礦物材料的理論基礎(chǔ)

1礦物材料的理論基礎(chǔ)材料的物理性質(zhì)材料的力學性質(zhì)材料的化學性質(zhì)材料的化學反應(yīng)礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!1.1礦物材料的物理性質(zhì)1.1.1與重量有關(guān)的性質(zhì)1、比重（密度）---絕對密實下單位體積的材料重量γ=G/VG—干燥狀態(tài)下材料的重量V—材料絕對密實體積2、容重—自然狀態(tài)下單位體積的重量γ’=G/V1G—自然狀態(tài)下材料的重量V1—自然狀態(tài)下材料的體積礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!3、密實度—材料體積內(nèi)固體物質(zhì)所占的比例。當材料自然狀態(tài)下吸水率不大時（即認為沒有吸水）：密實度d=（V/V1）×100%=（γ’/γ）×100%如：粘土磚γ’=1850kg/m3，γ=2500kg/m3密實度d=（γ’/γ）×100%=(1850/2500)×100%=74%解釋：密實度與強度、吸水性、耐久性、導熱性的關(guān)系礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!1.1.2與水有關(guān)的性質(zhì)1、吸水性（吸水率）--材料在水中吸收水分的性質(zhì)重量吸水率—材料吸水重量占材料干燥重量的百分比W重體積吸水率—材料吸水體積占材料干燥體積的百分比W體W重=【（G濕-G干）/G干】×100%W體=【（G濕-G干）/V1】×100%G濕—吸水飽和后的重量（g）；G干—烘干至恒重時的重量（g）；V1—干燥材料在自然狀態(tài)下的體積（cm3）解釋：空隙率與吸水率空隙不大時→重量吸水率；輕質(zhì)材料、空隙大時→體積吸水率礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!3、耐水性—材料長期在飽和水作用下不破壞，其強度也不顯著降低的性質(zhì)，稱為耐水性。用軟化系數(shù)表示。K軟=R飽/R干R飽—材料在飽和水狀態(tài)下的抗壓強度R干—材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度K軟=0～1K軟＞0.85稱為耐水材料一般材料，W含↗→結(jié)合力↙→K軟↙→強度↙潮濕或水浸環(huán)境，應(yīng)K軟=0.85～0.9潮濕較輕環(huán)境，應(yīng)K軟≥0.7～0.85長期干燥處，K軟可不考慮礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!5、抗?jié)B性—材料在水、油等液體壓力作用下，抵抗?jié)B透的性質(zhì)，稱為抗?jié)B性（不透水性）材料受壓力水、油等液體壓力作用時，液體將會沿著材料內(nèi)部開口連通空隙滲透。滲透系數(shù)：K=Wd/AtH（ml/cm2·h）W—滲水量（ml）d—試件厚度（cm）A—透水面積（cm2）t—透水時間（h）H—水壓力（cm）透水性好壞與空隙率及空隙特征有關(guān)，絕對密實材料或具有封閉空隙的材料則不透水。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!2、熱容量—材料在加熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)，稱為比熱（也稱為熱容量系數(shù)）：1kg材料的溫度升高（或降低1℃，所吸收（或放出）的熱量，用C（kcal/kg℃）表示。

