硅和硅酸盐工业

1、硅和硅酸盐工业王振山第一节 碳族元素一、碳族元素、原子结构和元素性质的变化规律（根据碳族元素在周期表中的位置推断）A族CSiGeSnPb周期23456原子序数(10-4)=6(18-4)=14(36-4)=32(54-4)=50(86-4)=82原子结构示意图相同点：原子最外层电子数为4；不同点：核电荷数、电子层数、原子半径依次增大。主要化合价+2，+4，-4+2，+4+2，+4+2，+4+2，+4元素性质变化推断核对最外层电子的引力逐渐减弱；原子得电子能力依次减弱，失电子能力依次增强；元素的非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。、单质的物理性质单质CSiGeSnPb颜色状态金刚石：无色透明晶体石

2、墨：灰黑色固体晶体硅：灰黑色固体，有金属光泽银灰色固体银白色固体蓝白色固体密度/gcm-3金刚石：3.51石墨：2.252.322.345.357.2811.34，仅低于Hg和Au增 大熔点/335036523697升华1410937.4231.9易熔327.5易熔降 低沸点/482748272355283022601740降 低硬度(莫氏)金刚石：10，最硬石墨：1，软7.06.251.51.8软1.5软指甲能刻痕导电性金刚石：不导电石墨：导电半导体导电分类非金属准金属(或称类金属、半金属)金属Si的非金属性金属性，Ge的非金属性金属性。l 密度/gcm-3：Hg，13.546；Au，19.

3、32。l 普通焊锡：67%Sn、33%Pb，熔点：180；（2590%Sn、7510%Pb，熔点：220280。）焊锡在250450熔化。l 伍德合金（保险丝）：3850%Bi、2531%Pb，12.515%Sn、12.516%Cd，熔点：6070。保险丝：50%Bi，25%Pb，12.5%Sn，12.5%Cd，熔点70。由Sn、Bi、Pb、Cd组成的易熔合金，用于自动灭火设备，蒸汽锅炉的安全装置，熔点低于232。l 铅中加入锑，使硬度增加，用来制造子弹和轴承（枪弹头：(Sb)=12%的Pb合金）。、碳族元素的成键特征和稳定价态、A族位于主族元素的中间位置，容易形成共价化合物。、C、Si、Ge

4、、Sn元素的+4价化合物是稳定的，+2价化合物有较强的还原性；Pb的+2价化合物是稳定的，其+4价化合物有较强的氧化性。二、硅地壳里(Si)=26.30%，仅次于氧(O)=48.60%，居第二位。Si在自然界中，没有游离态。、物理性质（略）（晶体硅的结构与金刚石的晶体结构相似，属于原子晶体。）、化学性质：Si跟O、F有很强的亲合力。物质比较SiO2(s)CO2(g)SiF4(g)CF4(g)SiCl4(l)CCl4(l)SO2(g)SF6(g)/kJmol-1-859.39-393.51-1548.08-679.90-640.15-139.49-296.06-1096.21/kJmol-1-8

5、05.00-394.38-1506.24-635.13-572.9-68.74-300.37-991.61、常温下,硅不活泼;除F2、HF酸、HF+HNO3的混合酸和强碱溶液外,不跟其他物质反应。、Si(s)+2F2(g)=SiF4(g)；=-1548.08kJ/mol，键能：衡量化学键的强度。键能是指解离化学键所需要的能量。一般规定在298.15K和100kPa条件下，拆开1mol化学键所需要的能量称为键能EB，单位是kJmol-1。例如：H2(g)2H(g)；(H-H)=EB(H-H)=436kJmol-1，式中，下标D表示解离（disassociate）；表示标准焓变，表示键解焓；下标B

6、表示键（bond）；下标m表示单位物质的量键（mol）。化学键SiFSiOSiCSiSiSiHHHCCCO键能/ kJmol-1565452318222318432345.6357.7、Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2（在热、浓的强碱溶液中，反应迅速。）Si+6OH-SiO2- 3+3H2O+4e-+) 4H2O+4e-4OH-+2H2 Si+4H2O+2OH-SiO2- 3+2H2+3H2O、Si+4HF=SiF4+2H2，2HF+SiF4=H2SiF6，3Si+4HNO3+12HF=3SiF4+4NO+8H2O、高温下，能跟O2、Cl2等反应Si(s)+O2(g)=SiO2

