Силикатная промышленность

МОУ «Линёвская СОШ № 2»

Силикатная промышленность

9 класс

Учитель химии: Николаева Е.П.

Линёво 2012

Цели урока:

- дать понятие о силикатной промышленности; химизме производства; составе различных сортов стекла, их практическом значении и применении; составе керамики, фарфора, цемента, его применении.

- воспитывать у учащихся бережное отношение к стеклу, уважительное отношение к труду стеклодува, рабочего силикатной промышленности.

- развивать творческие способности, речь учащихся, умение работать с дополнительной литературой; развивать интерес к декоративно- прикладному искусству (керамика, фарфор, художественное стекло).

Оборудование: компьютер, мультимедиапроектор, экран, школьная коллекция “Стекло”, коллекция посуды из различного сорта стекла, керамики, фарфора (собранная учащимися).

Метод: лекция с элементами беседы, беседа с активизацией учащихся, самостоятельный поиск учащихся информации при направляющей роли преподавателя.

Структура урока:

Мотивационный этап.

Информационно-поисковый этап:

стекло (производство стекла; сорта стекла);

керамика (фаянс; фарфор);

цемент.

Обобщение и систематизация.

Домашнее задание.

Ход урока.

Организационный момент.

- Здравствуйте, ребята! Садитесь.

Сегодня у нас необычный урок. Вы будете выступать в роли историков, литераторов, исследователей. Все будьте внимательными во время урока - заполните таблицу, и в конце урока выполните тестовую работу.

- Настройтесь на волну успеха и у нас с вами всё получится.

II. Проверка домашнего задания.

Выполните задание: Выберите лишний элемент

Фронтальный опрос:

Цель нашего урока:

– ознакомиться с силикатной промышленностью и её продукцией;

- узнать виды сырья, используемые в силикатной промышленности;

- рассмотреть свойства, способы получения, основные области применения стекла, цемента и керамики.

Запишите число: 22 февраля 2012 г.

Тема урока: Силикатная промышленность. (запишите в тетрадь)

III. Изучение нового материала.

1. Понятие о силикатной промышленности.

Силикатная промышленность – это производство различных строительных материалов, стекла и керамики из различных природных силикатов.

Силикатная промышленность включает отрасли: (слайд )

- производство керамики

- производство стекла

- производство цемента.

Производство керамики нам представит Наташа - презентация.

Основным сырьем для производства керамики (от греч. «керамон» - глина) является глина.

Изготовление этих изделий основано на свойстве глины при смешивании ее с небольшим количеством воды образовывать пластичную массу. Этой массе можно придать любую форму, которая сохраняется после высыхания и закрепляется посредством обжига при высокой температуре.

Основные химические процессы:

Формовка ------ сушка ------ обжиг-----глазуровка (запись в тетрадь)

Образующая спекшаяся масса называется черепок. В зависимости от степени спекания могут образоваться изделия со спекшимся черепком и с пористым черепком.

В зависимости от состояния поверхности керамические изделия делятся на глазурованные (покрыты тонким слоем стеклообразной массы) и неглазурованные. При повторном обжиге глазурь расплавляется и после охлаждения образуется стеклообразная масса, которая прочно соединяется с черепком.

3(Al2O3·2SiO2·2H2O) = 3Al2O3·2SiO2 + 4SiO2 + 6H2O↑

К изделиям с пористым черепком относится строительный кирпич,

фаянс, кафель, черепица, гончарные изделия, различные огнеупоры (шамотный кирпич, динас).

К изделиям со спекшимся черепком относятся фарфор, тротуарные и облицовочные плиты.

Самой благородной керамикой считается фарфор. Его родина – Китай, где уже в 220 году до н.э. было освоено его производство. Природа создала благоприятные условия для его изобретения и производства именно в Китае. Дело в том, что в одной из провинций имеются неисчерпаемые запасы уникального минерала

«фарфорового камня», состоящего из кварца, полевого шпата и глины.

-А из истории что известно о фарфоре?

Многие европейские учёные пытались разгадать тайну китайского фарфора. В России состав фарфора был разработан в 1746 году М.В.Ломоносовым и налажено его производство на императорском заводе под Петербургом.

Характерными признаками фарфора являются: тонкость изделия, белый цвет, отсутствие пористости, термическая и химическая прочность.

Современная силикатная промышленность – важнейшая отрасль народного хозяйства. Она обеспечивает основные потребности страны в строительных материалах. Из всего многообразия строительных материалов, производимых из природных силикатов, мы представим вам сегодня кирпич и цемент, используемый для приготовления связывающего раствора.

