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武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院劉理根編2012.2.14非金屬礦新型建筑材料1非金屬礦新型建筑材料

多媒體課件授課班級(jí):礦物加工090109020903教學(xué)時(shí)數(shù):32學(xué)時(shí)(1~8周,周學(xué)時(shí)4)

星期節(jié)次一二三四五

1-2

鑒3403

鑒3403

3-45-6

2教材與參考書《建筑材料》主編譚平等北理工出版社北京2009

參考書:1《新型建筑材料》姜繼圣等編化工出版社北京2009 2《膠凝材料》袁潤(rùn)章主編武漢工業(yè)大學(xué)出版武漢19983《建筑材料》主編范文昭武漢工業(yè)大學(xué)出版社武漢19974《陶瓷纖維》崔之開編著化學(xué)工業(yè)出版社北京20045《新型功能材料》貢長(zhǎng)生張立克主編化工業(yè)出版社20013

目錄第1章緒論1.1概述1.2建筑材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系第2章石膏2.1概述2.2石膏膠凝材料2.3石膏脫水相的水化過(guò)程與機(jī)理2.4石膏漿體的硬化及其強(qiáng)度發(fā)展過(guò)程2.5石膏硬化體的性質(zhì)2.6建筑石膏及高強(qiáng)石膏的生產(chǎn)2.7石膏制品的生產(chǎn)8石膏應(yīng)用動(dòng)向與國(guó)內(nèi)外研究成果2.9石膏選礦思考與習(xí)題

4第3章石灰3.1石灰原料3.2石灰石的煅燒與石灰的結(jié)構(gòu)特性3.3石灰的結(jié)晶與強(qiáng)度3.4石灰的應(yīng)用思考與習(xí)題第4章鎂質(zhì)膠凝材料4.1概述4.2鎂質(zhì)膠凝材料的原料4.2鎂質(zhì)原料的煅燒4.3.氧化鎂漿體的硬化與強(qiáng)度4.4鎂質(zhì)膠凝材料的應(yīng)用5第5章水玻璃膠凝材料5.1概述5.1.1硅酸鈉的性質(zhì)5.2水玻璃的生產(chǎn)5.2.1固相法水玻璃生產(chǎn)5.2.2液相法生產(chǎn)工藝5.2.3調(diào)摸、混合、稀釋5.3硅酸鈉的硬化5.4.2硅酸鈉延伸的無(wú)機(jī)精細(xì)化工第6章纖維復(fù)合材料6.1概述6.2纖維增強(qiáng)無(wú)機(jī)材料6.2.1纖維水泥制品6.2.2硅酸鈣板6第7章絕熱材料與吸音材料7.1概述7.1.1絕熱材料的分類7.2人造礦物纖維型絕熱材料7.2.1巖棉及其制品7.2.2礦渣棉7.2.3礦棉制品的防水處理7.2.4礦棉制品與粘結(jié)劑

7.2.5玻璃棉及其制品7.2.6硅酸鋁耐火纖維77.3多孔型絕熱材料7.3.1膨脹珍珠巖及其制品7.3.2膨脹蛭石及其制品7.3.2.3膨脹蛭石制品生產(chǎn)工藝7.3.2.4蛭石化學(xué)膨脹7.3.3硅酸鈣絕熱材料7.3.3.2硅酸鈣制品的類型7.3.3.3微孔硅酸鈣生產(chǎn)工藝

8第8章建筑石材8.1建筑石材現(xiàn)狀與發(fā)展8.2建筑石材組成與性質(zhì)8.2.1物理性質(zhì)8.2.2力學(xué)性質(zhì)8.2.3工藝性質(zhì)8.3建筑石材的選選擇與應(yīng)用8.4人造石材8.4.1人造大理石8.4.2鑄石8.4.3陶粒習(xí)題與思考題9第1章緒論內(nèi)容提要:⑴建筑材料的定義·重要性⑵新型建筑材料的概念⑶材料的組成與結(jié)構(gòu)對(duì)性能的作用重點(diǎn):⑴材料性能與組成和工藝的關(guān)系⑵不同建筑材料對(duì)性能的要求難點(diǎn):材料各性能之間的關(guān)系10

建筑濃縮社會(huì)文明和時(shí)代的進(jìn)步,建筑材料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱。建筑材料種類繁多,要求的功能各異。本章敘述建筑材料與新型建筑材料的發(fā)展與現(xiàn)狀、性能特點(diǎn)。重點(diǎn)掌握建材產(chǎn)品的種類及結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,熟悉建筑材料的發(fā)展趨勢(shì)。摘要111.1概述定義:建筑材料buildingmaterial在房屋、交通、水利、港口、能源、軍事設(shè)施和航空航天等建筑中,用于基礎(chǔ)、地面、墻體、樓梯、屋面、門窗等基本結(jié)構(gòu)體,最終形成建筑物的各種構(gòu)配件材料。12

1.1.1建筑材料的發(fā)展與現(xiàn)狀

1建筑材料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱建筑工程是國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活最基本的表現(xiàn)形式,建筑材料是建筑工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。在建筑工程中,材料費(fèi)所占的比例一般大于60%,材料的質(zhì)量是建筑工程的命運(yùn)。建筑材料占有重要地位;經(jīng)濟(jì)合理地使用建筑材料,有利于減少浪費(fèi)和損失,降低工程造價(jià),提高基本建設(shè)投資效益。132建筑材料彰顯時(shí)代的進(jìn)步,

濃縮科技發(fā)展的精華人類居住發(fā)展過(guò)程:遂水草而居洞穴居毛坯磚粘土磚;磚木結(jié)構(gòu)砼構(gòu)預(yù)應(yīng)力砼鋼結(jié)構(gòu);輕質(zhì)高強(qiáng)材料推動(dòng)高強(qiáng)/大跨度建筑發(fā)展;功能材料出現(xiàn):(保溫隔熱、防水防潮、隔音吸音、耐腐蝕、防輻射、隱形功能等)建筑物向功能型轉(zhuǎn)化。14

3.建筑材料分類(使用功能)類別定義實(shí)例建筑結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成基礎(chǔ)、柱、框架等承重系統(tǒng)材料磚、石材、鋼材木材混凝土墻體材料建筑物內(nèi)外承重及間隔材料磚、砌塊、石膏板及復(fù)合板建筑功能材料不為承重荷載,具有特殊功能保溫隔熱、吸聲、采光、防水、防輻射裝飾建筑器材滿足使用要求配套的各種設(shè)備五金電料、水暖環(huán)保材料153建筑材料的分類(組成成分)無(wú)機(jī)材料金屬材料黑色金屬(鋼,鐵)有色金屬(銅,鋁及合金)非金屬材料石材,各種巖石與加工品燒土制品,磚、瓦、陶瓷品玻璃,膠凝材料混凝土、砂漿有機(jī)材料植物木材、竹材等瀝青石油瀝青、煤瀝青及制品高分子塑料、涂料、膠結(jié)劑復(fù)合材料金屬-非金屬:鋼筋砼、鋼纖維砼非金屬-有機(jī):聚合物砼玻璃鋼、纖維膠凝制品、161.1.2.建筑材料的發(fā)展趨勢(shì)(1)高強(qiáng)輕質(zhì)材料應(yīng)用更普遍,減輕建筑物的自重,降低基礎(chǔ)成本;(2)材料向高效能、多功能、耐久性方向發(fā)展,具有綜合性能的材料更為受到親昧;(3)材料預(yù)制化程度提高,結(jié)件尺寸增大、大跨度板材廣泛使用,生產(chǎn)方式先進(jìn),產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化;(4)復(fù)合材料應(yīng)用量增大,品種范圍更廣泛,新技術(shù)新材料使建筑更理想;(5)工業(yè)廢料發(fā)揮作用。

171.1.3新型建筑材料的范疇1.新型建筑材料的概念“新型建筑材料”的英文譯詞是NewBuildingMaterials,在國(guó)外泛指新的建筑材料。在我國(guó)“新型建筑材料”是一個(gè)專用名詞,一般是指在建筑工程實(shí)踐中已經(jīng)成功應(yīng)用,并代表建筑材料發(fā)展方向的一類建筑材料。同傳統(tǒng)的磚、瓦、灰、砂、石及三大材料(水泥、鋼材、木材)比較而提出的概念。182.新型建筑材料分類新型建筑材料品種繁多,分類方法多。按材質(zhì)和用途分類相結(jié)合的方法分為新型房建材料、新型建筑裝飾裝修材料和化學(xué)建材三大類新型建筑材料為建筑物具備節(jié)能、舒適、美觀、安全、耐久和維修等創(chuàng)造了盡可能的方便,是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化建筑業(yè)的條件基礎(chǔ),二者互為促進(jìn),互為前提。我國(guó)生產(chǎn)新型建筑材料的原料豐富,建筑業(yè)已成為之柱產(chǎn)業(yè),新型建筑材料的市場(chǎng)十分巨大。193.新型建筑材料的特點(diǎn)(1)新型構(gòu)件材料、墻體材料、屋面材料,形成新的建筑模式,推進(jìn)建筑業(yè)的發(fā)展;(2)材料功能特性(裝飾裝修功能、物理性能特點(diǎn)、材料輕質(zhì)高強(qiáng))突出,改善建筑物功能,增加建筑物與時(shí)俱進(jìn)的人性藝術(shù),效果明顯;(3)材料種類多樣,應(yīng)用范圍廣泛、靈活,可選擇性強(qiáng);(4)環(huán)保意識(shí)增強(qiáng),材料自身具備環(huán)保概念,同時(shí)大量工業(yè)廢料獲得利用201.1.4本課程教學(xué)特點(diǎn)非金屬礦物資源優(yōu)勢(shì),產(chǎn)品價(jià)廉,突出的綜合性能在新型建筑材料中,原料的85%以上由非金屬礦物構(gòu)成;保溫隔熱、隔音材料吸音材料中,非金屬礦物占原料的85%以上。非金屬礦物在新型建筑材料中起著重要的作用。本課以新型建筑材料的生產(chǎn)技術(shù)為框架,重點(diǎn)講授非金屬礦物材料在新型建筑材料中的作用理論和應(yīng)用技能,對(duì)相關(guān)延伸產(chǎn)品進(jìn)行縱深敘述,并適時(shí)介紹國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)向。211.2建筑材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系應(yīng)用→考驗(yàn)→功能特性物理性能水熱物理性能電聲光性能化學(xué)性能抗化學(xué)腐蝕能力耐氣候環(huán)境能力力學(xué)性能抗外力強(qiáng)度變形及破壞特點(diǎn)材料組成、狀態(tài)參數(shù)、構(gòu)造特征221.2.1材料的組成材料組成:指材料的化學(xué)成分及礦物組成,影響化學(xué)性質(zhì)和決定材料的力學(xué)性質(zhì)1.化學(xué)組成:任何材料都由一定的化學(xué)成分組成,材料的化學(xué)成分及其含量多少既影響物理、力學(xué)性質(zhì),也影響材料抵抗外界侵蝕作用的化學(xué)穩(wěn)定性。例如:鋼材元素組成主要Fe,易生銹,加入Cr或Ni,可提高防銹能力;塑料制品中,加入氯化石蠟和氧化銻,成為難燃材料;232.礦物組成:各種礦物在地質(zhì)作用下都具有相對(duì)固定的化學(xué)成分,礦物組成是決定材料性質(zhì)的主要因素。