7、(s)；=-859.39kJ/mol，Si+O2 SiO2（这里的高温是指9501160。低于900Si和O2不反应。温度越高，反应速率越大。加热时，研细的Si能在氧气中燃烧。Si晶体结构，只有打断SiSi键，才能反应。）对比反应C(s)+O2(g)=CO2(g)；=-393.51kJ/mol。Si+3FeO FeSiO3+2Fe（硅铁在炼钢时作脱氧剂），3Si+2N2 Si3N4（这里的高温是指13001400）。，Si+2Cl2SiCl4，（SiCl4+2H2Si+4HCl），l Si+2H2 SiH4SiH4不稳定，SiH4Si（多晶硅）+2H2，SiH4+2O2=SiO2（粉状，“白炭

8、黑”）+2H2O。制取SiH4采用用间接法，具体反应下面叙述。C(s，赤热)+H2O(g) CO(g)+H2(g)，Si(s，赤热)+2H2O(g) SiO2(s)+2H2(g)，（晶体硅的结构同金刚石，O2、H2O仅和Si发生微弱反应，可能是形成几个原子厚度SiO2之故。）、工业制法、制取粗硅，。粗硅的纯度(Si)=9697%。、制取高纯硅（粗硅经提纯后，制得高纯硅，作半导体材料。）、 首先用间接法制取SiH4：Mg2Si+4HCl=SiH4+2MgCl2，SiCl4+LiAlH4=SiH4+LiCl+AlCl3。然后SiH4Si（多晶硅）+2H2。、SiCl4还原法、制取SiCl4：，、S

9、iCl4用Na或Mg、H2还原制得纯硅：例如，、经过区域熔融，得到高纯硅（杂质含量在10-910-10，甚至10-12）。、硅的用途、半导体材料（用于硅整流器、晶体管、集成电路、太阳能电池中的硅电池）、制造硅合金硅钢：(Si)=4%的（具有良好导磁性）作变压器铁芯，(Si)=15%的作耐酸设备、制造金刚砂SiC纯品是无色晶体，=3.063.20gcm-3，摩氏硬度约9.2，熔点2450，2700左右升华同时分解，工作温度范围14501500甚至可达1700，。黑碳化硅(SiC)95%用作铸铁和非金属材料的磨料；绿碳化硅(SiC)97%用于制造磨硬质合金的工具，火箭喷嘴、热电偶套管、核燃料的包装

10、材料。、制作硅铁合金（FeSi2、FeSi、Fe3Si2等，非计量化合物），作炼钢用的脱氧剂。三、二氧化硅SiO2广泛存在于自然界，与其他矿物共同构成了岩石。石英和砂子的主要成分是SiO2。自然界自由状态的硅氧四面体二氧化硅（硅石）占地壳的12%，分为晶体和无定形两大类。、结构：原子晶体（立体网状），硅氧四面体。、物理性质、晶体、石英：密度，2.652.66gcm-3；硬度，7。折光率n=1.5441.553，双折射率0.008。在1600熔融变成黏稠液体（内部变成无规则态），冷却时因粘度大不能再结晶，而成为过冷液体石英玻璃。熔点：1670（鳞石英）、1710（方石英），沸点：2230。l 石

11、英玻璃能透过紫外线，作水银石英灯和其他光学仪器。l 石英玻璃的热膨胀系数小，因而用于制作耐高温的仪器，如石英坩锅。l 制造光导纤维、石英钟表、水晶（大而透明的棱柱状石英）：利用其“压电效应”，可制作电子工业中的重要部件（计算机、电视、钟表、无线电收发、超声技术、全息照相术）在古代，人们称之为“水精”，即水的精华，还称之为“水玉”、“”白附、“玉晶”、“千年冰”、“菩萨石”、“放光石”等。压电材料是实现电能和机械能相互转换的材料。石英钟表：石英片取代钟表中的摆和游丝。水晶还用于制作光学仪器、精密仪器的轴承、耐磨器皿、眼镜片、工艺品、玛瑙：是含有有色杂质的石英晶体（含有不同颜色和形状的条带，红Fe