Q—材料吸收或放出的熱量（KCal）；F—材料的重量（kg）；t2-t1—材料受熱（或冷卻）前后的溫度差（℃）材料的熱容量大，則對保持內(nèi)部溫度穩(wěn)定有利。C=(KCal/kg℃)QG·(t2-t1)礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!4、軟化點、閃火點（閃點）、著火點（燃點）如：瀝青等材料材料達到或超過閃火點或著火點溫度時，表明有發(fā)生爆炸和火災(zāi)的可能性。加熱固態(tài)軟化趨于液態(tài)時的起點溫度，稱為軟化點升溫在一定條件下與火焰接觸。初時發(fā)生藍色閃光時的溫度升溫與火接觸而產(chǎn)生火焰能持續(xù)燃燒5秒鐘以上時的溫度材料礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!抗拉、抗壓、抗剪強度計算：P—破壞時的荷載（kg）A—材料的受力面積（cm2）抗彎（抗折）強度（矩形截面）計算：L—兩支點間的距離（cm）b—截面寬度（cm）H—截面高度（cm）一般情況下，容重↙空隙率↗→R↙、R彎↙根據(jù)R、R彎可將材料劃分為若干標號或等級。R=(Kg/cm2)PAR彎（折）=(Kg/cm2)3PL2bh2礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!1.3礦物材料的化學性質(zhì)礦物材料的化學組成礦物材料多為無機材料：多數(shù)是金屬和非金屬的含氧鹽和氫氧化物，如硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、鋁酸鹽等。常見元素：Si、Ca、Mg、Al、S、Fe、K、Na等。地球中元素含量前五位：氧、硅、鋁、鐵、鈣礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!④高溫高壓下，晶體SiO2與Ca(OH)2也發(fā)生此類反應(yīng)（灰砂磚生產(chǎn)合成硅酸鈣材料），控制CaO/SiO2比和蒸壓條件，可得到不同鈣硅比的水化物。如：雪硅鈣石(1.5～2.0)Cao·SiO2·nH2O、硬硅鈣石6Cao·6SiO2·H2O等，用此法生產(chǎn)的硅酸鈣板可作防火隔墻，輕質(zhì)隔墻等。⑤將硅酸鹽用其他酸處理，可析出硅酸。硅酸是一種可以形成膠體溶液的典型代表（具有耐水、耐酸等特性，可用作防水、防酸材料。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!④鈣的反應(yīng)：1）煅燒碳酸鈣→生石灰2）生石灰加水→消石灰+熱量（體積膨脹）3）潮濕的Ca(OH)2通CO2→CaCO3+H2O（體積收縮）4）CaCO3不溶于水，但水中有CO2存在時，便反應(yīng)生成可溶性的碳酸氫鈣碳酸氫鈣不穩(wěn)定，易失去CO2又成為CaCO3⑤用途：石灰石是生產(chǎn)石灰、水泥、和涂料等原料之一；大理石是裝飾材料（原出之云南大理，故稱大理石）；石膏是生產(chǎn)建筑石膏的原料，也是生產(chǎn)水泥的原料之一。CaCO3CaO+CO2↑880℃CaO