8 000 лет назад появились первые города. Уже в то время широко применялся кирпич – древнейший строительный материал, изготовляемый из глины.

Красный глиняный кирпич изготавливают из замешанной с водой глины с последующим формованием, сушкой и обжигом. Плохо высушенный сырец при обжиге неизбежно приведёт к образованию трещин. Важнейшими характеристиками кирпича являются влагопоглощение и морозостойкость. При понижении температуры, вода, попавшая, в поры кирпича замерзает, и может его разломать, поэтому кирпичную кладку защищают штукатуркой или окрашивают. Кстати, красный цвет кирпичу придает оксид железа (Fe2O3), встречающийся в глине в виде примесей.

Силикатный кирпич имеет светло-серый цвет, меньшую влаго- и морозостойкость, его нельзя применять для кладки печей, т.к. он не выдерживает длительного воздействия высоких температур, и для кладки фундаментов, т.к. не выдерживает длительного воздействия влаги.

Сырьём для производства силикатного кирпича служит известь (Ca(OH)2) и кварцевый песок (SiO2). Подготовленную массу прессуют и высушивают. В процессе сушки идёт химическая реакция с образованием силиката кальция, который и придаёт прочность и долговечность изделию.

Ca(OH)2 + SiO2 = CaSiO3 + H2O

5. Производство стекла. Представит Саша Рыбаков - презентация

Стеклянные тела – это твердые тела; переохлажденная жидкость с большой вязкостью.

-Что известно исследователям? Важные свойства стекла:

1) не имеют определенной температуры плавления – при нагревании размягчаются, переходят в подвижную жидкость;

2) высокая прозрачность;

3) значительная механическая прочность;

4) стойкость к химическим реагентам;

5) низкая теплопроводность;

6) хрупкость.

-А что писали литераторы?

Пою перед тобой в восторге похвалу

Не камням дорогим, не злату, а стеклу.

Так писал Михаил Васильевич Ломоносов в « Оде стеклу» в1736 году. В словаре Ожегова читаем: Стекло- это прозрачный твёрдый материал, полученный из кварцевого песка и оксидов ряда металлов.

История стекла уходит своими корнями в Древний Египет, где впервые из него сделали бусы. На Руси стеклянные вещи: бокалы, браслеты изготовлялись ещё в XI-XIII веках.

ВXVIII веке Ломоносов открыл секрет изготовления цветных стёкл, а в XX веке существуют следующие его разновидности: Обыкновенное стекло, химическое, хрустальное, рубиновое, кварцевое, жидкое. Поговорим о каждом чуть подробнее.

Обыкновенное стекло. История стекла своими корнями уходит в глубокую древность. Право изобретения его принадлежит древним финикийцам. Не будем пересказывать легенду об открытии стекла, известную каждому пятикласснику и сразу перейдём к более близким временам.

Первый стекольный завод в России был построен в 1636 году под Москвой, но особенно быстро стеклоделие развилось при Петре I.

Главный потребитель стекла в настоящее время – строительная индустрия. Больше половины всего вырабатываемого стекла приходится на оконное. Для его изготовления берут только чистый кварцевый песок, соду и известняк. Эти вещества тщательно перемешивают и подвергают сильному нагреванию, до 1500. Образовавшиеся при этом силикаты натрия и кальция сплавляются с песком, который берут в избытке.

Na2CO3+ SiO2 = CO2 + Na2SiO3

CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2

Стекло не является индивидуальным веществом, а представляет собой сплав нескольких веществ. Примерный состав обычного оконного стекла можно выразить формулой Na2O . CaO . 6SiO2 .

Сырье для производства стеклянных изделий – различные природные минералы, обязательно содержащие SiO2. Основное сырье: песок SiO2, известняк CaCO3, магнезит MgCO3, доломит MgCO3·CaCO3 сода Na2CO3, сульфат натрия Na2SO4, поташ K2CO3, свинцовый глет PbO, борная кислота Н3ВО3, бура Na2B4O7·10H2O и др. Вспомогательное сырье: глушители (SnO2, Ca3(PO4)2, тальк – для придания матовости), осветлители и др.

