Полезные ископаемые

Огнеупорные материалы

Огнеупорные материалы применяют при сооружении промышленных печей и других тепловых агрегатов. Область использования огнеупоров зависит от степени огнеупорности (огнеупорные — 1580-1700 °С, высокоогнеупорные — 1700-2000 °С, высшей огнеупорности — более 2000 °С), химической стойкости по отношению к технологической среде, термостойкости (способность выдерживать резкие колебания температур) и др.

Применение легковесных огнеупоров (пористость 45-85 %) в 2-4 раза сокращает продолжительность холостого хода (разогрева) печей, на 20-70 % снижает удельные расходы топлива при уменьшении в 2-3 раза толщины ограждающих стен.

Минеральные вяжущие материалы

К минеральным (неорганическим) вяжущим веществам относятся порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой образуют вязкопластичное тесто, переходящее со временем под влиянием физико-механических процессов в камневидное состояние. При этом вяжущее вещество скрепляет между собой камни, зерна песка, щебня, гравия. Это свойство используют при изготовлении бетонов, силикатного кирпича, асбестоцементных материалов, строительных растворов — кладочных и штукатурных. Начало и конец схватывания характеризуют срок схватывания, в течение "Которого тесто полностью теряет пластичность. Сроки схватывания, твердения и прочность (марка) искусственного камня — основные свойства этих материалов.

Минеральные вяжущие материалы, как указано выше, делятся ^на воздушные (известь, гипс, магнезиальные вяжущие, жидкое стекло) и гидравлические (цементы клинкерные и бесклинкерные).

Цементы (портландцементы, шлакопортландцементы и пуццола - новые портландцементы) — основная группа вяжущих материалов, применяются во всех областях строительства: производстве бетона и железобетона, в гидротехническом и дорожном строительстве.

При производстве цементов в их состав вводят добавки, позволяющие экономить вяжущие материалы (вшлакопортландцементах) или придающие вяжущим материалам специальные свойства. Введение гидрофобно-пластифицирующих добавок придает специальные свойства цементу и позволяет снизить расход вяжущего на 10-15 %.

 

 

Бетон, железобетон и строительные растворы

Бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате формования и твердения смеси, состоящей из минерального вяжущего, мелкого и крупного каменного заполнителя (песка, щебня или гравия) и воды. Состав бетонной смеси должен в определенные сроки обеспечить бетону заданные свойства (объемную массу, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость). Конструкции из бетона долговечны, огнестойки. Недостатком бетона, как любого каменного материала, является низкая прочность при растяжении и изгибе, которая в 5-10 раз ниже, чем при сжатии. Этот недостаток устраняется в железобетоне, где растягивающие напряжения воспринимает арматура.

Железобетон — это материал, в котором стальная арматура и бетон соединены монолитно и работают в конструкции как единое целое. Это обеспечивается близостью значений коэффициентов температурного линейного расширения бетона и металла и прочным сцеплением компонентов в процессе изготовления конструкций.

Строительные растворы состоят из смеси вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя (песка), применяют их для кладочных, штукатурных и монтажных работ.

Бетон и железобетон являются главными строительными материалами и основой индустриализации строительства. По способу изготовления бетонные и железобетонные конструкции могут быть сборными и монолитными. Сборные конструкции изготовляют серийно на заводах в виде крупногабаритных изделий для фундаментов, каркасов, стен, перекрытий, конструкций мостов и т. д. Такие конструкции на строительных площадках собирают с помощью монтажных кранов, что обеспечивает значительное сокращение сроков и трудоемкости строительства. Монолитные конструкции изготовляют на месте будущего сооружения в форме — опалубке, воспроизводящей габариты и конфигурацию конструкций. Повышенная пространственная жесткость монолитных железобетонных конструкций и сооружений делает их применение целесообразным при строительстве в сейсмических районах, на просадочных грунтах, при строительстве зданий повышенной этажности.