+H2O

Ca(OH)2Ca(OH)2+CO2+nH2O

→

CaCO3↓+(n+1)H2O（碳化反應(yīng)）CaCO3+

CO2+H2O

→Ca(HCO3)2Ca(HCO3)2→CaCO3↓+

CO2+H2O

礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!4、鋁（Al）①自然界中分布最廣的金屬。含量在氧、硅之后，居第三位。②Al的性質(zhì)：白色金屬，密度2.7，熔點660℃，沸點2447℃，莫氏硬度3，有色金屬，良好的導電性、反輻射性和耐腐蝕性。Al的氧化：空氣中氧化成氧化鋁薄膜，此薄膜可阻止進一步氧化。Al的粉末在空氣中加熱能劇烈燃燒，放出大量熱，如下式：2Al+3/2O2→Al2O3+1644kJ③Al粉的用途：發(fā)泡劑（發(fā)氣劑）（加氣混凝土、加氣砌塊）；配置金屬用涂料。保存應(yīng)防火。燃燒礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!5、碳（C）①自然界中存在形態(tài)②自然界中與C有關(guān)的重要礦物材料：石灰石、大理石、白云石、菱鎂礦等。其中的CaCO3或MgCO3不溶于水，易與酸作用：CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2↑故，大理石或漢白玉的雕飾不耐酸，不能用于含酸蒸汽的環(huán)境中游離態(tài)：金剛石、石墨、無定型碳化合態(tài)：CO2、碳酸鹽礦物礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!6、鐵（Fe）①自然界中分布次廣的金屬。主要存在形式：磁鐵礦（Fe3O4）、赤鐵礦（Fe2O3）、褐鐵礦（Fe2O3·nH2On=0.5-4）、硫鐵礦（FeS2）中。②鐵在礦物材料中主要是著色元素，主要以Fe2O3、FeO、絡(luò)陰離子[FeO4]2-存在。紅磚著色主要是Fe2O3、青磚著色主要是FeO，釉面磚（拋光磚等）、白水泥往往由于Fe2O3含量高，造成白度下降。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!7、硫（S）①自然界存在形式：單質(zhì)、硫化物、硫酸鹽。單質(zhì)硫：黃色晶體，相對密度2.07，熔點119℃，不溶于水，主要用作生產(chǎn)硫酸等。將其熔化后浸漬水泥制品，可提高制品的防水和抗?jié)B性能。當用圓柱形試模澆注混凝土抗壓強度試件時，可用熱硫磺澆至表面并加壓，使試件表面平整，稱為“壓頂”。②含硫礦物原料：二水石膏（CaSO4·2H2O），無水石膏（CaSO4）工業(yè)副產(chǎn)品—石膏廢渣：主要化學成分CaSO4·2H2O和CaSO4或二者混合物。③石膏作用：生產(chǎn)石膏膠凝材料（建筑石膏和高強石膏）、水泥（做緩凝劑）、硅酸鹽建筑制品等。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!1.4礦物材料的化學反應(yīng)1.4.1化學反應(yīng)類型反應(yīng)類型很多，主要從兩個方面只介紹生產(chǎn)過程發(fā)生的類型1、固相反應(yīng)—固體直接參與化學反應(yīng)，并起化學變化的反應(yīng)。臨界換位溫度—大于此溫度，結(jié)晶物質(zhì)表面的若干原子或離子有可能跳出原來的位置，與周圍其他原子或離子產(chǎn)生“換位作用”，即發(fā)生固相反應(yīng)，產(chǎn)生新的化合物。每一材料均有臨界換位溫度，通常與其熔點Tf有關(guān)金屬為0.3-0.4Tf，鹽類為0.57Tf，硅酸鹽為0.8-0.9Tf生產(chǎn)過程發(fā)生的使用過程發(fā)生的礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!2、水化反應(yīng)—物質(zhì)與水所起的化合作用稱為水化。包括水解。水解—化合物和水發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)如：FeCl3的水解：FeCl3+H2O→Fe(OH)3+HCl也包括無水化合物和水作用生成含水化合物的反應(yīng)。如：石灰的消解反應(yīng)：CaO+H2O→Ca(OH)2水化反應(yīng)多為放熱反應(yīng)，并有體積增大。水分子在化合物中的存在形式很多，如結(jié)構(gòu)水、結(jié)晶水、凝膠水、吸附水等。水化物加溫后，可脫水，結(jié)構(gòu)破壞，從而體積收縮。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!4、多相反應(yīng)反應(yīng)物處于不同的相中，也叫非均相反應(yīng)，礦物材料中發(fā)生的反應(yīng)基本上都屬于多相反應(yīng)。氣體或液體在固體表面上的反應(yīng)步驟：1）反應(yīng)物分子向固體表面擴散；2）反應(yīng)物分子被吸附在固體表面上；3）反應(yīng)物在固體表面上發(fā)生反應(yīng)，形成產(chǎn)物；4）生成物分子從固體表面上解析；5）生成物分子通過擴散離開固體表面。影響多相反應(yīng)速度的因素：反應(yīng)物濃度、溫度、吸附作用和擴散作用。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!實例②：建筑石膏（CaSO4·1/2H2O）的生產(chǎn)1）原料—天然二水石膏（軟石膏CaSO4·2H2O），也可用工業(yè)廢渣為原料，如磷石膏、氟石膏、鹽石膏、乳石膏、黃石膏、蘇打石膏等2）反應(yīng)：