如碳酸鹽類與硅酸鹽類性質(zhì)差別較大3.構(gòu)造材料組成形成的宏觀狀態(tài)

密實(shí)材料:成分均勻性、排列規(guī)律性孔狀材料:孔隙率,孔狀形態(tài):開口孔、閉口孔241.2.2材料結(jié)構(gòu)固體材料結(jié)構(gòu):晶體、非晶體、膠體材料的許多物理力學(xué)性質(zhì)如強(qiáng)度、彈性和塑性變形特點(diǎn)都與結(jié)構(gòu)密切相關(guān)1.晶體結(jié)構(gòu):材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)(離子、原子、分子)按一定規(guī)則且周期性排列成微觀結(jié)構(gòu),如:立方晶形、正方晶形、斜方晶形、六方晶形等25晶體結(jié)構(gòu)晶體特征鍵性鍵力結(jié)合能性能強(qiáng)度硬度熔點(diǎn)原子晶體共價(jià)鍵電子對(duì)大高(如石英金剛石等)離子晶體離子鍵庫(kù)倫力較大較高易溶Naclkcl、分子晶體分子鍵范華力小小(有機(jī)物等)金屬晶體離子鍵庫(kù)倫力大導(dǎo)電性262非晶體結(jié)構(gòu)無(wú)定形結(jié)構(gòu),質(zhì)點(diǎn)排列沒有規(guī)律,晶體不表現(xiàn)幾何外形,此時(shí)表現(xiàn)的特點(diǎn):各向同性

例如:熔融體→快速冷卻→質(zhì)點(diǎn)規(guī)律未形成

玻璃273膠體結(jié)構(gòu)微小固體顆粒高度分散在介質(zhì)中形成的亞微觀結(jié)構(gòu)固體(d=1-1000nm)+分散介質(zhì)二相體系形成的穩(wěn)定懸浮液乳狀體281.3材料物理性質(zhì)1.3.1密度、表觀密度、堆積密度1密度δ:干燥物體絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量

δ=m/v

g/cm32表觀密度δ0:干燥物體自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量

δ0=m/v0在建筑工程實(shí)踐中輕質(zhì)材料δ0<1.8g/cm3墻體材料;重質(zhì)材料δ0≥1.8g/cm3基礎(chǔ)材料。291.3材料物理性質(zhì)1.3.1密度、表觀密度、堆積密度1密度δ:干燥物體絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量

δ=m/v

g/cm3干燥與絕對(duì)密實(shí):即,不含水分、不不包括材料內(nèi)部孔隙的固體實(shí)體積。在建筑材料中,鋼、玻璃可認(rèn)為不含孔隙,其它絕大部分都多少有孔隙。測(cè)定有孔材料密度需要將其磨成細(xì)粉,然后用排液法測(cè)定體積。粉體越細(xì),內(nèi)部孔隙消除越完全,測(cè)定的體積越真實(shí),要求粉體粒度須小于0.20mm302.表觀密度材料自然狀態(tài)下單位體積v0的質(zhì)量為表觀密度

δ0=m/v0自然狀態(tài)體積v0:包括內(nèi)部孔隙的材料幾何體積在建筑工程實(shí)踐中輕質(zhì)材料δ0<1.8g/cm3墻體材料;重質(zhì)材料δ0≥1.8g/cm3基礎(chǔ)材料。材料表觀密度與含水狀況有關(guān),材料含水時(shí),質(zhì)量要增加,體積也后變化,因此,測(cè)定材料表觀密度時(shí),需要將其干燥。313.堆積密度散粒材料自然堆積狀態(tài)下單位體積V0′的質(zhì)量m為堆積密度δ0′=m/v0′散粒材料堆積狀態(tài)的體積,包括顆粒自然體積和顆粒之間的空隙體積。按堆積方式,散粒材料堆積密度,有自然堆積密度和經(jīng)過(guò)搗實(shí)的緊密堆積密度324.材料的密實(shí)度與孔隙率密實(shí)度D:固體材料充實(shí)的程度

D=v/v0*100%孔隙率P:材料中孔隙體積的比例

P=(v0-v)/v0*100%

D+P=1:D↑;P↓.孔隙分類:按孔隙大小:微孔、細(xì)孔、大孔;按形狀:孤立孔、連通孔,封閉孔、開口孔。331.3.2材料水物理性質(zhì)1.親水性與憎水性材料在與其他介質(zhì)接觸的界面上都存在表面能,表現(xiàn)為表面張力,不同材料的表面能有大小。根據(jù)材料在空氣中與水接觸時(shí),其表面被水潤(rùn)濕的情況,分為親水性材料和憎水性材料。潤(rùn)濕是水在材料表面上被吸附的過(guò)程,與材料本身的性質(zhì)有關(guān):34親水性材料:材料分子與水分子的作用力大于水分子間的作用力,θ≤900;憎水性材料:水分子間的內(nèi)聚力大于水分子與材料分子間的吸引力,900<θ<1800;建筑材料中,木材、混凝土、砂、石為親水性材料;瀝青、石蠟憎水性材料。352.吸水性和吸濕性

材料毛細(xì)作用吸水吸濕(潮)的性質(zhì)3.含水率、吸水率、平衡含水率(1)含水率材料含水時(shí)的質(zhì)量與干燥狀態(tài)下材料的質(zhì)量比

w=(m1-m)/m×100%(2)吸水率材料吸水達(dá)飽和面干時(shí)的含水率

β=(m2-m)/m×100%

低β<1.5%中β=1.5-3%高β>3%

36(3)平衡含水率

材料在一定溫度下吸濕,與空氣濕度達(dá)到平衡時(shí)的含水率。它表示材料的吸濕情況。材料能否吸水,取決于其自身的潤(rùn)濕性,即θ值大??;而吸水率的大小,反映材料內(nèi)部孔隙狀況。普通粘土磚β可達(dá)20%,普通混凝土2-3%,木材達(dá)到100%,花崗巖0.7%。材料吸水后,對(duì)性能產(chǎn)生一系列的影響,如體積膨脹、表觀密度增加、強(qiáng)度降低、導(dǎo)熱性增大、耐久性降低等。374.耐水性

材料經(jīng)飽和水作用不發(fā)生破壞、強(qiáng)度不顯著降低的性質(zhì)。耐水性用軟化系數(shù)

K表示:

K=材料吸水飽和時(shí)的抗壓強(qiáng)度/材料自然干燥時(shí)的抗壓強(qiáng)度0<K≤1。K=0,粘土;K=1,金屬。K>0.85耐水材料;0.75-0.85中耐水性,可輕受潮材料;0.60-0.75低耐水性。軟化系數(shù)通常作為選擇材料的依據(jù),一般位于水中或潮濕環(huán)境的重要建筑物,所用主要結(jié)構(gòu)材料K≥0.85;次要結(jié)構(gòu)或受潮較輕的建筑,K≥0.75;K<0.60的材料,不允許用于建筑。385.抗凍性

材料吸水飽和狀態(tài)下,經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞,強(qiáng)度不產(chǎn)生嚴(yán)重降低的性質(zhì)。

冰凍破壞是由于材料孔隙內(nèi)的水分結(jié)冰導(dǎo)致體積膨脹造成的抗凍等級(jí):材料在一定條件下經(jīng)受凍融而不破壞的次數(shù)。(強(qiáng)度降低值<15%、重量損失≤5%、無(wú)慣穿裂紋過(guò)棱角時(shí)劃分標(biāo)號(hào):5、10、15、25、50、100、200。當(dāng)β<0.5%時(shí),此項(xiàng)免檢)391.4材料力學(xué)性質(zhì)1.強(qiáng)度:材料在外力作用下抵抗破壞的能力。固體材料的強(qiáng)度取決于內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的作用力,制品的強(qiáng)度受原料組成、工藝條件等因素影響。材料受外力作用破壞的原因,是外力大于結(jié)合鍵力造成的。外力作用方式有:拉應(yīng)力:結(jié)合鍵斷裂;R=P/F剪應(yīng)力:結(jié)合質(zhì)點(diǎn)間滑移;R=P/F壓應(yīng)力:內(nèi)部拉應(yīng)力、剪切力;R=P/F彎應(yīng)力:內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力、剪應(yīng)力。R=PL/bh240材料強(qiáng)度與孔隙率的關(guān)系不同種類材料具有不同抵抗外力的特點(diǎn)。相同種類材料隨孔隙率及構(gòu)造特征的不同,材料強(qiáng)度差別較大,一般孔隙率越大的材料強(qiáng)度越低,強(qiáng)度與孔隙率近似直線關(guān)系。