12、2O3，黑C，白MgO、CaO，绿NiO，褐MnO2。），呈环带状的玉髓叫做玛瑙；血红色的称作鸡血石。用于制造精密仪器的轴承、耐磨器皿和装饰品等。、无定形体：、硅藻土：多孔、质轻、松软的固体物质，其表面积大、吸附能力强。可作吸附剂、催化剂的载体、保温材料、隔热材料。、人造无定形SiO2粉末，作橡胶、塑料中的填料，俗称“白炭黑”。l 水晶的矿床成因：、内生作用：能量来自地球内部放射性元素衰变能、地幔及岩浆的热能、地球重力场中物质调节过程中所释放出来的位能等。、晶洞伟晶岩型：（伟晶岩：矿物结晶颗粒粗大、具有特征内部构造的地质体）黄晶、墨晶、紫晶、烟晶。、热液型（深成型）：紫晶、黄晶。、火山热液型：

13、紫晶。、外生作用：（太阳能、水、生物等作用）、风化型：黄晶、紫晶。二、颜色水晶黄晶紫晶墨晶烟晶发晶水胆水晶无色黄橘红色紫紫红色（玫瑰色）颜色不均黑褐色烟色黄色烟褐色（红褐色）水晶中含有细小的头发状、纤维状角闪石、电气石、金红石等矿物包裹体。含有大的气液包体11月生辰石2月生辰石玫瑰色，珍贵、高雅。罕见珍贵的观赏物包裹体：无色水晶、黄晶、烟晶中的包体相似，均含有较多的气液两相包裹体。紫晶中具有羽翅状气液包体，发晶中有纤维状固体包体。紫晶颜色不均，经放射性辐照可变成黄色和蓝色。紫水晶的色泽越偏紫，就越名贵。水晶自色：无色，当含有细小气液包裹体时，呈乳白色，透明度差。它色：无色水晶经60Co照射可变

14、成茶晶。假色：因干涉、衍射、漫射而引起。断口：贝壳状断口（椭圆形光滑曲面，并具同心圆纹）。有裂缝时呈油脂光泽（入射光从内部反射）；水晶具有玻璃光泽（反射率R=4%10%）。、化学性质、SiO2是酸性氧化物，对应的水合物是H2SiO3，亦即H2SiO3的酸酐。、SiO2+H2O不反应；、SiO2+CaO CaSiO3；、SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O（生成的Na2SiO3水溶液具有黏性，俗称“水玻璃”。盛碱溶液的试剂瓶，用橡胶塞而不用玻璃塞。）碱腐蚀玻璃。、与Na2CO3、CaCO3、Na2SO4、KNO3的反应SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2，SiO2+2KNO3 K2

15、SiO3+NO2+NO+O2，、高温下，SiO2被C、Mg、Al还原SiO2+2C Si+2CO，SiO2+3C SiC+2CO；SiO2+2Mg Si+2MgO，同时有副反应2Mg+SiMg2Si，Mg2Si+4H2O=SiH4+2Mg(OH)2；3SiO2+4Al 3Si+2Al2O3；=-761kJ/mol。、和氢氟酸反应SiO2+4HF(g)=SiF4(g)+2H2O，3SiO2+6HF(aq)=H2SiF6（氟硅酸）+2H2O（实际应用SiO2+2CaF2+2H2SO4(浓) SiF4+2CaSO4+2H2O）（(HF)=40%的氢氟酸用于刻饰玻璃；在实验室里不能用玻璃试剂瓶盛放氢氟