α型—致密、完整、晶體粗大，飽和高壓蒸汽下脫水；β型—片狀、不規(guī)則、晶粒細小，大氣相通條件下脫水。3）用途：粉刷、抹灰、各種石膏板、人造大理石4）石膏加熱至400℃～750℃→硬石膏（CaSO4），難溶于水，不能單獨硬化，加入激發(fā)劑后則有一定水化和硬化能力。激發(fā)劑：1）5%硫酸鈉（或硫酸氫鈉）+1%鐵礬或銅礬的混合物；2）1%-5%石灰或石灰與少量半水石膏的混合物；3）2%硫酸鋁或硫酸鋅。CaSO4·2H2O

CaSO4·1/2H2O+1/2H2O107～170℃（天然二水石膏）（α或β型熟石膏）礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!C、碳素、硫化物及有機物的氧化：C+O2CO2↑FeS2+O2FeS+SO2↑4FeS+7O22Fe2O3+4SO2↑D、石英的晶型轉(zhuǎn)變：β-石英α石英（有2%線膨脹）鱗石英（大體積）SiO2+FeO→FeSiO3（硅酸鐵）E、高溫階段的反應(yīng)（950℃～燒成溫度）：還原焰燒成的反應(yīng)Fe2O3+CO2FeO+CO2↑2Fe2O3+C4FeO+CO2↑FeO+SiO2FeSiO3CaSO4+CO

CaO+SO2↑+CO2↑≈600℃350～450℃500～800℃573℃870℃＞900℃1000～1100℃1100℃1150℃1100℃礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!實例④：硅酸鹽水泥-水硬性膠凝材料1）生產(chǎn)工藝：石灰石+粘土原料等→煅燒→水泥熟料水泥熟料+少量石膏、粉煤灰等→磨細→硅酸鹽水泥2）高溫煅燒反應(yīng)過程：A、500～800℃粘土脫水分解→無定型Al2O3和SiO2B、600℃以上，石灰質(zhì)原料中CaCO3開始分解，生成CaO+CO2↑C、800℃以上，生成CaO·Al2O3、2CaO·Fe2O3，2CaO·SiO2開始形成D、800～900℃，12CaO·7Al2O3開始形成E、900～1000℃，2CaO·Al2O3·SiO2形成，隨后又重新分解，3CaO·Al2O3與4CaO·Al2O3·Fe2O3開始形成，所有CaCO3分解完畢，游離CaO達最大值礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!2、水化反應(yīng)礦物材料+水→水化反應(yīng)→凝結(jié)硬化→膠結(jié)散粒材料→形成堅硬的人造石1）石灰的水化反應(yīng)CaO+H2O→Ca(OH)2+65.9kJ/mol體積膨脹1-2.5倍（熟石灰、消石灰）石灰漿（膠體體系）→繼續(xù)水化反應(yīng)→膠粒增多，膠粒間距減少→水化膜變薄→粒子間范德華力→觸變性凝聚結(jié)構(gòu)→細膠粒溶解、大膠粒長大→結(jié)晶結(jié)構(gòu)→水分蒸發(fā)→結(jié)晶量增大→強度升高硬化石灰漿吸收空氣中的CO2→碳化反應(yīng)Ca(OH)2+CO2+nH2O→CaCO3+(n+1)H2OCaCO3結(jié)晶與Ca(OH)2結(jié)晶相互交織→獲最終強度礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