В правильно подобранной бетонной смеси расход цемента составляет 8-15 %, а заполнителей — 80-85 % (по массе). В качестве заполнителей применяют нерудные каменные материалы: песок, щебень, дробленые и гранулированные металлургические шлаки, а также специально приготовленные пористые заполнители (керамзит, аглопирит, перлит). Тип заполнителя определяет объемную массу и область применения бетона. Различают бетоны: особо тяжелые для специальных защитных конструкций с объемной массой более 2500 кг/м; тяжелые для всех несущих конструкций с объемной массой 1800-2500 кг/м ; легкие для легких несущих конструкций и теплоизоляции — 500-1800 кг/м3.

Силикатные (автоклавные) материалы

Силикатные материалы готовят из смеси извести, кварцевого песка и воды путем формования и последующей термообработки в автоклавах при давлении 0,8-1,2 МПа и температуре 175-200°С.

Плотный силикатный бетон является разновидностью тяжелого бетона и применяется для несущих конструкций. Ячеистые силикатные бетоны применяют для изготовления наружных ограждающих конструкций, обладающих хорошими теплотехническими свойствами и высокой заводской готовностью. Силикатный кирпич значительно дешевле керамического за счет более низкой теплопроводности и сокращения времени изготовления. Производство конструкций из силикатного бетона позволяет заменить цемент известью и снизить расход вяжущего, исключает применение щебня (гравия), что обеспечивает снижение массы и стоимости этих конструкций по сравнению с аналогичными из цементного бетона.

Асбоцементные материалы

Асбоцемент является цементным материалом, упрочненным ас-бестовым волокном. Асбоцемент — прочный, сравнительно легкий, огнестойкий, био- и атмосферостойкий материал; изделиям в процессе изготовления можно придать различную форму, фактуру, цвет. –Конструктивны качества асбоцемента выше, чем у бетона.

В строительстве применяют асбоцементные листовые материалы для кровель и облицовки, панели для стен, плиты покрытий, трубы. Применение асбоцементных труб дает возможность экономить металл и увеличить срок службы трубопроводов по сравнению с металлическими.

Стекло и изделия  на его основе

 

                  Стеклами называются твердые, хрупкие изотропные материалы, получаемые при охлаждении силикатные расплавов. Основные свойства, определяющие применение стекла в строительстве, — прозрачность, высокая прочность при сжатии, небольшая теплопроводность, твердость, химическая стойкость, изотропность. В строительстве применяются листовые материалы (стекло оконное, витринное), объемные конструктивные изделия (стеклоблоки, стеклопрофилит, стеклопакеты), трубы, плитка, изделия из закаленного стекла (дверные полотна, стемалит), теплоизоляционные материалы (стекловолокно, пеностекло), ситаллы и шлако-ситаллы.

Теплоизоляционные материалы

Главной функцией теплоизоляционных материалов является тепловая изоляция ограждающих конструкций зданий, промышленного и энергетического оборудования, трубопроводов и др. Основным видом теплоизоляционных материалов являются минераловатные плиты и маты, имеющие объемную массу менее 200 кг/м3. Если для создания надежной теплоизоляции наружной стены 1 м2 требуется 0,64 м кирпича массой 1100-1200 кг или 0,32 м3 керамзитобетона массой 250-300 кг, то минераловатных изделий нужно 0,1 м3 массой 25-30 кг или 0,05 м3 поро-пласта массой 1,5-2 кг. В качестве теплоизоляционных материалов также применяются древесноволокнистые плиты, изделия из стекловолокна, теплоизоляционные пластмассы, цементный фибролит и др.

Металлические конструкции

Конструкции из стального проката широко применяют в строительстве промышленных и гражданских зданий, мостов и других инженерных сооружений. Все шире используют алюминиевые сплавы как конструктивный и отделочный материал.

Применение металлов позволяет создать долговечные, высокопрочные, легкие конструкции. Развивается производство эффективных конструкций из металлических труб, гнутых профилей, листа, обычного и профилированного.

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2. Производство  стекла

 

 

Сырьем для производства обычного стекла служат чистый кварцевый песок, сода и известняк. Эти вещества тщательно перемешивают и подвергают сильному нагреванию (1500°С):

 

 

Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2↑

CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 +CO2↑

 

 

Образовавшиеся силикаты натрия и кальция сплавляются с песком, который берут в избытке. Стекло не является индивидуальным веществом, а представляет собой сплав нескольких веществ. Примерный состав обычного оконного (натриевого) стекла можно выразить формулой Na2O∙CaO∙6SiO2.

