табиғи сикаттар деген не?

3. Жыныстар түзуші минералдардың құрамы мен құрылымы.

4. Табиғи силикатты заттар, олардың жіктелуі.

5. Силоксанды байланыстардың түзілуі.