16、酸，应该使用塑料瓶。）l 氢氟酸可经皮肤、肌肉而侵入骨骼，形成钙的氟化物，从而使骨骼松散。HF侵入皮肤后，产生剧烈疼痛，难以治疗。严重时，需施行切除手术。四、硅酸、硅酸盐、硅酸、性质：硅酸是一种不溶水的二元弱酸，=4.210-10，=110-12，酸性比碳酸还弱，不能使指示剂变色，不稳定。硅酸是复杂的白色固体，通常用H2SiO3表示。Na2SiO3+2HCl+H2O=H2SiO4(正硅酸，白色胶凝状沉淀)+2NaCl正硅酸不稳定，（在干空气中失水）H2SiO4=H2SiO3(白色粉末)+H2O；H2SiO3SiO2+H2Ol 它跟碱反应生成硅酸钠，当溶液的pH14时，以SiO2- 3形式存在；

17、当pH=10.913.5时，主要以Si2O2- 5形式存在；当溶液的pH10.9时，缩合成较大的多酸根离子；pH再低，则以硅酸凝胶形式析出，pH=5.8时胶凝速率最快。l 单分子硅酸H2SiO4可溶于水（溶解度较小）。正硅酸分子间脱水，逐渐缩合聚合聚硅酸（硅酸溶胶）进一步脱水缩聚透明而有弹性的胶冻状物（硅酸凝胶），立体网状烘干、脱水，成为多孔物质（硅胶）烘干前，用CoCl2溶液浸泡。硅胶（硅酸干胶的简称），干燥时为蓝色，随着吸水量增加，蓝色紫红色最后为粉红色。硅胶用作干燥剂（在精密仪器和电器、精美食品及衣物等的包装中），吸附剂（对极性物质有较强的吸附作用）以及催化剂的载体。硅酸溶胶用于羊毛纺织

18、品的经（纱）线上浆的胶剂，可减少羊毛纤维的断失率。l SiO2H2O，H2SiO3（硅酸）； SiO22H2O，H4SiO4（正硅酸，原硅酸）；2SiO2H2O，H2Si2O5（二偏硅酸）；2SiO23H2O，H6Si2O7（焦硅酸）；3SiO23H2O，H6Si3O9（三聚偏硅酸，环状）；3SiO24H2O，H8Si3O10（三硅酸）；l 带的，表示具有一定稳定性并能独立存在的硅酸。、制法：可溶性硅酸盐的水溶液，加入盐酸、氯化铵或通入二氧化碳。Na2SiO3+2HCl+H2O=H2SiO4(白色胶凝状沉淀)+2NaCl，H2SiO4=H2SiO3+H2ONa2SiO3+CO2+2H2O=H2

19、SiO3+Na2CO3Na2SiO3+2H2O+2CO2=H2SiO3+2NaHCO3Na2SiO3+2NH4Cl=H2SiO3+2NaCl+2NH3，、硅酸盐（种类多，结构复杂。）、定义：硅酸、正硅酸和由它们缩水而成的各种酸所对应的盐，统称为硅酸盐。、可溶性硅酸盐（常见的有Na2SiO3、K2SiO3。）Na2SiO3俗称“水玻璃”、“泡花碱”。l Na2SiO3即Na2OnSiO2。n(SiO2)与n(Na2O)之比称为模数比。模数比3的是中性水玻璃，模数比3的是碱性水玻璃。、制法：湿法，SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O；干法，温度：13001500；。、 性质：、水解反应：硅酸

20、钠水解使溶液呈强碱性，水解产物为二硅酸盐或多硅酸盐。Na2SiO3+2H2ONaH3SiO4+NaOH，2NaH3SiO4Na2H4Si2O7+H2O或2Na2SiO3+H2ONa2Si2O5+2NaOH、跟酸反应SiO2- 3+2H+H2O=H4SiO4，SiO2- 3+2H2O+CO2=H4SiO4+CO2- 3，SiO2- 3+3H2O+2CO2=H4SiO4+2HCO- 3，SiO2- 3+H2O+2NH+ 4=H4SiO4+2NH3，或者，SiO2- 3+2H+=H2SiO3，SiO2- 3+H2O+CO2=H2SiO3+CO2- 3，SiO2- 3+2H2O+2CO2=H2SiO3