Стадии производства:

Подготовка сырья – промывают, сушат, (речной песок – кварц предварительно промывают для удаления глины и оксидов железа)

Составление шихты - дробят, размалывают, перемешивают

Варка стекла – процесс расплавления шихты до образования однородной массы. Происходят сложные химические процессы. При 250ºС начинается реакция

MgCO3 + Na2CO3 → MgNa2(CO3)2

CaCO3 + Na2CO3 → CaNa2(CO3)2

Образующиеся двойные соли взаимодействуют с кварцевым песком:

MgNa2(CO3)2 + 2SiO2 → MgSiO3 + Na2SiO3 + 2CO2↑

CaNa2(CO3)2 + 2SiO2 → CaSiO3 + Na2SiO3 + 2CO2↑

Параллельно происходит:

MgCO3 + SiO2 → MgSiO3 + CO2↑

CaCO3 + SiO2 → CaSiO3 + CO2↑

В составе стекла они находятся в виде силикатов.

При температуре 750-900ºС разлагаются не вступившие в реакцию MgCO3 и CaCO3 , сода взаимодействует с песком, а избыток SiO2 растворяется в расплаве силикатов. При дальнейшем нагревании (1200-1500ºС) начинается процесс гомогенизации (выравнивание состава) за счет диффузии и удаление пузырьков газа (процесс осветления). Затем стекломасса идет на изготовление различных изделий.

Формование изделия - применяют вытягивание (листовое оконное стекло, стеклянные палочки и трубочки), прокат (листовое стекло, зеркальное стекло),выдувание (химическая и тарная посуда, колбы для электроламп), прессование (банки, стаканы, изоляторы, пуговицы),отливку(архитектурные, художественные изделия, линзы очков, микроскопов, телескопов).

Отжиг – снимают остаточные напряжения, которое возникает при охлаждении наружных слоев. Они сжимаются, а внутренние препятствуют этому и могут вызвать разрушение стекла.

Обработка – механическая, термическая и химическая.

Виды стекла:

- оконное (Na2O·CaO·6SiO2),

- химическое (тугоплавкое К2O·CaO·6SiO2),

- хрусталь (K2O·PbO·6SiO2).

- кварцевое стекло (SiO2),

- пеностекло (добавляют газообразователи – кокс, сажа, известняк),

- ситаллы – стеклокристаллические материалы (высокая механическая прочность),

- стекловолокно, стеклопластики (стеклянное волокно + синтетические смолы).

Цветное стекло: зеленое стекло Cr2O3,

- сине-зеленое-стекло CuO,

- синее стекло CoO,

- красно-лиловое стекло MnO2

- оксид железа(III) -жёлтый.

- Добавлением небольших количеств мелкораздробленного золота получают рубиновое стекло. Из такого стекла сделаны звёзды, украшающие московский кремль на Красной площади. Кремлёвские звёзды были изготовлены на заводе « Красный май» Вышневолоцкого района.

Оконное (натриевое) стекло Na2O·CaO·6SiO2.

Мне хотелось бы обратить ваше внимание на оконное стекло в нашей школе, точнее на разбитое стекло окон школы. Разбитое стекло – это впустую затраченные миллионы тонн добытого в карьерах песка и мела, полученной на химических заводах соды, огромное количество напрасно сожженного в стекольных печах топлива, даром израсходованной электроэнергии, пущенного на ветер драгоценного человеческого труда. Разбитое стекло – это и твердые бытовые отходы, засоряющие окружающую среду.

Бутылочное или посудное стекло Na2O·CaO·6SiO2 с примесью Al2O3

Химическое тугоплавкое K2O·CaO·6SiO2, твердое и не такое пластичное, но зато обладает сильным блеском.

Медицинское кварцевое стекло (из чистого песка SiO2). Посуду, изготовленную из него можно накалить добела, бросить в холодную воду и оно не потрескается, пропускает УФ лучи.

Где применяется такое стекло? (кварцевые лампы в медицине).

Хрустальное стекло (свинцовое стекло) K2O·PbO·6SiO2 (весьма тяжелое, сильно преломляет свет и хорошо полируется). Красота хрустальных изделий зависит от мастерства их отделки (демонстрация хрустальной посуды).

Оптическое стекло (состав такой же, как у хрустального) для изготовления линз и призм, в котором недопустимо пузырьков газа. Оптическое стекло – окно в мир. В макромир, во Вселенную вглядываются стеклянные глаза телескопов. В микромир можно заглянуть через глазок микроскопа.

Фотохромное стекло (боросиликатные стекло В2О3 с равномерным включением кристалликов хлорида серебра, изменяет цвет и прозрачность в зависимости от освещения.Эффект потемнения и просветления вызван обратимым переходом ионов серебра в нейтральное состояние. Выделение атомарного серебра приводит к потемнению стекла).