抗壓強(qiáng)度磚、石材、混凝土和鑄鐵抗壓強(qiáng)度較高,抗拉和抗彎強(qiáng)度較低。木材順紋抗拉強(qiáng)度大于抗壓強(qiáng)度鋼材抗拉和抗壓強(qiáng)度都較高,因此磚、石材、混凝土多用在房屋的墻和基礎(chǔ)等受壓為主的部位孔隙率鋼材則適用于承受各種外力的構(gòu)件412.比強(qiáng)度比強(qiáng)度:按單位質(zhì)量計(jì)算的材料強(qiáng)度,其值等于材料強(qiáng)度與表觀密度之比。比強(qiáng)度是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)的主要指標(biāo)。

材料表觀密度(kg/m3)抗壓強(qiáng)度(MPa)比強(qiáng)度(m3.MPa/kg)低碳鋼78604150.053松木50034.30.069混凝土240029.40.012421.5材料熱學(xué)性能1.5.1導(dǎo)熱系數(shù)thermalconductivity熱傳導(dǎo):熱量從物體一部分傳到另一部分,或從一個(gè)物體傳到另一個(gè)物體的現(xiàn)象。物體熱傳導(dǎo)能力用導(dǎo)熱系數(shù)“λ”表示:

λ=(Q*δ)/(S*τ*Δt)K.cat/m.h.℃式中Q—傳遞的總熱量,Kcal;δ—板厚度,m;s—板面積,m2;τ—導(dǎo)熱時(shí)間,h;Δt—板兩側(cè)溫差,℃;熱傳導(dǎo)的必要條件:存在溫度差;熱傳導(dǎo)的充分條件:物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子相互碰撞和傳遞。43物質(zhì)熱傳導(dǎo)影響因素(1)材料的結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分氣體、液體分子或原子相互作用;金屬電子相互作用;無(wú)機(jī)非金屬(絕大多數(shù))電子被束縛,由晶格點(diǎn)陣、晶格振動(dòng)完成晶體、非晶體:λ晶體>λ非晶體當(dāng)t↑λ接近;44物質(zhì)熱傳導(dǎo)影響因素(2)容重(表觀密度)γ↑λ↑;λ固》λ氣

λ封閉孔<λ敞開孔毛細(xì)吸濕λ小孔<λ大孔對(duì)流作用45物資熱傳導(dǎo)影響因素(3)材料濕度狀況受潮、孔隙含水,λ↑λ靜止空氣=0.022;λ水=0.5;λ冰=2.0(4)材料的溫度狀況無(wú)機(jī)晶體t>室溫λ∝

1/t非晶體,,λ∝t混合晶體近似λ=1/(at+b+1/t)461.5.2材料的耐熱性、耐燃燒性及耐火度1.耐熱性:材料長(zhǎng)期在熱環(huán)境中抵抗破壞的能力。無(wú)機(jī)材料遠(yuǎn)優(yōu)于有機(jī)材料2.耐燃性

耐燃性是材料對(duì)火焰和高溫的抵抗能力。不燃材料:在火焰或高溫作用下,不炭化、不冒煙、不燃,無(wú)顯著變形;難燃材料:難于燃燒,能冒煙、燒焦,但去火即滅;

易燃材料:能起火、陽(yáng)燃,去火源繼續(xù)燃燒。473.耐火性thequalityofenduringfire

耐火性材料長(zhǎng)期抵抗高溫作用而不破壞的性能,用耐火度表示。根據(jù)材料在高溫下的表現(xiàn),劃分:易熔材料—熔化溫度t<1350℃;難熔材料—熔化溫度1350℃<t<1580℃;耐火材料—在t>1580℃作用下不熔化,試件不變形,且能承受一定荷重。48耐火材料(按耐火度高低)普通耐火材料—耐火度1580-1770℃高級(jí)耐火材料—耐火度1770-2000℃特級(jí)耐火材料—耐火度>2000℃49耐火材料分類:(按化學(xué)特性)(1)酸性耐火材料:氧化硅為主要成分,常用的有硅磚和粘土磚。硅磚是含氧化硅94%以上的硅質(zhì)制品,原料有硅石、廢硅磚等,硅磚主要用于焦?fàn)t、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐等熱工設(shè)備。粘土磚以耐火粘土為主要原料,含有30%~46%的氧化鋁,屬弱酸性耐火材料50(2)中性耐火材料氧化鋁、氧化鉻或碳為主要成分。含氧化鋁95%以上,是一種用途較廣的優(yōu)質(zhì)耐火材料以氧化鉻為主要成分的鉻磚對(duì)鋼渣的耐蝕性好,但抗熱震性較差,高溫荷重變形溫度較低。碳質(zhì)耐火材料有碳磚、石墨制品和碳化硅質(zhì)制品,熱膨脹系數(shù)低,導(dǎo)熱性高,耐熱震性能好,高溫強(qiáng)度高,抗酸堿和鹽的侵蝕,尤其是弱酸堿具有較好的抵抗能力,不受金屬和熔渣的潤(rùn)濕,質(zhì)輕。廣泛用作高溫爐襯材料,也用作石油、化工的高壓釜內(nèi)襯。51(3)堿性耐火材料

以氧化鎂、氧化鈣為主要成分,常用的是鎂磚。含氧化鎂80%~85%以上的鎂磚,對(duì)堿性渣和鐵渣有很好的抵抗性,耐火度比粘土磚和硅磚高。主要用于平爐、吹氧轉(zhuǎn)爐、電爐、有色金屬冶煉設(shè)備以及一些高溫設(shè)備上。52思考與習(xí)題1.試述材料成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造對(duì)性質(zhì)的影響;2.掌握材料密度、表觀密度、堆積密度的定義及相互關(guān)系;3.試述材料孔隙率、孔隙特征對(duì)強(qiáng)度、吸水性、抗凍性和導(dǎo)熱性的影響;4.熟悉材料強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)關(guān)系,試述制品原料組成不變,提高強(qiáng)度的途徑;5.當(dāng)某一建筑材料的孔隙率增大時(shí),分析下表內(nèi)的性質(zhì)變化孔隙率密度表觀密度強(qiáng)度吸水率抗凍性導(dǎo)熱性6.一材料的全干重量100g,自然狀態(tài)下體積40cm3,絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)體積33cm3,試計(jì)算其密度、表觀密度、密實(shí)度和孔隙率;7.普通粘土磚(11.5×12.0cm3)抗壓試驗(yàn),浸水飽和后的破壞載荷17.25t,干燥狀態(tài)時(shí)的破壞載荷20.70t,問(wèn)此磚是否宜用于建筑物常與水接觸的部位?53第2章石膏Gypsum內(nèi)容提要:⑴膠凝材料的概念

⑵石膏脫水特性與用途⑶石膏制品生產(chǎn)與應(yīng)用⑷石膏選礦方法與工藝重點(diǎn):⑴β型α型石膏制品性能特點(diǎn)⑵石膏選礦方法難點(diǎn):提高石膏制品強(qiáng)度和防水的途徑54膠凝材料的概念膠凝材料:在物理化學(xué)作用下,自身從可塑性漿體逐漸變成堅(jiān)固石狀體的過(guò)程中,能將其他物料膠結(jié)為整體具有機(jī)械強(qiáng)度的物資,亦稱膠結(jié)材料。有機(jī)膠凝材料:各種樹脂和瀝青等;無(wú)機(jī)膠凝材料:氣硬性、水硬性551.水硬性膠凝材料:漿體既能在空氣中硬化,又能在水中硬化、保持和繼續(xù)發(fā)展為具有強(qiáng)度的硬化體,通常稱為水泥

2.氣硬膠凝材料:漿體只能在空氣中或其他條件下硬化,不能在水中硬化,例如:石膏、石灰、鎂質(zhì)膠凝材料、水玻璃等。562.1石膏膠凝材料石膏應(yīng)用歷史悠久,與石灰、水泥并列為無(wú)機(jī)膠凝材料的三大支柱。在現(xiàn)代建筑中,石膏膠凝材料的特點(diǎn):1.節(jié)能石膏材料與制品減少燃料的消耗,1噸石膏膠凝材料所用的原料比水泥少3/4,建設(shè)投資比水泥少1/2;2.生產(chǎn)率高;3.使用性能好(防火隔熱、隔音、質(zhì)輕)4.資源豐富(天然石膏471.5億噸)。57石膏用途(1)粉刷石膏(2)石膏制品(建筑石膏板、紙面板、隔音板、纖維板)(3)石膏砌塊等;(4)水泥緩凝劑cementretarder;(5)石膏膠凝材料:醫(yī)藥用品、陶瓷和機(jī)械摸具。58石膏的工業(yè)價(jià)值與應(yīng)用方法石膏工業(yè)價(jià)值,不同脫水條件形成不同產(chǎn)物。石膏的應(yīng)用:1.石膏膠凝材料的制備,二水石膏加熱部分或全部脫去水分,制備不同的脫水石膏相;2.石膏制品,脫水石膏再水化,使其再生成二水石膏并形成所需的硬化體。二水石膏既是脫水物的原料,又是脫水石膏再水化的最終產(chǎn)物。石膏脫水與再水化形成整個(gè)石膏工業(yè)理論基礎(chǔ)。592.2石膏的原料天然二水石膏CaSO4.2H2O天然硬石膏CaSO4化學(xué)石膏602.2.1天然二水石膏(1)理論化學(xué)組成天然二水石膏CaSO4.2H2O,CaO-32.57%,SO3-46.50%,H2O-20.93%。含有粘土、細(xì)砂等雜質(zhì)純品二水石膏為白色或無(wú)色透明,莫氏硬度1.2-2.0,密度2.2-2.4g/cm3。常溫下水中的溶解度(按CaSO4計(jì))2.05g/L。61(2)天然二水石膏晶體結(jié)構(gòu)二水石膏屬單斜晶系,Ca2+聯(lián)結(jié)[SO4]2-四面體,構(gòu)層雙層結(jié)構(gòu)層,H2O分子分布在雙層結(jié)構(gòu)層之間。由于H2O分子與層狀結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合力較弱,當(dāng)二水石膏加時(shí),層間水首先脫出,其結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。62(3)天然二水石膏分類按物理性質(zhì)天然二水石膏分為五類①透明石膏②纖維石膏③雪化石膏④普通石膏⑤土狀石膏二水石膏質(zhì)量,按二水硫酸鈣含量,分五個(gè)等級(jí):等級(jí)一二三四五≥9594-8584-7574-6564-55生產(chǎn)普通建筑石膏的原料,品位必須在四級(jí)以上,而用于生產(chǎn)高強(qiáng)石膏的二水石膏品位應(yīng)達(dá)二級(jí)以上。632.2.2天然硬石膏(無(wú)水石膏)天然硬石膏:主要組成無(wú)水硫酸鈣(CaSO4),理論組成為:CaO-41.19%,SO3-58.81%莫氏硬度3.0-3.5,密度2.9-3.0g/cm3