Если соду заменяют поташом К2СОз, то получают более тугоплавкое, устойчивое к химическим реакциям стекло (химическое, или калиевое, стекло). Примерный состав этого стекла можно выразить формулой K2O∙CaO∙6SiO2.

Если в качестве сырья берут поташ, оксид свинца (II) и песок, то получают хрустальное стекло. Это стекло сильнопреломляет свет и поэтому применяется в оптике для изготовления линз и призм. Из хрустального стекла изготовляют также художественную посуду.

Из чистого песка получают кварцевое стекло. Расплавленный песок, остывая, образует стекловидную массу. В отличие отобычного стекла кварцевое стекло мало изменяется в объеме при изменении температуры. Посуду, изготовленную из этого стекла, можно накалить добела, бросить в холодную воду, и она не трескается, поэтому из кварцевого стекла делаютлабораторную посуду. Другое его специфическое свойство — это способность пропускать ультрафиолетовые лучи, поэтому из него изготовляют так называемые кварцевые лампы, используемые в медицине.

Для получения цветных стекол к сырью добавляют оксид соответствующего металла. Так, например, при добавлении оксида кобальта (II) получается синее стекло. Оксид хрома (III) придает стеклу зеленый цвет, оксид меди (II) — сине-зеленый. Добавлением небольших количеств мелко раздробленного золота получают рубиновое стекло.

Подготовка сырьевых материалов включает сушку и очистку песка от посторонних примесей, дробление, сушку и помол карбонатных пород, их дозирование и смешение. Наиболее сложной технологической операцией является очистка песка от железистых примесей.

 

 Для этого применяют различные способы: промывку в гидромеханических классификаторах   и  классифицирующих   конусах;   оттирку пленок гидроксидов железа, обволакивающих зерна песка, при интенсивном перемешивании песочной пульпы в специальных мешалках и контактных чанах; флотационную обработку в специальных машинах, позволяющую очистить   песок   от   железосодержащих   примесей,   а   также   тяжелых металлов и частично глинистых примесей; комбинированный способ флотооттирки; магнитную сепарацию, а также способы химического обогащения песка различными химическими реагентами (щавелекислым натрием NaHC2O4 и др.). Последний способ обогащения является наиболее дорогостоящим, его применяют в основном для производства оптического стекла. Промывка песка является наименее эффективным способом его очистки, позволяющим снизить содержание примесей железа на 25 – 30 %. Наиболее эффективным способом является оттирка и флотооттирка, при которых удаляется до 80 – 90 % примесей железа

После обогащения песка при влажности свыше 4,5 % его сушат в сушильных барабанах горячими газами с температурой 700 °С и просеивают на барабанных, вибрационных грохотах или грохотах ситобурат. Карбонатные породы дробят в щековых дробилках и сушат в сушильных барабанах при температуре не более 400 °С. Мел, минуя операцию дробления, поступает на сушку, так как влажный мел забивает дробильные агрегаты. После сушки известковые породы подвергают тонкому помолу в шаровых мельницах или молотковых дробилках с последующим их просевом.

Для совместного помола и сушки карбонатных пород применяют шахтные или аэробильные мельницы. В случае поступления на предприятие неподготовленного природного сульфата натрия его подвергают такой же подготовке, как карбонатные породы. Все остальные компоненты стекольной шихты (сода, сульфат натрия, сурик, поташ) являются продуктами химической промышленности и поэтому поступают на стекольный завод в подготовленном виде. Соду и сульфат натрия дополнительно просеивают.

Стеклобой, добавляемый в шихту для ускорения варки стекла, сортируют для удаления крупных включений, промывают в специальных боемойках или на грохотах в струе воды и для более тщательной очистки подвергают магнитной сепарации.

Для приготовления шихты применяют тарельчатые или воздухоструйные смесители, в которых происходит интенсивное перемешивание шихты струями сжатого воздуха. Влажность шихты должна составлять 4 – 6 %. Для предотвращения расслаивания шихты при транспортировании ее в кюбелях по монорельсу или на вагонетках либо пневмотранспортом и слеживания при хранении применяют брикетирование и гранулирование шихты, что резко снижает ее пыление при загрузке в печь.