!3）硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)比較復(fù)雜，主要有如下幾種：A、硅酸鹽礦物的水化反應(yīng)：水化反應(yīng)的產(chǎn)物統(tǒng)稱為水化硅酸鈣凝膠，可用C-S-H表示3CaO·SiO2(硅酸三鈣)+nH2O→xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)22CaO·SiO2(β-硅酸二鈣)+mH2O→xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2B、鋁酸鈣礦物的水化反應(yīng)2(3CaO·Al2O3+21H2O→4CaO·Al2O3·13H2O+2CaO·Al2O3·8H2O→2(3CaO·Al2O3·6H2O)+8H2O3CaO·Al2O3·6H2O+Ca(OH)2+6H2O→4CaO·Al2O3·13H2OC、鐵鋁酸四鈣礦物的水化反應(yīng)，一般生成水化鋁酸鈣的含鐵固溶體和水化鐵酸鈣凝膠體4CaO·Al2O3·Fe2O3+H2O→3CaO·(Al,Fe)2O3·nH2O+CaO·Fe2O3·mH2O礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!3、水熱合成反應(yīng)工藝：將鈣質(zhì)原料（石灰）與硅質(zhì)原料→水熱合成→水化硅酸鹽如：灰砂磚、加氣混凝土、各種硅酸鹽砌塊、墻板、硅酸鈣材料等。工藝分兩種：1）蒸壓工藝2）蒸養(yǎng)工藝硅質(zhì)原料為結(jié)晶態(tài)，一般用蒸壓，如河砂、山砂原礦等；硅質(zhì)原料為無定形二氧化硅，一般用蒸養(yǎng)，如頁巖、粉煤灰等。但蒸壓更好。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!B、灰砂硅酸鹽磚：主要反應(yīng)產(chǎn)物為2CaO·SiO2·H2O、2CaO·SiO2·2H2O等高強加筋的灰砂磚制品，主要為CaO·SiO2·H2O(B)或托勃莫來石；加氣灰砂硅酸鹽制品，主要為托勃莫來石和硬硅鈣石。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!4、空隙率—材料體積內(nèi)空隙體積所占的比例P==(1-)=(1-)×100%=100%-d解釋：空隙率與容重、強度、導熱性、抗凍性、吸水性等關(guān)系。空隙：開口孔、封閉孔V1-VV1×100%VV1×100%γ’γ礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!2、吸濕性—材料在潮濕空氣中吸收空氣水分的性質(zhì)（含水率）--材料含水重量占材料干燥重量的百分數(shù)W含=【（G含-G干）/G干】×100%含水率與材料本身的成分、組織結(jié)構(gòu)、環(huán)境溫度、濕度等有關(guān)。溫度↙濕度↗→W含↗相對濕度：在同溫同壓下，空氣中實際所含水蒸汽的重量與飽和水蒸汽重量之比百分數(shù)。絕對干燥空氣中相對濕度=0被水蒸汽飽和的空氣中相對濕度=100%材料隨著空氣濕度的變化：吸收空氣水分---向外擴散水分