純凈的硬石膏透明、無(wú)色或白色,與方解石等碳酸鹽礦物的區(qū)別是解理面分布方向不同,且遇HCl無(wú)氣泡。硬石膏的礦層一般位于二水石膏層之下,它通常在水作用下變成二水石膏,因此在天然硬石膏中常含有5%-10%的二水石膏。642.2.3化學(xué)石膏(工業(yè)副產(chǎn)石膏)(1)磷石膏磷肥廠、合成洗衣粉廠等制造磷酸時(shí)的廢渣,是磷灰石或含氟磷灰石[Ca5F(PO4)3]和硫酸反應(yīng)而得的產(chǎn)物之一:Ca5F(PO4)3+5H2SO4+10H2O----3H3PO4+5(CaSO42H2O)+HF每生產(chǎn)1噸磷酸約排5噸磷石膏。磷石膏可作水泥緩凝劑和生產(chǎn)石膏膠凝材料及制品。65(2)氟石膏氟石膏是氫氟酸產(chǎn)生的廢渣如螢石(CaF2)和硫酸(H2SO4)加熱反應(yīng):

CaF2+H2SO4--CaSO4+2HF↑每生產(chǎn)1噸約產(chǎn)生3.6噸無(wú)水氟石膏。66(3)排煙脫硫石膏(FGD)火力發(fā)電廠、鋼鐵廠、冶煉廠及各種化工廠等燃煤或重油過(guò)程中排放SO2煙氣,經(jīng)脫硫處理后的副產(chǎn)品,主要成分是二水硫酸鈣,純度可達(dá)90%以上。67681.β型半水石膏的形成機(jī)理β-CaSO4.1/2H2O形成機(jī)理,有兩種觀點(diǎn):⑴一次生成,即二水石膏加熱后直接形成半水石膏;⑵二次生成,即二水石膏先直接脫水形成硬石膏Ⅲ,再立即吸附脫出的水分轉(zhuǎn)變?yōu)棣滦桶胨?。β型半水石膏的形成,與二水石膏脫水時(shí)的溫度水蒸氣壓有關(guān):在較高的水蒸氣壓時(shí)可能是一次生成;而在水蒸氣壓很低或者真空條件下,可能是二次生成。已有實(shí)驗(yàn)表明,真空條件下生成的硬石膏極不穩(wěn)定,會(huì)立即吸收水分變成硬石膏。692.α型型半水石膏的形成機(jī)理α型半水石膏是在高壓密封容器內(nèi),飽和水蒸氣壓條件下形成。原料經(jīng)歷溶解-析晶一系列過(guò)程晶形發(fā)生轉(zhuǎn)變,成柱狀、短柱狀或板狀結(jié)構(gòu)。(2)水溶液法

原料粉狀與晶型轉(zhuǎn)換劑0.01-0.2%的水溶液,釜內(nèi)120-140℃一段時(shí)間,二水石膏轉(zhuǎn)變?yōu)棣列桶胨啵?、液在熱態(tài)下分離,經(jīng)水洗、干燥即獲得穩(wěn)定的α型半水石膏(1)加壓水蒸氣法塊狀石膏,2-3mm120-130℃經(jīng)5-8h、或者d5-8mm,在150-160℃經(jīng)1.5-3h在低溫下緩慢析出的α型半水石膏比在高溫下快速析出的產(chǎn)物的硬化強(qiáng)度高,且塊狀石膏的致密度越大,所得產(chǎn)物的需水量越小,其硬化體的強(qiáng)度就越高。70轉(zhuǎn)晶劑對(duì)α型半水石膏形成的機(jī)理雜質(zhì)離子使晶體在C軸方向晶面形成網(wǎng)狀吸附層,阻礙C晶面結(jié)晶基元的結(jié)合,減慢晶體在C軸方向的生長(zhǎng)速度,使各個(gè)方向的生長(zhǎng)速度接近平衡,故而產(chǎn)物α型半水石膏呈六短柱狀。

三軸對(duì)應(yīng)面晶面結(jié)成單面層吸附選擇性a010SO42-,OH-H-,SO42-b110Ca2+SO42H-Sr+2,Ag+c111Ca2+H2SO-NO3-Na+轉(zhuǎn)晶劑的種類:棕櫚酸、亞油酸等碳原子數(shù)15以上脂肪酸的水溶性堿金屬鹽;琥珀酸、馬來(lái)酸、枸櫞酸碳原子數(shù)2以上羧酸及其鹽712.3石膏脫水相的水化半水石膏加水后進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng):CaSO41/2H2O+3/2H2O==CaSO4·2H2O+Q(19.2J/g)由式計(jì)算半水石膏轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗟倪^(guò)程,半水石膏結(jié)合水6.2%,二水石膏的結(jié)合水為20.93%。影響半水石膏水化速度的因素很多,主要有:石膏的煅燒溫度、粉磨細(xì)度、結(jié)晶形態(tài)、雜質(zhì)情況以及水化條件等。在相同條件下,β型半水石膏的水化速度大于α型半水石膏的水化速度。室溫下,β型半水石膏達(dá)到完全水化的時(shí)間為7-12min,而α型為17-20min。72半水石膏水化速度調(diào)整半水石膏水化速度愈快,則漿體凝結(jié)也愈快,通過(guò)加入外加劑調(diào)整水化速度和凝結(jié)時(shí)間。延緩漿體凝結(jié)速度用緩凝劑,加快水化速度和凝結(jié)時(shí)間的則為活化劑。緩凝劑按作用分三類:1分子量大的物質(zhì)膠體保護(hù)劑,降低半水石膏溶解速度,阻止晶核的發(fā)展。如骨膠、單寧酸等;2降低石膏溶解度乙醇、糖、檸檬酸及鹽類;3.改變石膏結(jié)晶結(jié)構(gòu)如醋酸鈣、碳酸鈉、磷酸鹽等。732.3.3硬石膏的水化天然硬石膏,在沒有活化劑的情況下,也能較緩慢的水化硬化,在干燥的條件(室溫25-30℃)下強(qiáng)度不斷發(fā)展,這是由于天然硬石膏中含有其他成分可能存在的活化作用,同時(shí)磨細(xì)過(guò)程能使硬石膏部分活化,促進(jìn)了水化能力。天然硬石膏在活化劑作用下,其水化硬化能力增強(qiáng),凝結(jié)時(shí)間縮短,強(qiáng)度提高。硬石膏的活化劑有硫酸鹽類(Na2SO4、NaHSO4、K2SO4、KHSO4Al2(SO4)3、FeSO4及KAL(SO4)2·12H2O等)和堿性活化劑(石灰2-5%、煅燒白云石5-8%、堿性高爐礦渣10-15%、粉煤灰10-20%等)。742.4石膏漿體的硬化2.4.1石膏漿體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的發(fā)展過(guò)程石膏水化過(guò)程中,僅形成水化產(chǎn)物,漿體并不一定能形成具有強(qiáng)度的人造石,只有當(dāng)水化物晶體互相連生形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)時(shí),才能形成強(qiáng)度。因此,漿體的硬化是結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)的形成過(guò)程,且此結(jié)構(gòu)網(wǎng)的形成一定伴隨著強(qiáng)度的發(fā)展。752.4.2石膏漿體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響因素1半水石膏粉粒度在一定分散度范圍內(nèi),最高強(qiáng)度隨原粉比表面積增大而提高,但超過(guò)一定值強(qiáng)度反而降低。半水石膏的溶解度與原粉比表面積有關(guān):比表面積越大,溶解度就越大,相應(yīng)的過(guò)飽和度也增大,則會(huì)產(chǎn)生較大的結(jié)晶應(yīng)力,破壞硬化漿體的結(jié)構(gòu)。2水固比

漿體含水量高,孔隙增加;孔隙率愈小,孔徑愈小,則漿體的硬化強(qiáng)度和抗水性都會(huì)得到提高。762.5石膏的耐水性石膏硬化體的軟化系數(shù)為0.2-0.3,耐水性差是石膏及其制品共同的弱點(diǎn)。其原因公認(rèn)是半水石膏硬化體的多孔結(jié)構(gòu)和二水石膏較大的溶解度兩個(gè)方面解決石膏抗水性的根本辦法,是改變石膏硬化體的結(jié)構(gòu),用外加劑與石膏生成抗水性的機(jī)體。(1)用石灰、粉煤灰或礦渣等材料,與石膏形成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化硫鋁酸鈣等;(2)用瀝青、石蠟及其它水溶性聚合物對(duì)石膏制品改性;(3)在石膏制品表面涂刷防水層,提高其防水防潮特性。772.6建筑石膏及高強(qiáng)石膏的生產(chǎn)2.6.1β型半水石膏的生產(chǎn)建筑石膏的生產(chǎn)過(guò)程由原料破碎、粉磨、煅燒與陳化等環(huán)節(jié)組成,即:石膏塊(d<350mm)粗碎(50-60mm)中碎(d10-12mm)脫水粉磨(d<0.2mm)陳化β型石膏膠凝材料根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的不同,物料脫水時(shí)的粒度也不一樣。目前,β型半水石膏生產(chǎn)方法有三種形式:78建筑石膏生產(chǎn)工藝