21、+2HCO- 3，SiO2- 3+2NH+ 4=H2SiO3+2NH3。、用途：水玻璃是无色粘稠的液体，是一种矿物胶；既不能燃烧、又不受腐蚀。是一种常用的无机粘结剂，也是防腐剂、防火剂。实验：在硅酸钠溶液中浸过的布条不燃。、建筑工程中使用的气硬性胶凝材料Na2SiO3+2H2O+2CO2=H2SiO3+2NaHCO3在这里H2SiO3是各种形式硅酸的代表，发生脱水、缩聚等一系列过程，因此，硬化过程较缓慢。、铸造工艺中，用水玻璃作型砂的粘结剂，以制作铸造用的砂型，此时用NH4Cl作水玻璃的硬化剂。、用水玻璃与CaCO3或MgCO3粉混合，用来粘合、修补陶瓷、玻璃等。它硬化快、且硬化后呈白色，如果

22、粘合时烧一下，粘结强度很高，特别适合于陶瓷部件的粘结或陶瓷的修补。、水玻璃用来粘合碎云母片，作电热器的耐热云母板。、由于水玻璃是靠脱水而发挥粘合效力的，所以，对易吸水的多孔物质，如纸、织物、木材、陶瓷、砖瓦、水泥等都有良好的粘结效果。常用于纸张上浆、蛋类的保护、木材和织物的防火处理，以及硬纸板盒、砂皮的制造。、用水玻璃溶液与CaCl2溶液同时或交替灌入地基中，填充基土颗粒空隙并将其胶结成整体，加固地基，提高承载力和抗渗性。用水玻璃掺入水泥砂浆或混凝土，使水泥速凝，可用于堵漏。、肥皂的填料、水的软化剂、除垢剂、洗涤剂助剂l 用中性水玻璃作肥皂的填料：A.缓冲肥皂水解后产生的烧碱，起降低游离碱（N

23、aOH）作用，因而对织物的损伤小；B.能延迟脂肪酸的氧化酸败、变色，因而起抗氧化剂作用。l 水玻璃作洗涤剂的助剂，提高洗涤剂的去污能力。其原理是：降低洗涤剂的临界浓度，可以在低浓度下充分发挥去污效能。助剂在碱性条件下可增进洗涤剂去污效果。l 无机助剂有碳酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、硅酸钠或硫化钠。l 有机助剂有羧甲基纤维素或甲基纤维素。、不溶性的硅酸盐：除碱金属以外其他金属的硅酸盐，天然存在的硅酸盐，都是不溶性的硅酸盐。硅酸盐是构成地壳和矿物的主要成分，但其组成比较复杂，一般以氧化物形成表示。表示硅酸盐组成的方法：一般以“金属氧化物二氧化硅”形式来表示。例如，硅酸钠Na2SiO3为Na2OSi

24、O2。、硅酸结构的共同特点、基本结构单元是SiO4硅氧四面体，n(Si)n(O)=14，化学式为SiO4- 4。例如，单个硅酸根SiO4- 4，镁橄榄石Mg2SiO4（2MgOSiO2）。、2个SiO4以角氧相连，n(Si)n(O)=1(3+10.5)=13.5，化学式为Si2O6- 7。例，钪硅石，Sc2Si2O7，（Sc2O32SiO2）；硅铅矿Pb3Si2O7，（3PbO2SiO2）；异极矿Zn4Si2O7(OH)2H2O（4ZnO2SiO22H2O）。、SiO4以2个角氧分别和其他2个SiO4相连成长链状或环状结构，n(Si)n(O)=1(2+20.5)=13，化学式为SiO2- 3。