吸濕性還水性平衡(空氣濕度)礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!4、抗凍性—材料在吸水飽和狀態(tài)下，抵抗多次凍結(jié)和融化作用（凍融循環(huán)）而不破壞，同時也不嚴重降低強度的性質(zhì)，稱為抗凍性。一次凍融循環(huán)：在-15℃的溫度（水在微小的毛細管中低于-15℃才能凍結(jié)）凍結(jié)后，再在20℃的水中融化，此過程稱為一次凍融循環(huán)。凍融交替進行：易出現(xiàn)剝落、裂紋、重量損失、強度降低解釋：水結(jié)冰→體積膨脹9%左右→對材料孔壁產(chǎn)生1000kg/cm2左右的壓力→壓力反復(fù)作用，孔壁開裂凍融由表及里進行，破壞作用與孔隙被水充滿程度有關(guān)，凍融此數(shù)愈多，破壞愈嚴重規(guī)定：冬季室外溫度低于-15℃的地區(qū)，重要的工程覆面材料必須進行抗凍性試驗。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!1.1.3與熱有關(guān)的性質(zhì)1、導熱性—熱量由材料的一面?zhèn)髦亮硪幻娴男再|(zhì)，稱為導熱性。用導熱系數(shù)λ表示。

Q—通過材料的熱量（KCal）；F—傳熱面積（m2）；Z—傳熱時間（h）；t1-t2—材料兩面的溫度差（℃）a—傳熱厚度（m）導熱系數(shù)定義：在規(guī)定的傳熱條件下，材料兩面溫度差為1℃，在1小時內(nèi)通過垂直于熱方向的面積為1m2，厚度為1m所傳遞熱量的千卡數(shù)。λ說明材料傳遞熱量能力，λ↙→保溫性能愈好，λ與空隙率有關(guān)，空隙率↗→λ↙，材料受潮后λ↗（如水λ=0.5，冰λ=2.0…）估應(yīng)注意防潮。一般λ范圍為0.025～3.00kcal/mh℃，λ＜0.2的材料稱為保溫材料。λ=(KCal/m·h·℃)Q·aF·Z·(t1-t2)礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!3、熱膨脹系數(shù)—材料的溫度升高或降低，體積會有膨脹或收縮，其比率如果以面上兩點的距離計算時，稱為熱膨脹系數(shù)，如果以材料的體積計算時，則成為體膨脹系數(shù)。單位為1/℃。線膨脹系數(shù)—材料由于溫度上升或下降1℃所引起的線度增長或縮短與其在0℃時的線度之比值，稱為線膨脹系數(shù)。如：鋼筋的線膨脹系數(shù)為（10-12）×10-6/℃混凝土的線膨脹系數(shù)為（5.8-12.6）×10-6/℃礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!1.2礦物材料的力學性質(zhì)1.2.1強度—材料在外力作用下抵抗破壞的能力，稱為強度。主要有抗壓、抗拉、抗彎、抗剪強度抗拉抗壓抗彎（抗折）L抗剪礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!1.2.2變形性質(zhì)1、彈性—材料在外力作用下產(chǎn)生變形，取消外力后，能夠完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)，稱為彈性。這種可以完全恢復(fù)的變形，稱為彈性變形。2、塑性—材料在外力作用下產(chǎn)生變形，取消外力后，變形不能完全恢復(fù)，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)性質(zhì)，稱為塑性。這種不能恢復(fù)的變形，稱為塑性變形（永久變形）。有些材料：外力不大時—彈性變形；外力超出限度后—塑性變形。如鋼材等。還有些材料：彈性變形與塑性變形同時產(chǎn)生，去掉荷載后，彈性變形可恢復(fù)，塑性變形不能恢復(fù)。如混凝土。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!1、硅（Si）--最常見、分布最廣的非金屬。例：河沙、海沙等主要成分（SiO2）①主要以石英存在，是生產(chǎn)陶瓷、玻璃、混凝土、硅酸鹽建筑制品的不可缺少的原料。②SiO2的性質(zhì)：無色透明、熔點1713℃，晶體SiO2不溶于水，不與酸發(fā)生反應(yīng)，遇強堿逐漸反應(yīng)生成硅酸鹽而使SiO2溶解。③無定形SiO2和微細晶體SiO2與強堿共沸，與碳酸鹽在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的硅酸鹽，如：SiO2+NaCO3→Na2SiO3+CO2↑（生產(chǎn)水玻璃）無定形SiO2或玻璃質(zhì)SiO2與Ca(OH)2反應(yīng)生成水化硅酸鈣，生產(chǎn)硅酸鹽水泥或生產(chǎn)硅酸鹽建筑制品中發(fā)生此類反應(yīng)。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!2、鈣（Ca）①以各種化合物形式存在，地殼中鈣的含量占地殼重量的3.3%②天然主要含鈣礦物：大理石（CaCO3），石灰石（CaCO3），硬石膏（CaSO4），軟石膏（CaSO4·2H2O），磷石灰（Ca3(PO4)2），硅灰石（CaO·SiO2），鈣長石（CaO·Al2O3·2SiO2）等③人工含鈣礦物材料：消石灰[Ca(OH)2]，建筑石膏（CaSO4·1/2H2O），各種鈣硅酸鹽（如3CaO·SiO2，2CaO·SiO2）,鋁酸鹽（如3CaO·Al2O3，12CaO·7Al2O3）礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!3、鎂（Mg）①多以碳酸鹽、硅酸鹽形式存在。如菱鎂礦（MgCO3），白云石（MgCO3·CaCO3），滑石（3MgO·4SiO2·H2O）和石棉等②煅燒MgCO3

