Wykład - materoały budowlane, budownictwo pb, semestr 1, chemia budowlana, egzamin
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
1
Surowce przemysłu chemicznego w BUDOWNICTWIE
Z
kopalin
wydobywa się:
surowce mineralne
takie jak sól kamienna, hematyt, kwarc, piryt, blenda cynko-
wa, wapień, magnetyt, sole potasu, boksyt, galena, apatyt (
Ca
5
X(PO
4
)
3
gdzie X = F, Cl,
OH)
, anhydryt (
CaSO
4
)
i wiele innych.
ropę naftową
gaz ziemny
różne węgle
Rośliny i zwierzęta
są źródłem następujących surowców:
tłuszcze
drewno
zboża, ziemniaki, buraki cukrowe
Gaz ziemny
.
Gaz ziemny zawiera głównie metan. Częściej jednak jest to mieszanina za-
wierająca 95% metanu oraz wyższe alkany z domieszkami H
2
S, N
2
, CO
2
i helowców. Gaz
ziemny wykorzystuje się jako tanie paliwo w instalacjach domowych i przemysłowych. Metan
jest także cennym surowcem przemysłu. Półspalanie metanu daje
gaz syntezowy
.
2CH
4
+ O
2
--> 2CO + 2H
2
z którego można otrzymać metanol, alkany, kwasy karboksylowe i inne związki organiczne
Ropa naftowa
jest mieszaniną węglowodorów zawierających związki węgla od C
4
do C
50
.
Frakcje ropy naftowej
Zakres
temp. wrze-
nia
o
C
Długość łańcu-
cha węglowego
Nazwa frakcji
Typowe zastosowanie
Eter naftowy (gazolina)
C
4
- C
7
35 - 80
Rozpuszczalnik
Benzyna
C
6
- C
9
40 - 200
Paliwo silnikowe
Rozpuszczalnik farb, tłusz-
czów, kauczuku
Benzyna ciężka
C
8
- C
12
70 - 215
Nafta
C
10
- C
16
175 - 300
Paliwo do lamp naftowych
Lekkie oleje smołowe
C
20
i wyżej
300
Smary
Parafina, wazelina
C
20
i wyżej
300
Świece, papier woskowy
Długie łańcu-
chy
Nawierzchnie drogowe, olej
opałowy
Asfalt
-
Długie łańcu-
chy
Paliwo do wielkich pieców,
reduktor w metalurgii
Stała pozostałość
-
2
Dąży się przez odpowiedni dobór warunków aby węglowodory miały budowę rozgałęzioną. ja-
ko kryterium oceny benzyn służy tzw.
liczba oktanowa (L.O.)
. Założono, że liczba oktanowa
łańcuchowego
n-heptanu
wynosi 0, a rozgałęzionego
izooktanu
- 100.
izooktan (2,2,4-trimetylopentan) LO = 100
CH
3
|
H
3
C
- C
-
CH
2
-
CH
-
CH
3
|
|
CH
3
CH
3
n-heptan LO = 0
CH
3
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
3
Węgiel
kamienny
-
występujący w przyrodzie jest mieszaniną różnych połączeń, w skład
których jako pierwiastki podstawowe wchodzą; węgiel, wodór, tlen, azot, siarka. W czasie
ogrzewania (sucha destylacja) następuje zrywanie wiązań C-C, C-H, C-O, itd. Przeróbkę wę-
gla prowadzi się w koksowniach i gazowniach w temperaturze 900 - 1000
o
C.
Przy zgazowaniu 1000kg węgla otrzymuje się:
gaz świetlny
330m
3
(20%) o przeciętnym składzie: 50% H
2
, 34% CH
4
, 80% CO, 4%
olefin, 4% N
2
, 1% CO
2
koks
650 kg (65%)
smołę węglową
42 kg (5%) poddaje się destylacji frakcjonowanej
wodę pogazową
(ok. 10%) (NH
3
+ H
2
SO
4
--> (NH
4
)
2
SO
4
)
Pr
odukty frakcjonowanej
destylacji smoły węglowej
Zakres temp.
wrzenia
Nazwa
frakcji
Wydajność
Składniki frakcji
cyklopentadien, benzen, toluen, ksyleny, etylobenzen, pseu-
dokumen, hemimeliten, duren, styren, inden, anilina, acetoni-
tryl, benzonitryl, pirol, pirydyna, pikolina, dwusiarczek węgla.