Защитное стекло (защищает от УФ, инфракрасных, чрезмерно ярких видимых лучей). Используется при сварочных работах, в металлургии.

Зеркальное стекло, Художественное цветное стекло. Цветное стекло, по словам М. В. Ломоносова, было главным его увлечением. Он сварил более четырех тысяч опытных стекол. Эти работы легли в основу заводских методов получения прозрачных и непрозрачных цветных стекол. В своей мастерской Ломоносов с помощниками создал около 40 мозаик (сохранились 23 мозаики), из которых наиболее знамениты: “Нерукотворный Спас”, портрет Петра I, “Полтавская баталия” (42м2) (демонстрация), ныне находящиеся соответственно в Историческом музее, Эрмитаже и в Российской Академии наук.

Армированное стекло, внутри которого металлическая сетка.

Как вы считаете, каково значение этой сетки? (Это безопасное стекло, при ударе не рассыпается, обладает противопожарной безопасностью, так как от пламени такие стекла не высыпаются из рамы, а растрескиваются. В результате нет сквозняков раздувающих огонь).

Стекловолокно (как это ни странно, хрупкое стекло становится гибким и прочным, когда его превращают в тонкую нить), стекловата и стеклоткань (несгораемая ткань для пошива одежды пожарных и электросварщиков, театральных занавесей, драпировок, декораций, тепло и электроизоляционные ленты)

Стеклопластик (стекло + пластмасс). Триплекс – лист пластичной пленки с двумя листами стекла, прочно соединенных склеивающим составом. При ударе на триплексе образуются многочисленные радиальные и концентрические трещины, но не осколки.

Где используется это стекло, и какое значение имеет то, что при ударе не образуются осколки? (Используется для остекления автомобилей. Это резко снижает возможность ранения осколками стекла пассажиров).

Пеностекло – пористый строительный материал, представляющий собой стеклянную массу, пронизанную многочисленными пустотами. Оно обладает тепло- и звукоизоляционными свойствами, небольшой плотностью (не тонет в воде), высокой прочностью, сравнимой с бетоном. Для изготовления пеностекла используют стеклянный бой и различные отходы стекольного производства.

И это далеко не весь список используемых сортов стекла.

Производство стекла: Расплавленное стекло при охлаждении твердеет не сразу, а постепенно загустевает, образуя сначала вязкую массу. Благодаря этому свойству стекло подвергается формовке – в разогретом состоянии ему можно придавать любую форму. Для формовки стеклянных изделий применяют выдувание (бутылки, электролампы), прессование (пуговицы), прокатку (зеркальное стекло), вытягивание (листовое стекло, стеклянные трубки). Вытягивание листового стекла путём вытягивания происходит при помощи специальных машин. В них полужидкое стекло выдавливается через щель, и при помощи специальных вальцов вытягиваются листы.

Химическое стекло. Если при производстве стекла соду заменить на поташ K2CO3, то получают более тугоплавкое стекло. Примерный состав такого стекла можно выразить следующей формулой K2O . CaO.6SiO2. Тугоплавкое стекло используют для изготовления химической посуды (пробирок, колб и т.д.).

Кварцевое стекло получают из чистого песка. Расплавленный песок, остывая, образует стекловидную массу. В отличии от обычного стекла кварцевое мало изменяется в объёме при изменении температуры. Посуду, изготовленную из него можно накалить до бела, а затем бросить в холодную воду и она не трескается. Другое специфическое свойство – это способность пропускать ультрафиолетовые лучи, поэтому из него изготовляют кварцевые лампы для физиокабинетов и посуду для микроволновых печей.

Хрустальное стекло. Если в качестве сырья берут поташ, оксид свинца(II) и песок, то дополучают хрустальное стекло. Считают, что хрусталь был открыт в Англии в XVII столетии и характеризуется высокой прозрачностью, хорошим блеском, характерным звоном и большой плотностью. Изделие из хрусталя в руке чувствуется по массе. Хрустальное стекло сильно преломляет свет, поэтому применяется в оптике для изготовления линз и призм.

Для приготовления цветных стекол к сырью добавляют оксиды соответствующих металлов. Так, например, при добавлении оксида кобальта (II) получают синее стекло, оксид хрома(III) придаёт стеклу зелёный цвет, а железа(III) -жёлтый. Добавлением небольших количеств мелкораздробленного золота получают рубиновое стекло. Из такого стекла сделаны звёзды, украшающие московский кремль на Красной площади. Кремлёвские звёзды были изготовлены на заводе « Красный май» Вышневолоцкого района.