25、例如，长链状，石棉：在平行链状SiO32n- n间排列着Ca2+、Mg2+离子，CaMg3(SiO3)4，（CaO3MgO4SiO2）；又如6个SiO4成环状，Si6O12- 18，绿宝石（绿柱石，翡翠绿）Be3Al2Si6O18（3BeOAl2O36SiO2）。、SiO4以角氧相连成双链，化学式为Si4O116n- n。例，透闪石：Ca2Mg5Si4O112(OH)2，（2CaO5MgO8SiO2H2O）。、SiO4以3个角氧分和其他3个SiO4相连成层状结构（平面网状），化学式为Si2O52n- n。例，金云母：KMg3AlSi3O10(OH)2，（K2O6MgOAl2O36SiO22H2

26、O）；白云母（六元环，层状）：KAl2AlSi3O10(OH)2，（K2O3Al2O36SiO22H2O）；滑石Mg3Si4O10(OH)2，（3MgO4SiO2H2O）。、每个SiO4以4个角氧分别和其他4个SiO4相连成骨架结构，化学式为SiO2。例如，石英；又如，沸石含有组成为(Al,Si)nO2n的骨架结构，如菱沸石，(Ca,Na2)(Al,Si2)2O126H2O。钠斜长石：NaAlSi3O8，为Na2OAl2O36SiO2；正（钾）长石：KAlSi3O8也可写作K2Al2Si6O16，为K2OAl2O36SiO2；钙长石：CaAl2Si2O8，(CaOAl2O32SiO2)。天然钠

27、沸石：Na2Al2Si3O102H2O，（Na2OAl2O33SiO22H2O）。粘土：高岭石（高岭土，瓷土；）Al2(Si2O5)(OH)4为Al2O32SiO22H2O（粘土的主要成分）；、链之间、片之间是以离子键结合，比SiO间的共价键结合要弱，所以链间（如石棉）、层间（如云母）容易撕开。、Al形成AlO4四面体，Al代替部分Si而形成铝硅酸盐。Al代替Si时，酸根的负电荷增多，需要相应的阳离子电荷与之平衡。l 三硅酸镁（Mg2Si3O8nH2O）被用来治疗胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后中和胃酸作用持久。第二节 硅酸盐工业简介l 概念：以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业

28、叫硅酸盐工业。如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业都属于硅酸盐工业。l 特点：、原料：均为含硅固体物质（水泥工业用的粘土，玻璃工业用的石英）。、反应条件：高温。、反应原理：复杂的物理、化学变化。、产品的主要成分：硅酸盐。l 传统的无机非金属材料硅酸盐材料，包括：水泥、玻璃、陶瓷和耐火材料等四大类，以及搪瓷、砖瓦等。一、水泥水泥是一种粉状矿物质的胶凝材料，与水拌和后能在空气中或水中逐渐硬化。、普通硅酸盐水泥（制造和使用最多的水泥类型。）由硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏（36.5%），磨细而成的水硬性胶凝材料，叫做硅酸盐水泥。l 性能：水泥具有水硬性。（无论在水中还是在空气中均能硬化，不可逆过程。）l

29、 原料：石灰石（8090%）、粘土（1015%）、辅助原料（如铁矿粉12%）。l 普通水泥（熟料）的成分：硅酸三钙3CaOSiO2，硅酸二钙2CaOSiO2，铝酸三钙3CaOAl2O3，铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3l 生产过程：原料混合、研磨生料煅烧（水泥回转窑煅烧，1450）块状熟料加入适量石膏，磨成细粉成品：水泥。（加入石膏，可以延缓水泥的硬化速度。）l 水泥的水化、凝结与硬化。有关词语：混凝土，广义：混凝土是由胶凝材料和埋在其中的骨料粒子或碎片所组成的复合材料。水泥砂浆（水泥、沙子、水的混合物），在建筑上作黏合剂，能把砖、石等物粘结起来。混凝土（又称“砼”tng），水泥、沙子、