1.炒鍋、沸騰爐脫水工藝

炒鍋、沸騰爐脫水工藝的物料為粉狀。原料先破碎、干燥并粉磨至一定細(xì)度,然后經(jīng)煅燒脫水。連續(xù)炒鍋β型半水石膏生產(chǎn)工藝流程示意圖

79

2.回轉(zhuǎn)窯脫水工藝

圖2-11回轉(zhuǎn)窯β型半水石膏流程圖1-鏟斗車;2-下料斗;3-板式給料機(jī);4-顎式破碎機(jī);5、10、16、19-斗式提升機(jī);6-均化場(chǎng);6-2-進(jìn)料皮帶機(jī);7-生料庫(kù);8-給料機(jī);9-錘式破碎機(jī);11-料倉(cāng);12-圓盤給料機(jī);13-回轉(zhuǎn)窯;13-a-靜電除塵器;14、15-螺旋輸送機(jī);17-旁路貯倉(cāng);18-螺旋下料器;20-選粉機(jī);21-粉磨機(jī);21-a-粉料收集器;22-螺旋輸送機(jī);23-螺旋泵;24-β型半水石膏產(chǎn)品貯倉(cāng)80建筑石膏生產(chǎn)工藝3.風(fēng)掃磨脫水工藝

風(fēng)掃磨(彼得磨·德國(guó))工藝特點(diǎn):原料破碎后,直接進(jìn)入風(fēng)掃磨,干燥、粉磨、加熱脫水由同一設(shè)備完成。

814.脫水產(chǎn)品的陳化在石膏脫水過(guò)程中,因受熱溫度的不均勻,不同程度的殘存有二水石膏和無(wú)水石膏,這些不穩(wěn)定相的性能會(huì)隨著時(shí)間改變。對(duì)粉磨后的熟石膏粉須在料庫(kù)中密封放至幾天,利用炒制時(shí)的余溫,使殘存的二水石膏繼續(xù)脫水轉(zhuǎn)變,同時(shí)無(wú)水石膏也可以因吸收石膏中的水蒸氣和二水石膏脫出的水分,轉(zhuǎn)化成半水石膏,達(dá)到相的基本穩(wěn)定。822.6.2高強(qiáng)石膏生產(chǎn)工藝1高強(qiáng)石膏蒸壓釜生產(chǎn)工藝原料為塊狀二水石膏。83高強(qiáng)石膏生產(chǎn)工藝

2.石膏粉轉(zhuǎn)晶法高強(qiáng)石膏生產(chǎn)工藝

圖2-14液體介質(zhì)中用晶型轉(zhuǎn)換劑生產(chǎn)高強(qiáng)石膏示意圖1-料斗;2-盤式喂料機(jī);3、13-球磨機(jī);4-工作溶液容器;5-容器;6-、8-泵;7-結(jié)晶糟;9-冷凝器;10-清理裝置;11-洗滌器;12-干燥機(jī);14-高強(qiáng)石膏貯斗842.6.3半水石膏主要質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1.建筑石膏:密度2500-2700kg/m3,松散堆積密度800-1100kg/m3,緊堆積密度1260-1450kg/m3。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑石膏分為三個(gè)等級(jí)(見表2-3):

等級(jí)技術(shù)要求優(yōu)等品一等品二等品1.細(xì)度(0.2mm方孔篩篩余不大于)5.010.015.02.凝結(jié)時(shí)間(min)初凝不小于6終凝不大于303.抗折強(qiáng)度(MPa)2.52.11.84.抗壓強(qiáng)度(MPa)4.93.92.9

852.高強(qiáng)石膏質(zhì)量指標(biāo)

我國(guó)高強(qiáng)石膏劃分標(biāo)號(hào)密度2600-2800kg/m3,松散堆積密度1000-1200kg/m3,緊堆積密度1200-1500kg/m3。細(xì)度要求64孔/cm3篩余不大于2%,900孔/cm3篩余不大于8%;初凝不小于3min,終凝不早于5min,不遲于30min。表2-4高強(qiáng)石膏的標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度862.7石膏制品的生產(chǎn)2.7.1粉刷石膏生產(chǎn)工藝粉刷石膏是以半水石膏為原料,另加入少量性能調(diào)節(jié)劑組成。生產(chǎn)工藝見圖2-15872.7.2石膏板生產(chǎn)工藝

1.紙面石膏板生產(chǎn)紙面石膏板的原料為熟石膏粉(β型或α型)。輔助原料有粘結(jié)劑、護(hù)面紙、促凝劑或緩凝劑、發(fā)泡劑以及纖維類增強(qiáng)劑與填料等,生產(chǎn)工藝流程見圖2-16。

圖2-16紙面石膏板生產(chǎn)工藝流程1、2-貯倉(cāng);3、4-料斗;5-制膠罐;6-攪拌機(jī);7-發(fā)泡劑貯罐;8-紙纖維制備機(jī);9-水糟;10-電子皮帶稱;11-螺旋輸送機(jī);12、13-供紙機(jī)構(gòu)裝置;14-立式攪拌機(jī);15-成型機(jī);16-凝固皮帶;17-輸送輥道;18-切割機(jī);19-加速輥道;20、24-橫向輸送機(jī);21-輸送機(jī);22-干燥機(jī);23-合片輥道;25-切邊機(jī);26-堆垛機(jī);27-雙向輸送機(jī)882.纖維石膏板

纖維石膏板鋪漿纏繞法成型工藝見圖2-17

圖2-17鋪漿纏繞法纖維石膏板工藝流程1-貯漿罐;2-泵式打漿機(jī);3-打漿機(jī);4-氣水分離器;5-濕式鋪漿纏繞成型機(jī);6-縱橫切邊機(jī);7-膠帶輸送機(jī);8-真空吸盤堆垛機(jī);9-烘干車;10-隧道干燥窯

892.7.3石膏添加劑石膏添加劑的作用:改善產(chǎn)品性能,調(diào)節(jié)施工便利,增加應(yīng)用效果。1.增強(qiáng)材料增加抗拉強(qiáng)度,減少脆性,降低密度。纖維類:玻璃纖維、紙纖維、甘蔗渣等;多孔輕質(zhì)礦物材料:減輕容重、降低導(dǎo)熱性。膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、鋸末等;2.提高耐水性:水泥、礦渣、松香、聚乙烯醇;3.改善固化速度:(1)延長(zhǎng)固化時(shí)間緩凝劑(0.2-0.3%),檸檬酸、酒石酸、皮膠等;(2)減少固化時(shí)間促凝劑(0.5-2%),二水石膏、硫酸鉀、硫酸鋁;4.發(fā)泡劑:減輕容重,松香、陰離子、非離子表面活性劑等。902.8石膏應(yīng)用動(dòng)向與國(guó)內(nèi)外研究成果2.8.1無(wú)機(jī)膠凝材料1.建筑材料是石膏應(yīng)用的最大領(lǐng)域,依然是石膏利用的主要方向:2.摸型材料石膏的化學(xué)穩(wěn)定性使精密機(jī)械鑄造、陶瓷制品生產(chǎn)、飾品加工等利用石膏摸越來(lái)越多;3.醫(yī)藥生物利用石膏無(wú)毒無(wú)害和水分與溫度循環(huán)轉(zhuǎn)換的特點(diǎn),可在石膏粉中賦予同步治療方案。石膏制硫酸利用硬石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥912.8.2硫酸鈣纖維石膏晶須(硫酸鈣微細(xì)纖維)、硫酸鈣纖維,是由二水石膏在飽和蒸氣壓條件下培養(yǎng)的纖維狀硫酸鈣,主要用于作增強(qiáng)材料。纖維結(jié)構(gòu)中的結(jié)合水可以調(diào)節(jié)和改善基體的溫變效果92石膏晶須SEM圖932.9石膏選礦⒈手選:手選是我國(guó)石膏礦山主要的方法,用尖嘴錘或羊角鎬剔除依附石膏上的夾石;2.光電選礦:以礦粒表面的光反射性差異為依據(jù)的選礦方法。石膏為白色,脈石多呈暗色,石膏與脈石對(duì)光存在(顏色、反射率、熒光性、透明度、透射性等)差異,利用光電效應(yīng)原理富集石膏。分選粒度5-20mm,生產(chǎn)能力2.5t/h.石膏光電選礦在國(guó)外礦山應(yīng)用比較普遍943.重介質(zhì)選礦:根據(jù)兩種礦物密度差異,利用重介質(zhì)進(jìn)行分離,石膏密度2.3g/cm3,而脈石礦物白云石、石英、頁(yè)巖、硬石膏密度都在2.6g/cm3以上,在密度大于2.3、小于2.6重介質(zhì)中,石膏浮起,脈石下沉。石膏與脈石獲得分離。4.浮選:國(guó)外用浮選法富集石膏,大多使用油酸為捕收劑,單寧和明膠作抑制劑。日本應(yīng)用烷基硫酸鹽和烷基璜酸鹽為捕收劑也很成功。對(duì)主要雜質(zhì)是石英的石膏礦石,反浮選同樣是有效的,使用乙醇胺和高級(jí)脂肪酸的混合物、十二烷基三甲基溴化胺等捕收劑。95思考與習(xí)題1.掌握膠凝材料的種類,熟悉氣硬性膠凝材料與水硬性膠凝材料的特征;2.掌握石膏的種類,試述它們之間的主要特征;3.試述β型與α型兩種半水石膏形成的條件,并分析各自的性能特點(diǎn);4.分析原料細(xì)度、水固比與半水石膏硬化產(chǎn)物之間的關(guān)系;5.熟悉調(diào)節(jié)石膏制品性能的方法,試述提高石膏制品耐水性的途徑。6.掌握石膏選礦方法96第3章石灰

