SUROVINY A PROCESY V TECHNOLOGII SILIKÁTŮ

Prezentace na téma: "SUROVINY A PROCESY V TECHNOLOGII SILIKÁTŮ"— Transkript prezentace:

1 SUROVINY A PROCESY V TECHNOLOGII SILIKÁTŮ
Aplikace základních znalostí z předmětů: Ložisková geologie Mineralogie a petrologie Metamorfní petrologie Geochemie Hydrogeologie

2 SUROVINY PRO VÝROBU SILIKÁTOVÝCH A OXIDOVÝCH TECHNICKÝCH HMOT
Přírodní Technické (upravené přírodní nebo syntetické) Sekundární („odpadní“) – pozitivní vlastnosti, úspora energie, ekologie

3 Přírodní suroviny keramika – (plnivo vs. ostřivo) – kaolíny,
cihlářské a keramické jíly, bauxit, zirkon… žárovzdorné hmoty – křemence, lupky, vápenec, magnezit… cementové materiály (+románské cementy) – vápence, břidlice, kamenivo (nereaktivní) Sádra, anhydrit – sádrovec (přírodní, energosádrovec-produkt odsiřování) skla – sklářské písky geopolymery – jíly, vápnité jíly, potaš

4 Sekundární („odpadní“) suroviny
- energosádrovec, popílky, strusky, kaly… Energosádrovec – produkt odsiřování

5 Ht-XRD – fázové změny během zahřívání sádrovce – 2D
sádrovec (CaSO4*2H2O) bassanit (CaSO4*1/2H2O) anhydrit III (γ-CaSO4, hex.) ahnydrit II (β-CaSO4, ort) anhydrit I (α-CaSO4,trig+CaO) Ht-XRD – fázové změny během zahřívání sádrovce – 2D G=sádrovec H=bassanit (=„sádra“) III=anhydrit III II=anhydrit II (analog přírodního anhydritu I=anhydrit I L=volné vápno (CaO) B,A=kalciumsilikáty

6 Ht-XRD – fázové změny během zahřívání sádrovce – 3D

7 Sekundární („odpadní“) suroviny
Popílky - pucolánové vlastnosti Klasické (vysokoteplotní) – křemen, cristobalit, mullit, hematit, magnetit, rutil, anatas, uhlík, volné vápno, anhydrit, sklo Fluidní (do 1000°C) – kalcit, ettringit, illit, anhydrit, nikdy mullit Popílky - spalováním typicky vznikají kulovité částice, tzv. cenosféry

8 Vysokoteplotní rtg-difraktometrie:
Sledování devitrifikace (=vznik krystalických fází z fáze amorfní, snižování obsahu „skla“) klasického popílku T °2Θ I QUARTZ CRISTOBALITE ANORTHITE MULLITE °2Θ

9 Sekundární („odpadní“) suroviny
Strusky (snižování pH-beton-odolnost vůči síranům), škváry - akermanit (Ca2MgSi2O7) - gehlenit (Ca2Al(AlSi)O7) - monticellit (CaMgSiO4) - fayalit (Fe2SiO4) - sklo Křemičitý úlet (mikrosilika) – ocelářské pece melilit Z řady „odpadů“ se stávají žádané (a drahé) suroviny.

10 Procesy při výrobě a životním cyklu silikátových a oxidových hmot
„studená cesta“ sušení výpal hydratace degradace

11 Procesy Tvarování Sušení Výpal Hydratace Degradace

12 (vysoká teplota, nízký tlak;
VÝPAL = PYROMETAMORFÓZA (vysoká teplota, nízký tlak; přírodní analogy)

13 Nárůst a pokles TEPLOTY + VÝDRŽE
Výpal Nárůst a pokles TEPLOTY + VÝDRŽE = VYPALOVACÍ KŘIVKA

14 Výpal Procesy při výpalu: Oxidační x redukční Tvorba mikrostruktury
Fyzikální i chemické procesy Procesy při výpalu: Únik fyzikálně a chemicky vázané vody Vyhořívání organických látek Dehydroxylace Dekarbonatace Fázové transformace Chemické reakce KALCINACE vs. SLINOVÁNÍ: - Suché slinování - Kapalné slinování

15 Fázové transformace Příklad-systém SiO2 Od 1025! vysoký obsah nečistot
Šatava (1991) Fázové transformace Příklad-systém SiO2 Od 1025! Fenner 1913 + „nečistoty“ vysoký obsah nečistot Prostým zahříváním čistého SiO2 NELZE připravit tridymit!!!

16 Pochopení konstrukce fázových diagramů
Šatava (1991) Hanykýř , Kützendörfer (2008) Pochopení konstrukce fázových diagramů podrobně např: Šatava V. (1991): Fyzikální chemie silikátů I+II, VSCHT, Praha. Rieder M., Povondra P. (1997): Fázové rovnováhy v geologii. – Karolinum, Praha.

17 Příprava cristobalitu ze silikagelu – VUSTAH 2007

18 SLINOVÁNÍ Proces, kterým se samovolně zpevňují disperzní látky za zvýšené teplty. Obvykle Je doprovázeno objemovou kontrakcí a zhutňováním, tj. snížením pórovitosti. Vzniká tak polokrystalická hmota, v níž jsou původní částice navzájem pevně spojeny. SNIŽOVÁNÍ POVRCHOVÉ ENERGIE DIFUZNÍ PROCESY (+vypařování) 1.Fickův zákon -s rostoucí T dochází nejprve ke slinování v suchém stavu, později dochází t tavení a slinování v kapalném stavu

19 SNIŽOVÁNÍ VOLNÉ POVRCHOVÉ ENERGIE
Atom bonded to 6 neighbors Atom bonded to 5 neighbors Atom bonded to 4 neighbors Atom bonded to 2 neighbors

20 SLINOVACÍ MECHANISMY - redukce pórovitosti r1 green body neck r2 r3
r1 >> r2 (r2 is negative!) r4

21 Neck P < 0 P < 0 Material flux P: difference in vapour pressure rel. to flat surface. P > 0 P > 0 Vacancy flux Conc. vacancies higher than within the grains

22 Transport paths and mechanisms active during the sintering process:
1) diffusion through the gas phase in the porespace towards the neck area, evaporation - condensation 2) diffusion along the surface solid - gas towards the neck area 3) volume diffusion from the surface to the neck area 4) grain boundary diffusion from the the interface between the necks to the neck 5) Viscous flow of material from area of highstress to areas of low stress t0 t1 t2 x r Mechanisms that can lead to a) coarsening and change in pore shape and b) densification

23 FÁZE SLINOVÁNÍ RŮST ZRN

24

25

26 KINETIKA SLINOVÁNÍ T2 > T1 r: particle radius m: 1-1.5
t time (n: 1/3 -2/5) L: length of the sintered body T2 > T1

27 Růst zrn vs. densifikace