MgCO3→MgO(菱苦土）+CO2↑

MgO熔點高（近3000℃）→生產(chǎn)耐火材料MgO用其鹽類溶液調(diào)制后，有膠凝性，生產(chǎn)門窗、墻板、家具、瓦等③石棉：石棉為纖維結(jié)構(gòu)，主要品種：溫石棉【Mg3(Si2O5)(OH)4]、青石棉【NaMgFe3(Si4O11)(OH)2]、鐵石棉【(MgFe6)7(Si4O11)(OH)2]石棉用于生產(chǎn)石棉板、石棉瓦等400℃礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!④氧化鋁（Al2O3）的性質(zhì)：白色，極難熔，不溶于水。自然界中以結(jié)晶狀態(tài)存在的稱為剛玉，莫氏硬度9，僅次于金剛石，相對密度3.98～4.03。剛玉中若含雜質(zhì)氧化鉻，則呈紅色（即為紅寶石），若含鐵、鈦的氧化物，則呈藍色（即為藍寶石）。含氧化鐵的粒狀天然剛玉或熔融礬土制的氧化鋁，可用來制造磨具（如砂輪、砂紙等），稱為金剛砂。⑤氫氧化鋁[Al(OH)3]兩性化合物氫氧化鋁凝膠（也稱為鋁膠）--鋁酸鹽水泥水化產(chǎn)物之一，即為鋁膠。鋁膠增加了水泥的密實度；鋁膠加熱或在溶液中長期放置，可析出晶體Al2O3·H2O與酸作用生成含Al離子水化物[Al(H2O)6]3+的鹽與堿作用生成含陰離子[Al(OH)4]-的鹽（鋁酸鹽）礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!③石灰中通入CO2氣體，可生成CaCO3↓：Ca(OH)2+CO2+nH2O→CaCO3↓+(n+1)H2O用此原理可將易溶的氫氧化鈣制品變成不溶的碳酸鈣制品，即碳化。碳化的作用：提高防水性能，增加制品強度自然界的碳化現(xiàn)象：混凝土表面、石灰乳粉刷的墻面←碳化層④CO2的性質(zhì)：無色，略有酸味的氣體；大氣中含量約為萬分之三；20℃時，1m3的水能溶解0.88m3的CO2氣體，0℃時則能溶解1.7m3的CO2氣體；CO2溶于水形成碳酸（弱酸），它對水泥的腐蝕作用較強。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!③氧化鐵經(jīng)加熱發(fā)生分解（還原反應(yīng)），產(chǎn)生氣體：6Fe2O3→4Fe3O4+O2↑Fe3O4+CO→3FeO+CO2↑Fe2O3+CO→2FeO+CO2↑是輕骨料粘土陶粒和頁巖陶粒焙燒膨脹的原因之一。④鐵的化合物具有不同顏色，可作為飾面著色物：FeCl3·6H2O---深黃色；Fe2O3---綜紅色；Fe2O3·nH2O---黃色；Fe3O4---黑色可用來制作彩色水泥、水磨石、人造大理石、彩色混凝土、涂料等。⑤在陶瓷原料中鐵是有害物質(zhì)，通常采用磁選的方式除去。礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!8、堿金屬（K和Na）①地殼中Na占2.4%，K占2.35%。含K、Na元素的物料煅燒時，可降低煅燒溫度。②鉀長石（K2O·Al2O3·6SiO2）、鈉長石（Na2O·Al2O3·6SiO2）是建筑陶瓷的熔劑性原料，也可熔制建筑玻璃。③堿金屬是強還原劑，可以在煅燒中形成還原氣氛，很多鈉鹽都形成含有大量結(jié)晶水的化合物，如NaCO3·7H2O，NaCO3·10H2O等礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!①純固相反應(yīng)A(S)+B(S)→C(S)如燒水泥，生成硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等②有液相參加的固相反應(yīng)A(S)+B(L)→C(S)如：CaO+H2O→Ca(OH)2