Line內(nèi)容提要:⑴石灰原料與煅燒、分解⑵石灰消解反應(yīng)⑶石灰硬化體強(qiáng)度的形成與發(fā)展⑷石灰的應(yīng)用方法⑸石灰原料選礦重點(diǎn):碳酸鈣的分解與漿體硬化特性難點(diǎn):碳酸鈣的結(jié)晶形變與控制973.1概述石灰是以碳酸鈣(CaCO3)為主要成分的原料經(jīng)煅燒,排出二氧化碳(CO2)后的產(chǎn)物,主要成分是氧化鈣(CaO)。是人類使用較早的無(wú)機(jī)膠凝材料之一,由于其原料分布廣泛,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單及成本低等,所以在建筑上應(yīng)用較廣。石灰有氣硬性石灰(由碳酸鈣含量高、粘土雜質(zhì)小于8%的石灰石煅燒而成)和水硬性石灰二種。水硬性石灰成分中除CaO外,還含有一定的硅酸鈣(2CaO·SiO2)鋁酸鈣(12CaO·7Al2O3)等,因此呈現(xiàn)出水硬性。983.2石灰原料石灰的原料:含碳酸鈣為主的天然巖石—石灰石。自然界中碳酸鈣礦物有方解石和文石兩種。純凈的方解石無(wú)色透明,稱冰洲石;方解石為六角形晶體,密度2.72,莫氏硬度3,脆性;文石呈無(wú)色或白色,菱形晶體,密度2.94,硬度3.5—4。石灰石是由生物殘骸骨骼等組成的巖層,經(jīng)多年致密成堅(jiān)硬的巖石。一般CaCO3≥90%不宜作建筑裝飾材料的大理石或碎塊,燒制的石灰?guī)缀鯙榛瘜W(xué)純的CaO;化學(xué)石灰:有機(jī)合成中消化電石的產(chǎn)物電石渣、氨堿法制堿的殘?jiān)?主要成分碳酸鈣)。

993.3石灰石的煅燒與石灰的結(jié)構(gòu)特性石灰石煅燒過(guò)程中的反應(yīng):

CaCO3+178kJ/moi====CaO+CO2每100份CaCO3,可以得到56份CaO,失去44份CO2。煅燒后的石灰體積比原石灰石一般縮小10—15%,故石灰為多孔結(jié)構(gòu)。碳酸鈣的分解是吸熱反應(yīng),每分解1mol的CaCO3需要178KJ熱量。實(shí)際所需要的熱量遠(yuǎn)大于此值,熱量消耗關(guān)系為:分解碳酸鈣消耗的熱量===理論分解熱量+原料水分蒸發(fā)耗熱量+窯體熱損失+殘留于石灰中的熱量碳酸鈣的分解決定于煅燒溫度,溫度越高,CO2揮發(fā)越快,窯內(nèi)的氣體壓力增加。100101碳酸鈣的分解特點(diǎn)550℃開始分解,但分解壓力低,反應(yīng)很容易達(dá)到平衡,因此分解速率很小;800-850℃時(shí)分解加快,達(dá)到898℃時(shí),分解壓力達(dá)到0.1MPa,故將此溫度作為CaCO3的分解溫度。繼續(xù)提高溫度,分解劇烈,速度加快;碳酸鈣的分解是可逆工程,根據(jù)煅燒溫度和周圍介質(zhì)中CO2分壓不同,反應(yīng)進(jìn)行的方向也不同,當(dāng)周圍介質(zhì)中CO2分壓大于分解壓力時(shí),反應(yīng)即逆向進(jìn)行。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)提高溫度,并注意及時(shí)排出CO2氣體。102石灰石分解速率在熱的作用下,每塊石灰石的分解是以一定速度由表及里的逐漸進(jìn)行過(guò)程;有試驗(yàn)表明,比較純凈的石灰石,當(dāng)煅燒溫度900℃時(shí),以3mm/h的分解速率向內(nèi)移動(dòng),1100℃時(shí),以14mm/h的速率移動(dòng);為了提高煅燒石灰的產(chǎn)量,同時(shí)考慮熱損失,生產(chǎn)中石灰的煅燒溫度1000-1200℃1033.3.2碳酸鈣的煅燒設(shè)備煅燒石灰石有土窯、輪窯、立窯、回轉(zhuǎn)窯、沸騰窯和燒結(jié)機(jī)等。煅燒設(shè)備的選擇應(yīng)根據(jù)原料的性質(zhì)、燃料的種類、對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求等方面綜合考慮。石灰石普通立窯及煅燒過(guò)程見圖3-2所示。

104正燒石灰過(guò)燒石灰和生燒石灰正燒石灰煅燒溫度和時(shí)間正常的石灰,即在燒結(jié)溫度下煅燒,分解完全的石灰。CaO晶體尺寸2-6μm,塊體容重2.2-2.5g/cm3,質(zhì)量好;過(guò)燒石灰也稱過(guò)火石灰或死燒石灰,是一種煅燒溫度較高、時(shí)間長(zhǎng)的石灰,塊體容重大,消化速度慢,CaO晶體尺寸10μm以上,延遲消化會(huì)破壞已經(jīng)抹灰層;生燒石灰也稱欠火石灰,是煅燒溫度低或時(shí)間不足,沒有燒透的石灰,未消化殘?jiān)看?,活性CaO含量低1053.6石灰的應(yīng)用1建筑材料:石灰膏2.硅酸鹽制品:石灰與硅砂或粒狀高爐礦渣、粉煤灰等混合,成型后在飽和蒸汽下養(yǎng)護(hù)處理,成為多孔硅酸鹽制品。輕質(zhì)建筑材料,如硅酸鈣板、微孔硅酸鈣、灰砂磚、粉煤灰磚、加氣混凝土砌塊等;3環(huán)保材料:利用石灰廉價(jià)的無(wú)機(jī)堿性材料特點(diǎn),治理含硫污染環(huán)境。如排煙脫硫、中和酸性污染源4.造紙:利用Ca(HO)2清除植物表層的脂肪,提取紙纖維和造紙?zhí)盍希?.巖石膨脹劑1066·

CaCO3填料CaCO3是橡膠、塑料等高分子材料重要補(bǔ)強(qiáng)性填料。重鈣由天然方解石、大理石粉磨而成的CaCO3粉體,是造紙橡膠、塑料等填料,在建筑材料中應(yīng)用的為雙飛粉;輕鈣由Ca(OH)2與CO2反應(yīng)的高比表面積的多孔質(zhì)CaCO3,納米鈣107晶體CaCO3生產(chǎn)方法晶體CaCO3具有良好充填效果,使制品性能更優(yōu)良,通過(guò)控制結(jié)晶條件,如反應(yīng)溫度、壓力、碳化劑的濃度等,可獲得正六面型、球型、鏈狀、島狀等晶形超細(xì)CaCO3電石渣原料,用鹽酸獲得氯化鈣,在低溫下制備出正六面型和球型晶體CaCO3,粒度為5μm制備氯化鈣溶液:Ca(OH)2+2HClCaCl2+2H2O沉淀晶體碳酸鈣:CaCl2+CO2+H2OCaCO3+H2O+Cl21083℃常壓合成的正六面體1091101118℃常壓合成的類球型1123.7石灰?guī)r選礦我國(guó)石灰?guī)r資源儲(chǔ)量大,質(zhì)量好,大多石灰?guī)r礦山采用洗礦-破碎-分級(jí)方法處理礦石以清除地表泥土、沙石粘性泥團(tuán)的污染,手選占較大比重;國(guó)外采用浮選或光電選,處理低品位石灰?guī)r礦石,如美國(guó)賓夕法尼亞州通用阿特拉斯水泥公司石灰?guī)r浮選廠,藥劑為:捕收劑油酸(140)、皂化塔爾油(360),抑制劑木素磺酸鈣(430)甲基異丁醇(100),起泡劑柴油(70),將碳酸鈣由71.02%提高至85%113第4章鎂質(zhì)膠凝材料內(nèi)容提要:⑴氧化鎂原料種類⑵菱鎂礦高溫煅燒特性⑶白云石抑鈣富鎂煅燒方法⑷鎂水泥的相變與硬化體強(qiáng)度⑸鎂水泥添加劑⑹菱鎂礦選礦重點(diǎn):氫氧化鎂結(jié)晶特點(diǎn)難點(diǎn):氧化鎂-氯化鎂-水體系的變化1144.1鎂質(zhì)膠凝材料的原料

1.天然菱鎂礦magnesite.菱鎂礦屬碳酸鹽礦物,化學(xué)式Mg[CO3]2。其中MgO47.81%CO252.19%,根據(jù)結(jié)晶程度菱鎂礦有晶質(zhì)和非晶質(zhì)兩種。晶質(zhì)菱鎂礦形態(tài)呈菱面體結(jié)構(gòu)(圖4—1)者很少見,比較常見的是隱晶質(zhì)菱鎂礦,一般呈致密塊狀,白色或淡黃、淺褐色,不透明,外觀與未上釉瓷品相似,故亦稱瓷狀菱鎂礦。硬度4—6,斷口呈貝殼狀,比密度3—3.5。我國(guó)菱鎂礦蘊(yùn)藏量豐富,已探明的含量達(dá)28億噸,主要分布于遼寧、四川、山東、新疆、西藏等地區(qū)。我國(guó)礦質(zhì)純度高,MgCO3占90%以上,鐵及碳酸鈣等含量較低。115菱鎂礦的晶體結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分表4-1菱鎂礦的化學(xué)成分舉例化學(xué)成分(%)SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO燒失量遼寧海城0.670.191.010.1246.7851.39山東掖縣3.633.360.600.8945.7249.201162天然白云石[CaCO3·MgCO3或CaMg(CO3)2]白云石是碳酸鎂與碳酸鈣的復(fù)鹽,理論組成CaCO3:MgCO3=1:1,即CaO