30、碎石（石子）、水的混合物。水泥与水组成水泥浆。水泥浆填充在沙子空隙间并将沙子包裹起来，形成水泥砂浆。水泥砂浆填充在碎石空隙间，并包裹碎石成为混凝土。钢筋混凝土（用钢筋作骨架的混凝土，也叫做钢骨混凝土、钢骨水泥。）建筑上有“钢砼结构”、“砖混结构”。白水泥：普通水泥呈灰褐色是因为含有少量Fe2O3。若在生成过程中尽量除去Fe2O3，就得到近乎白色的白水泥。白水泥可用作彩色水泥的基料。（彩色水泥，参阅复印资料2003年4期P46）l 水泥是胶凝材料，沙子是细骨料，碎石是粗骨料。l 普通水泥熟料物相组成硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙游离石灰游离氧化镁化学式3CaOSiO22CaOSiO23CaO

31、Al2O34CaOAl2O3Fe2O3CaOMgO缩写C3SC2SC3AC4AFCM质量分数/%4462(4565)1830(10)512(615)1018(510)凝结硬化速率快慢（稳定）最快慢大量时过慢，少量时无问题极慢强度高早期低，后期高增长快，但不高低水化热大小最大中抗侵蚀中最好差好干缩引起裂纹中中大小大量时引起裂纹大量时引起裂纹主要成分随原料加入的次要成分化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOTiO2、Na2O、K2O、SO2- 4质量分数/%2123573564685、生料的煅烧、CaCO3 CaO+CO2、CaO与粘土中的SiO2、Al2O3、Fe2O3反应，生成以硅酸

32、钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。、硅酸三钙（3CaOSiO2，简写作C3S），赋予硅酸盐水泥以令人满意的特性，如快速硬化和高强度等。煅烧时，应尽可能多地形成C3S。为此，要调整原料配比，在C3S容易稳定形成的温度下1450（12502070）烧结。、硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化、水化过程：硅酸盐水泥与水拌和后，水泥中各矿物成分与水作用，生成新的水化产物、并放出热量的过程。、水解：3CaOSiO2+2H2O2CaOSiO2H2O+Ca(OH)2，2(3CaOSiO2)+6H2O3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2，2(2CaOSiO2)+4H2O3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2;

33、、水化：2CaOSiO2+H2O2CaOSiO2H2O，3CaOAl2O3+6H2O3CaOAl2O36H2O，4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O、化合及水化：3CaOAl2O3+Ca(OH)2+12H2O4CaOAl2O313H2O，3CaOAl2O3+Ca(OH)2+18H2O4CaOAl2O319H2O，4CaOAl2O3Fe2O3+4Ca(OH)2+22H2O4CaOAl2O313H2O+4CaOFe2O313H2O，3CaOAl2O3+3CaSO4+32H2O3CaOAl2O33CaSO432H2O（钙铝矾晶体）2(3CaOAl2

34、O3)+3CaOAl2O33CaSO432H2O+4H2O3(3CaOAl2O3CaSO412H2O)（硫酸盐）、凝结与硬化过程（固化过程）水泥加水拌成水泥浆后逐渐变稠，失去塑性，但尚无强度，这一过程称为水泥的凝结。随后，水泥的强度逐渐提高，变成坚硬如石的物体，这一过程称为水泥的硬化。水泥的凝结、硬化是一个连续的、复杂的物理化学过程。即在水化的同时，发生一系列的物理变化。大体分为三个阶段：第一阶段：胶溶期。水泥颗粒表面层发生水化反应，水化产物浓度迅速增加，达到饱和状态时，部分水化产物以胶体粒子或小晶体析出，形成胶体体系保持流动性。水化产物Ca(OH)2由饱和溶液到形成胶体的同时，引起水合硅酸钙

35、和水合铝酸钙凝成凝胶，这时水泥具有可塑性。第二阶段：凝结期。水化作用由水泥颗粒的表面向内部发展，胶体粒子大量增加，粒子间开始相互凝结，逐渐絮凝成凝胶结构（立体网状），失去流动性。第三阶段：硬化期。水化作用向粒子的深部发展，大量晶体出现并相互联结，使胶体紧密结构强度明显增加，逐渐硬化成微晶结构的水泥石固体。简单地说，硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化过程可看作由三个步骤组成：、水泥颗粒的表面层和水发生反应，生成水化硅酸二钙和氢氧化钙：3CaOSiO2+(n+1)H2O2CaOSiO2nH2O+Ca(OH)2、固态的氢氧化钙从水泥糊状物和Ca(OH)2的饱和溶液中以非晶态物质析出，把水泥颗粒包围起来，并