Выступающие передо мной рассказывали о стёклах в твёрдом агрегатном состоянии, а я хочу рассказать о жидких стёклах. К ним относят концентрированные растворы силикатов натрия и калия, получаемые при сплавлении оксида кремния(IV) со щелочами или карбонатами.

SiO2 + Na2CO3 = Na2CO3 + CO2

Пропитанные жидким стеклом изделия из дерева и ткани плохо загораются, поэтому таким способом обрабатывают материалы, идущие на изготовление театральных декораций.

-Коля Серухин представит информацию о цементе.

6. Производство строительных вяжущих материалов (цемента).

Слово “цемент” происходит от латинского “цементум”, что означает битый камень. Цемент – собирательное название различных порошкообразных вяжущих веществ, способных при смешении с водой образовывать пластическую массу, приобретающую со временем камневидное состояние.

Первый цемент был открыт во времена Римской империи. Примерно в это же время жители Древней Руси заметили, что устойчивость к воде придает извести измельченная обожженная глина.

Одним из наиболее распространенных промышленных цементов является портландцемент.

Строительные вяжущие материалы – это такие вещества, которые в тонкоизмельченном состоянии при смешивании с водой образуют пластичную массу и со временем затвердевают и приобретают камневидное состояние. Сюда относятся вяжущие материалы на основе гипса, цемент.

Известно несколько видов цемента: быстротвердеющий, расширяющийся, морозостойкий (добавляют хлорид кальция), жаропрочный, портландцемент.

Основное сырье: известняк и глина, содержащие оксид кремния (IV), маргелистые породы, а также различные добавки – шлак, бокситы и др.

Эти вещества размалывают и тщательно перемешивают, смесь обжигают в наклонных цилиндрических печах (длина – более 200 м, в поперечнике – 5 м). В процессе обжига печь медленно вращается и исходные материалы постепенно движутся к нижней ее части навстречу потоку раскаленных газов- продуктов сгорания поступающего топлива.

Происходят различные химические превращения. Образовавшиеся в результате реакций вещества спекаются в виде отдельных кусков - клинкер. После охлаждения их размалывают до тонкого порошка.

Процесс затвердевания цементного теста объясняется тем, что входящие в состав алюминаты и силикаты реагируют с водой с образованием каменистой массы.

3СаО·SiO2 + nH2O·→ 3СаО·SiO2·2H2O + Cа(ОН)2 → + (n-3)H2O.

- Бетон – смесь шебня и цеска с цементом.

- Шлакобетон – смесь шлака с цементом.

- Железобетон – бетон и стальная арматура (заводские корпуса, плотины).

-Пластобетоны – цемент и органические полимеры.

-Шифер – цемент с асбестом.

IV. Закрепление знаний.

А сейчас выполните тест по вариантам, лежащий на вашем столе.

Проверочный тест по вариантам

Взаимопроверка (ответы на магнит)

Без ошибок выполнили - отметка 5

1 ошибка 4

2 ошибки 3

V. Подведение итогов уроков.

Проверка таблицыСиликатная промышленность

Выводы (формулируются учителем вместе с учениками):

- Силикатная промышленность – это производство различных строительных материалов, стекла и керамики из различных природных силикатов.

- Основным сырьем для производства являются соединения, содержащие SiO2: песок, глина (силикаты и алюмосиликаты).

- Силикатные изделия применяют в строительстве, как декоративное искусство, изготавливают предметы быта, огнеупоры и др.

- Какие опорные слова за урок можно определить:

- силикатная промышленность

- керамика

- стекло

- цемент

- песок

- глина

V. Домашнее задание. §31, упр.5 – 6 с. 186

Почему промышленность называется силикатной? (стекло, цемент, кирпич, бетон бывают, весьма различны, по составу, но их важной составной частью служит кремний).

Перечислите способы формовки стеклянных изделий?

Каков состав хрустального стекла?

Внимание вопрос на сообразительность!

В каком органе человека содержится больше всего кремнезема? (стекловидное тело глаза).

На какие группы делятся керамические изделия?

Объясните происхождение слова “фаянс”.

Чем фарфор отличается от фаянса?

Какую марку имеет саксонский фарфор и почему?

Что такое цек старинных фаянсовых изделий?

Ответы теста:

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/77547-silikatnaja-promyshlennost