30.41%,MgO21.87%,CO247.72%.有晶質(zhì)和非晶質(zhì)二種。天然礦物中,白云石與石灰石存在過(guò)度組成,通常MgCO3含量﹥25%稱為白云石我國(guó)白云石較菱鎂礦更廣,是發(fā)展鎂質(zhì)膠凝材料的重要資源3蛇紋石[3MgO·2SiO2·H2O]鎂硅酸鹽礦物,MgO37-40%,SiO238-40%,外觀呈深綠色與白色似蛇皮而得名。蛇紋石由鎂橄欖石和輝石變質(zhì)而成。1174.2鎂質(zhì)原料的煅燒4.2.1菱鎂礦的分解反應(yīng)氧化鎂是菱鎂礦煅燒過(guò)程中,由碳酸鎂分解而成,反應(yīng)式MgCO3MgO+CO2

400℃600-650℃劇烈反應(yīng)800~850℃實(shí)際生產(chǎn)條件,產(chǎn)物活性大分解1000gMgCO3所需熱量大約14.4*105J。1200℃死燒土晶格尺寸減小晶體趨向緊密,失去活性,沒有膠凝性118MgO是碳酸鎂在煅燒過(guò)程中分解而成的,不論是以菱鎂礦或白云石以及堿式碳酸鎂(MgOH2.4MgCO3.5H2O)等為原料,分解反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)。分解過(guò)程中,因分解出二氧化碳與水,所以MgO具有多孔結(jié)構(gòu)。由于煅燒溫度與煅燒時(shí)間直接影響原料的分解程度及產(chǎn)物(MgO)的結(jié)晶狀態(tài),因此宜控制在能使原料充分分解(此時(shí)產(chǎn)物體系中的內(nèi)部孔隙最多)又不至于使MgO晶體致密化(過(guò)燒)時(shí),所得產(chǎn)品的活性最好。1191204.2.2白云石的分解特點(diǎn)生產(chǎn)苛性白云石時(shí),既應(yīng)使原料中的MgCO3充分分解而又要避免其中的CaCO3分解,一般煅燒溫度宜控制在650~750℃,過(guò)高的煅燒溫度會(huì)生成CaO而對(duì)鎂質(zhì)膠凝材料的性能產(chǎn)生不良影響。適宜溫度下煅燒的鎂質(zhì)膠凝材料主要是活性MgO和惰性的CaCO3。在上述溫度范圍內(nèi),白云石的分解按下列兩步進(jìn)行,首先是復(fù)鹽的分解,緊接著是碳酸鎂的分解:MgCO3·CacO=MgCO3+CaCO3MgCO3=Mgo+CO2試驗(yàn)研究已經(jīng)證明,只要控制好白云石的煅燒溫度和CO2的分壓力,上述的目的地完全可以實(shí)現(xiàn)的。121白云石加熱失重與溫度的變化白云石煅燒過(guò)程中溫度與窯內(nèi)氣體壓力的關(guān)系如圖4-2所示圖中1-為礦石煅燒失重曲線;2-為煅燒升溫曲線圖4-2表明,CO2氣體壓力保持latm,溫度控制在540~900℃范圍內(nèi),就不會(huì)有CaO產(chǎn)生。如果CO2氣體的壓力低于latm,溫度要向低的方面轉(zhuǎn)移,如果這時(shí)再保持900℃的溫度,白云石中就可能發(fā)生CaCO3分解并生成CaO。

1224.2.3MgO的活性acturation與煅燒溫度的關(guān)系123氧化鎂的晶格常數(shù)隨煅燒溫度變化的關(guān)系曲線此圖是Mg(OH)2與MgCO3經(jīng)不同煅燒溫度制成的MgO,其晶格常數(shù)隨煅燒溫度變化的試驗(yàn)結(jié)果。曲線1和2分別表示MgCO3和Mg(OH)2不同原料。方鎂石的晶格常數(shù)a=0.42nm,而在400℃煅燒所得Mgo晶格常數(shù)增大為0.424~0.425nm.124Mg(OH)2在不同煅燒溫度制取的MgO內(nèi)比表面積試驗(yàn)結(jié)果

用Mg(OH)2原料,經(jīng)不同煅燒溫度制取的MgO其內(nèi)比表面積隨溫度而變的試驗(yàn)結(jié)果見表4-1。它表明隨著煅燒溫度的提高,MgO的內(nèi)比表面積顯著減少的變化規(guī)律。當(dāng)煅燒溫度為400℃左右時(shí),氧化鎂的分散度最大,其內(nèi)比表面積值可達(dá)180m2/g。高于這個(gè)溫度MgO的分散度隨之降低,當(dāng)溫度大于1000℃時(shí),重結(jié)晶的速度加快,分散度急劇降低。國(guó)內(nèi)外的許多研究結(jié)果表明,煅燒MgO的活性隨所用原料、煅燒溫度及煅燒時(shí)間而異,其中影響最大的因素是煅燒溫度,當(dāng)達(dá)到MgCO3分解溫度后,隨著煅燒溫度的上升,MgO的活性隨之下降。1254.3.鎂質(zhì)膠凝材料的膠凝和硬化4.3.1氧化鎂-水體系氧化鎂與水拌和后產(chǎn)生下述反應(yīng):MgO+H2O=Mg(OH)2氧化鎂的水化反應(yīng)速度決定于本身的水化活性,即主要決定于煅燒溫度。表4-2表示MgCO3經(jīng)不同煅燒溫度制取的MgO的水化速度(以水化程度的百分率表示)。該試驗(yàn)結(jié)果證明,當(dāng)煅燒溫度提高時(shí),水化速度顯著減少。表4-2MgO水化速度與煅燒的關(guān)系水化時(shí)間(d)煅燒溫度(℃)

80012001400175.46.494.723100.023.49.2730/94.7632.8360/97.6/126圖4-4不同內(nèi)比表面積的MgO漿體的水化速度

圖4-4不同分散度的MgO水化速度1-32m2/g;2-30m2/g;3-15m2/g4-12.5m2/g此圖表示MgO的比面積越大,其水化速度越快。127不同內(nèi)比表面積的MgO漿體的塑性強(qiáng)度的變化

圖4-5不同分散度的MgO漿體的塑性強(qiáng)度的變化

1-32m2/g;2-30m2/g;3-15m2/g4-12.5m2/g試驗(yàn)表明,內(nèi)比表面積越大的MgO漿體,其硬化體最終的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越小

128加快膠凝和提高強(qiáng)度的措施綜上試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,MgO的比表面積大,水化速度以及其強(qiáng)度發(fā)展都較快,但其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的最終值也低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象與MgO溶液過(guò)飽和度特別高有關(guān)實(shí)踐表明,經(jīng)一般溫度(600-860℃)煅燒出的MgO常溫下水化時(shí),其最大濃度為0.8-1.0g/L,而其水化產(chǎn)物Mg(OH)2常溫時(shí)的平衡溶解度為0.01g/L左右,其相對(duì)過(guò)飽和度達(dá)到80-100,這個(gè)數(shù)值與其它膠凝材料比是大的,過(guò)大的過(guò)飽和度會(huì)產(chǎn)生大的結(jié)晶應(yīng)力,使形成的結(jié)晶網(wǎng)破壞;129由于MgO溶解度較小,若提高M(jìn)gO溶解度,加快水化過(guò)程,但又增大其過(guò)飽和度,產(chǎn)生很大的結(jié)晶應(yīng)力,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞,使強(qiáng)度顯著降低;如果提高煅燒溫度,又降低了比表面積,則溶解度更低,水化過(guò)程更慢,漿體硬化時(shí)間更長(zhǎng),不利于制品生產(chǎn),這就是MgO應(yīng)用的障礙。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐,目前既能使膠凝時(shí)間快而又獲得較高強(qiáng)度鎂質(zhì)膠凝材料的方法,是圍繞降低過(guò)飽和度提高溶解度而采取的措施,主要是在鎂質(zhì)膠凝材料制品生產(chǎn)中用MgCl2或者類似作用的水溶液作為MgO的拌合劑1304.3.2氧化鎂—氯化鎂—水體系有效地使用鎂質(zhì)膠凝材料,一是要加速M(fèi)gO的溶解;二是要降低體系的過(guò)飽和度,而降低過(guò)飽和度有效途徑是提高水化產(chǎn)物的溶解或者迅速形成復(fù)鹽。用氯化鎂溶液代替水作MgO的調(diào)和劑,就是解決上述問(wèn)題的途徑之一。試驗(yàn)證明,以MgCl2溶液代替水來(lái)調(diào)制MgO時(shí),可以加速其水化速度,并且能與之形成新的水化物相。這種新的水化物相的平衡溶液度比Mg(OH)2高,因此其過(guò)飽和度也相應(yīng)降低。這種用MgCl2溶液調(diào)制的鎂質(zhì)膠凝材料就是目前廣泛關(guān)注的氯氧鎂水泥。因由瑞典學(xué)者S.Sorel于1867年所發(fā)明,故又稱索瑞爾水泥(SorelCement)簡(jiǎn)稱鎂水泥。1311.氯氧鎂材料的相變與強(qiáng)度MgO+MgCl2?6H2O→MgO?MgCl2?6H2O三元化合物K=MgO/MgCl2分子數(shù)不同,形成的水化產(chǎn)物不同。工業(yè)應(yīng)用范圍K=4—6水化產(chǎn)物形成:5(Mg(OH)2)?1(MgCl2)?8(H2O)(5MgO+1MgCl2+8H2O)==Mg3Cl(OH)5·4H2O增加或降低K值,即提高或減少M(fèi)gCl26H2O量,將殘存MgO或MgCl2參加二次反應(yīng),造成硬化體系結(jié)晶應(yīng)力增加,導(dǎo)致產(chǎn)物不穩(wěn)定。未反應(yīng)完的MgO和MgCl2·xH2O,在空氣中會(huì)吸收CO2,形成氯碳酸鎂鹽[2MgCO3·Mg(OH)2·MgCl2·6H2O,2·1·1·6相]。氯碳酸鎂鹽與水作用可浸出氯化鎂,硬化體并轉(zhuǎn)變?yōu)樗怄V礦[4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O,4·1·4相]1322.提高鎂水泥耐水性的途徑(1)降低水介質(zhì)的作用根據(jù)材料的使用特點(diǎn),注意使用環(huán)境,在制品表面涂刷防水層;在鎂水泥的拌制過(guò)程中加入少量有機(jī)物,如三聚氰胺樹脂、脲醛樹脂、有機(jī)硅等,使相5周圍產(chǎn)生高聚物或疏水的保護(hù)層,減少氯離子與水分子的接觸,從而提高水化物結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定性及其而耐水性;(2)摻入適當(dāng)?shù)奶砑觿┭芯拷Y(jié)果表明,在鎂水泥漿中摻入15%的含有Ca、AI、Fe、Si等元素的活性復(fù)合添加劑如紅磚粉、赤頁(yè)巖粉,或適量的粉煤灰、硅藻土等可改善鎂水泥的耐水性;(3)使用復(fù)合拌水劑氯化鎂的吸濕性大,改用硫酸鎂(MgSO4·7H2O)、鐵礬(FeSO4)等,實(shí)踐證明,改用硫酸鎂和鐵礬作調(diào)和劑后,可以降低吸濕性,提高耐水性。但是其強(qiáng)度較用氯化鎂者為低。工業(yè)中常用FeSO4與MgCl2混合溶液。