36、结合成块状水泥凝结。、氢氧化钙的粒子合并增大，并转变成针状结晶。它深入到水化硅酸钙的非晶体中，连成一体，增加了水泥的机械强度。温度对水泥凝结硬化影响很大，温度高时水泥水化速率快，凝结硬化也快。采取蒸汽养护是加速凝结硬化的方法之一。温度低时。凝结硬化变慢。温度低于0，硬化完全停止，低于-3时，水泥中的水因结冰而体积膨胀，会使水泥建筑构件冻裂破坏。所以冬季建筑施工时必须采取保暖防冻措施。（参阅化学原理及应用基础第四册P117-118 施宪法 编，高等教育出版社）、水泥的标号一般用水泥标号作为水泥强度的等级划分标准。用水泥28d龄期的抗压强度指标来表示水泥标号。例如，425号水泥，指28d的抗压强度

37、在425524公斤力/厘米2之间（42.552.4MPa）。、水泥的分类：按用途和性能分为：通用水泥（土木建筑工程），专用水泥（油井水泥、大坝水泥），特种水泥（快硬硅酸盐水泥、膨胀硫酸盐水泥）。二、玻璃（是一种由熔融体经冷却、固化而成的无机非晶态固体。）、普通玻璃（又称钠玻璃或钠钙玻璃）属于硅酸盐玻璃。、主要原料：纯碱（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）、石英砂（细砂，SiO2）。石英砂（细砂）：SiO2占99.5%以上，杂质中Al2O3最多，控制0.5%在以下；其次是CaO、MgO、Fe2O3。、原理：SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2，SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO

38、2、普通玻璃的组成：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起而形成在玻璃态物质（或者Na2OCaO6SiO2）组成SiO2CaOMgONa2O(X)/%71747111316助熔、易澄清、降低粘度助熔、增粘度、降低热膨胀系数提高热稳定性，改善成型性。助熔熔点：K2SiO3，976；Na2SiO3，1088；CaSiO3，1540。、普通玻璃的性质：、无固定熔点，可在某一稳定范围内软化；、硬而脆；、良好的绝缘体和介电体；、透光性；、普通玻璃耐水、耐酸，不耐碱，在潮湿的大气中被缓慢侵蚀。、生产过程：熔融反应（高温：14501650）澄清成型缓慢冷却。设备：玻璃窑。、其他品种玻璃简介、石英玻

39、璃(SiO2)99.5%：石英坩锅、燃烧管等化学仪器，高压汞灯、紫外灯的灯壳，压电晶体，光导纤维、高硼硅酸盐玻璃（硬质玻璃）：烧杯、烧瓶、硬质试管、注射器、钾玻璃（钾钙玻璃）：滴定管、移液管、光学玻璃高铝玻璃，中性玻璃，水晶玻璃，有色玻璃，钢化玻璃，玻璃纤维，特种玻璃三、陶瓷、按坯体致密度的不同来分类、制造第三节 新型无机非金属材料现代文明社会的三大支柱：能源、信息和材料。能源是社会存在与运动的基础。材料是一切科学技术的物质基础，是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的一个重要里程碑。信息向人类奉献知识和智慧。*材料的分类合成高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维。煤气炉中的电子打火（压电陶瓷）。手表上的“19钻”(人造红宝石轴承的数目)。彩电（荧光材料）。电脑的CPU（单晶硅）。海底电缆（光导纤维）。一、高温结构陶瓷（结构材料）耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。在高温、强腐蚀、冲刷和摩擦条件下，保持高的强度、硬度、刚度、化学稳定性和耐疲劳性。、氧化铝陶瓷l 氧化铝陶瓷的应用量占所有结构陶瓷的60%。、氧化铝陶瓷（人造刚玉）的性能及应用、-Al2O3性能用途（氧化铝陶瓷制品）熔点（2050）