燒水泥、燒磚、瓦、陶瓷等均有此反應(yīng)③有氣相參加的固相反應(yīng)A(S)→A’(S)+A”(S)如碳酸鹽分解A(S)+B(g)→C(S)+D(g)如金屬氧化物被還原反應(yīng)。注：S—固體，L—液體，g—氣體固相反應(yīng)礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!3、溶解和結(jié)晶溶解—溶質(zhì)的分子、原子或離子均勻分散到溶劑中，稱為溶解。此分散體系稱為溶液。此溶液是廣義的，可是液體，也可是氣體和固體。結(jié)晶—在一定溫度下，當可溶性晶體溶解于溶液時，晶體表面的質(zhì)點進入溶劑，被溶解的質(zhì)點在溶液中不停地運動，當它們撞到晶體表面時，可能重新被吸引回到晶體上來，稱為結(jié)晶。當溶解結(jié)晶，此溶液稱為飽和溶液。當溫度降低或溶劑蒸發(fā)時，溶液濃度升高，析出晶體，達新平衡。晶芽（晶核）--熔體過冷或溶液過飽和→質(zhì)點聚集→產(chǎn)生微晶粒（晶核）→晶核長大→晶粒。晶核可是自發(fā)的，也可是人工加入的。平衡礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!1.4.2生產(chǎn)過程中礦物材料的化學變化1、高溫固相反應(yīng)（常壓）實例①：石灰的生產(chǎn)1）原料：含CaCO3的巖石：石灰石、大理石碎塊、鮞狀石灰石、貝殼石灰石、白堊等。2）CaCO3→CaO+CO2↑-78kJ/mol3）生產(chǎn)中溫度常為1000℃，過高使其中粘土熔融，使石灰消解速度極慢，不利于使用4）生石灰（CaO）體積較煅燒前收縮10%-15%5）原料中粘土＜8%→CaO為氣硬性石灰→作石灰料較好6）原料中粘土＞8%→CaO為水硬性石灰→作水泥料較好7）消化速度＜10min→快速消化石灰；消化速度=10-30min→中速消化石灰；消化速度＞30min→慢速消化石灰8）消化后最高溫度＞70℃→高熱石灰；消化后最高溫度＜70℃→低熱石灰；898.6℃礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!實例③：燒土制品：1）原料—粘土為主，主要工藝：配料-成型-焙燒例：粘土磚、瓦，陶瓷等。磚瓦燒成溫度950℃～1050℃；陶瓷泥料主要原料：高嶺土、長石、石英等，燒成溫度1200℃～1300℃2）燒成過程的化學反應(yīng)A、結(jié)構(gòu)水的排出：如高嶺土Al2O3·2SiO2·2H2OAl2O3·2SiO2+2H2OB、碳酸鹽的分解：CaCO3CaO+CO2↑

MgCO3MgO+CO2↑4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2↑MgCO3·CaCO3MgO+CaO+CO2↑480～600℃550～1000℃500～750℃800～1000℃730～950℃礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!氧化焰燒成的反應(yīng)：CaSO42CaO+2SO2↑+O2↑2Na2SO42Na2O+2SO2↑+O2↑高溫階段，粘土礦物分解出無定型Al2O3和SiO2，此Al2O3在900℃轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3，從1100℃開始形成莫來石，反應(yīng)為：3(γ-Al2O3)+2SiO23Al2O3·2SiO2（莫來石）反應(yīng)完畢后保溫（高溫）一段時間→冷卻至常溫→制品莫來石制品由結(jié)晶相、玻璃相及氣孔組成1000～1100℃1100℃礦物材料的理論基礎(chǔ)共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!F、1100～1200℃，大量生成3CaO·Al2O3，4CaO·Al2O3·Fe2O3和2CaO·SiO2