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4.4氯氧鎂材料的性能(1)快硬、輕質(zhì)高強(qiáng)氯氧鎂材料的水化反應(yīng)是放熱反應(yīng),最高放熱溫度可達(dá)140℃,預(yù)制的坯體無(wú)需附加措施常溫下即可快硬,在夏季30-35℃環(huán)境中,經(jīng)3-4h的硬化反應(yīng)就能達(dá)到制品脫模強(qiáng)度。氯氧鎂材料吸水率≤13%,干收縮率<0.3%,濕脹率<0.6%,可配制出0.5-1.89g/cm3的制品,在同種密度下,強(qiáng)度高出水泥制品2倍以上,在無(wú)機(jī)膠凝材料制品中物理力學(xué)性能最高;134(2)與充填材料親和性好粘結(jié)力高氯氧鎂材料對(duì)植物纖維、木質(zhì)碎屑和竹類筋材有極好的膠結(jié)性與低腐蝕性,可復(fù)合形成接近木材的性質(zhì)的代木產(chǎn)品,氯氧鎂結(jié)晶體的pH8.0-9.0,弱堿性基體不構(gòu)成對(duì)木材的腐蝕性,使代木的填充料應(yīng)用耐久;氯氧鎂的高黏結(jié)力和耐熱性,工業(yè)上用作刀具的黏結(jié)劑和磨具磨料,組成拋光磚磨塊。(3)具有良好防火耐溫性氧化鎂是耐火磚原料,具有很高耐火度。遇高溫時(shí)氯氧鎂材料5Mg(OH)2·MgCl2·8H20結(jié)構(gòu)破壞,首先消耗8個(gè)結(jié)晶水的汽化能,同時(shí)分解釋放的氯氣具有極好的滯熄性,減弱火焰蔓延,使氯氧鎂材料具有防火耐熱功能;135(4)氯氧鎂制品為澆注成型,產(chǎn)品成品率高,廢棄物和板材邊角料可粉碎再充填利用。制品可釘、可鋸、可刨、可粘貼,可機(jī)械加工和涂飾性好;(5)不規(guī)范生產(chǎn)的氯氧鎂制品容易返鹵泛霜、翹曲變形、脹裂等現(xiàn)象,同時(shí)氯離子含量達(dá)到8-9%,對(duì)金屬有一定腐蝕性,不宜采用金屬增強(qiáng)材料,不可應(yīng)用作永久性承重結(jié)構(gòu)。1364.5鎂質(zhì)膠凝材料的應(yīng)用我國(guó)極豐富的菱鎂礦資源,為發(fā)展鎂質(zhì)膠凝材料及其制品提供了很好的條件。

鎂質(zhì)混凝土具有表觀密度小、強(qiáng)度高、耐磨、熱導(dǎo)率低、隔音性能好且易于施工及可加工性好等優(yōu)點(diǎn)。在美國(guó)、日本、德國(guó)及前蘇聯(lián)等應(yīng)用鎂質(zhì)混凝土制品防火墻體材料、車間地板材料及室內(nèi)隔音絕熱材料等。在我國(guó)近期發(fā)展也較快,主要應(yīng)用于機(jī)電、儀表等行業(yè)的包裝箱類;在建筑制品中主要是制作通風(fēng)道、煙道、垃圾道、內(nèi)隔墻板、壁櫥板及活動(dòng)房等.在建筑中常用的鎂質(zhì)混凝土制品有刨花板、木屑板、人造大理石、鎂纖復(fù)合材料制品及多孔制品等。用氯化鎂調(diào)制的苛性苦土或白云石中加入發(fā)泡劑或者加入泡沫,經(jīng)成型硬化后成為輕質(zhì)多孔的隔熱制品。1374.6含鎂礦石選礦含鎂礦石(菱鎂礦、白云石、蛇紋石)與其它伴生礦物物理特性接近,不能使用重選和磁選,國(guó)內(nèi)外提高礦石品級(jí)方法主要是在手選后采用浮選;菱鎂礦浮選在堿性礦漿中進(jìn)行,以胺類捕收劑反浮脫硅,后用水玻璃和六偏磷酸鈉抑制含鈣礦物,由脂肪酸類浮選菱鎂礦。流程圖如下1381394.6藍(lán)晶石類礦物選礦藍(lán)晶石類礦物是一組無(wú)水鋁硅酸巖類礦物,包括藍(lán)晶石、夕線石和紅柱石,三者為同質(zhì)多相變體化學(xué)式均為Al2SiO5,我國(guó)又簡(jiǎn)稱“三石”藍(lán)晶石類礦物的性質(zhì):礦物晶形硬度密度轉(zhuǎn)變溫度顏色藍(lán)晶石板狀5.5-73.6-3.71100-1480青色夕線石針狀7-7.53.2-3.31550-1680灰色紅柱石柱狀7-7.53.1-3.21350-1450淡紅1404.6.1藍(lán)晶石類礦物用途與選礦藍(lán)晶石類礦物經(jīng)過(guò)一定溫度(1100-1650℃)煅燒后,變?yōu)楦讳X紅柱石(即莫來(lái)石)和熔融狀SiO2(方石英);莫來(lái)石具有很高的耐火度(1800℃仍穩(wěn)定)、化學(xué)穩(wěn)定性和良好的機(jī)械強(qiáng)度,廣泛用于生產(chǎn)耐火材料、氧化鋁、硅鋁合金和金屬纖維以及高級(jí)陶瓷藍(lán)晶石類礦物的選礦,有浮選和重選,但以浮選為主,其次是浮-重聯(lián)合。磁選常用于除去精礦中的磁鐵礦和磁黃鐵礦、黑云母等;1414.6.2藍(lán)晶石浮選法藍(lán)晶石類礦物主要產(chǎn)出國(guó):美國(guó)、印度、南非、法國(guó)、加拿大和澳大利亞等;我國(guó)只幾個(gè)礦山建有選礦廠:河北邢臺(tái)魏魯藍(lán)晶石礦、黑龍江雞西夕線石礦、江蘇沭陽(yáng)韓山和河南南陽(yáng)藍(lán)晶石礦等酸性礦漿pH3.5-4.5,硫酸和氫氟酸調(diào)節(jié),石油磺酸鹽為捕收劑(500-1000g/t),選擇性好;堿性礦漿pH6-8,NaOH調(diào)節(jié),脂肪酸及其皂類為捕收劑,水玻璃、乳酸為抑制劑夕線石和紅柱石浮選:堿性礦漿,脂肪酸及其皂類為捕收劑,抑制劑有水玻璃、羥甲基纖維素1424.6.3重選粗粒嵌布藍(lán)晶石和紅柱石礦石,重選回收可保護(hù)粗粒結(jié)晶不被過(guò)粉碎,我國(guó)沒見重選實(shí)踐報(bào)道;法國(guó)格魯曼紅柱石礦,粗粒自形紅柱石含量20%,選礦過(guò)程由磁、電選礦和重介質(zhì)選礦組成,礦石由干式自磨機(jī)選擇性破碎磨礦;0.3-1.6mm強(qiáng)磁和靜電選礦,以清除順磁性礦物及云母、綠泥石等,然后進(jìn)行重介質(zhì)選礦;0-0.3mm風(fēng)選脫除輕細(xì)粉塵,重產(chǎn)物經(jīng)過(guò)2段重介質(zhì)(FeSi+Fe2O3)旋流器,產(chǎn)出最終精礦(紅柱石90%,石英﹤1,F(xiàn)e2O3﹤1.2);該礦年處理原礦62萬(wàn)噸,產(chǎn)品6.5萬(wàn)噸,人員85人143第5章水玻璃膠凝材料內(nèi)容提要:⑴水玻璃的概念與種類⑵水玻璃的性質(zhì)·波美度⑶水玻璃液/固兩種生產(chǎn)方法⑷液體水玻璃的指標(biāo)調(diào)節(jié)⑸水玻璃應(yīng)用⑹石英砂選礦重點(diǎn):水玻璃性能與用途難點(diǎn):水玻璃固化機(jī)理參考書:硅化合物的生產(chǎn)與應(yīng)用/戴志成等編成都科技大學(xué)出版社1999.51445.1概述水玻璃是硅酸鈉的俗名分子式:Na2

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