Olej
lekki
80 - 160
o
C
1,4 - 5,8
pięcio- i sześciometylobenzeny, naftalen, 1-i 2-metylonafta-
leny, fenol, krezole, ksylenole, toluidyny, chinolina, inden
160 - 240
o
C Olej średni
3,5 - 12
metylo- i dimetylonaftaleny, acenaftalen, dwufenyl, 1- i 2-
naftole, metylochinaliny, inden
240 - 270
o
C
Olej ciężki
10 - 12
Olej antra-
cenowy
antracen, metyloantracen, fenantren, fluoren, wyższe fenole,
akrydyna, karbozol
270 - 370
o
C
12 - 27
Pozostałość
(pak)
piren, chryzen i inne wyższe węglowodory o pierścieniach
skondensowanych
370
o
C
50 - 60
3
Surowce roślinne i zwierzęce
tłuszcze roślinne i zwierzęce
celuloza
kauczuk
Surowce mineralne
Sól kamienna
jest surowcem wyjściowym do produkcji węglanu sodu, wodorotlenku so-
du, chloru, wodoru, kwasu chlorowodorowego i innych chemikaliów. Stosowana jest również
jako środek pomocniczy przy produkcji mydła, jako dodatek do żywności i jako środek konser-
wujący.
Hematyt
- jest to tlenkowa ruda żelaza. 35 - 60% zawiera tlenek żelaza(III). jest to surowiec
wyjściowy do produkcji surówki żelaza.
Kwarc - SiO
2
. Jest surowcem do produkcji szkła, półprzewodników krzemowych oraz zaprawy
murarskiej.
Piryt
. Jest to siarczkowa ruda żelaza (Fe=33-45%, S=32-45%, zawiera FeS
2
. Jest surowcem
do produkcji tlenku siarki(IV) i surówki żelaza.
Blenda cynkowa
- jest to ruda cynku zawierająca siarczek cynku ZnS. Jest surowcem do
produkcji cynku i tlenku siarki(IV).
Wapień -CaCO
3
. Jest surowcem do produkcji wapna palonego, cementu, szkła, karbidu, do-
datków do produkcji surówki żelaza i stali, nawozów sztucznych, środków pomocniczych
przy produkcji celulozy.
Magnetyt
Jest to tlenkowa ruda żelaza (II i III) - Fe
3
O
4
. Wykorzystywana jest do produkcji su-
rówki żelaza.
Sole potasu
Są to minerały potasu w mieszaninie z solami magnezu. Zawierają głównie chlo-
rek potasu KCl, chlorek magnezu MgCl
2
, siarczan magnezu MgSO
4
, chlorek sodu
NaCl. Wymienione sole są surowcem wyjściowym do produkcji nawozów sztucznych,
wodorotlenku potasu, materiałów wybuchowych i innych związków potasu.
Boksyt
- jest to ruda glinu (Al
2
O
3
- 45-60%). Ruda wykorzystywana jest jako surowiec wyj
ściowy do wytwarzania glinu.
Galena
- ruda ołowiu (86% ołowiu). Składa się głównie z siarczku ołowiu(II) z domieszkami
srebra. Jest surowcem do produkcji ołowiu i tlenku siarki(IV).
Apatyt
- inaczej fosfat (Ca
5
(PO
4
)
3
(OH, F). Jest surowcem wyjściowym do produkcji nawozów
fosforowych, kwasu fosforowego i fosforu.
Anhydryt (CaSO
4
*2H
2
O)
- jest surowcem wyjściowym do produkcji kwasu siarkowego(VI) i
siarczanu(VI) amonu
4
Materiały budowlane
Otrzymywanie
każdego spoiwa mineralnego wymaga energochłonnych procesów:
- prażenia (wapno palone),
- spiekania (cementy portlandzkie)
- topienia (szkło wodne).
Podczas
wiązania
przebiegają procesy fizyczne:
- częściowe rozpuszczenie,
- utworzenie roztworu przesyconego,
- przejście w stan koloidalny.
Twardnienie
spoiwa
- wykształcenie się struktury krystalicznej
Wiązanie i twardnienie spowodowane jest reakcjami chemicznymi:
hydratacji (wszystkie spoiwa),
hydrolizy (spoiwa hydrauliczne)
karbonatyzacji (spoiwa wapienne).
Krystalizacja
– proces odwrotny do rozpuszczania
Etapy:
•
powstawanie zarodków krystalizacji
•
wzrost kryształu,
•
dyfuzja cząstek substancji rozpuszczonej
do fazy stałej i dyfuzja cząsteczek rozpuszczalnika w kierunku przeciwnym
5
Rozpuszczalność
- ilość
która tworzy
w
100 g
w określonej
i
Mówiąc inaczej, roz-
puszczalność określa jak dużo danego składnika można rozpuścić w danym roz-
puszczalniku w sprecyzowanych warunkach.
Rozpuszczalność związków
zmienia się w zależności od obecności w roztworze
substancji, które
–
mają
jony wspólne z osadem
,
–
reagują z jonami pochodzącymi z osadu
,
–
nie mają jonów wspólnych z osadem - powodują wzrost mocy
jonowej
roztworu (
efekt solny
)
An Bm
n Am
+
+ m Bn
-
Hydratacja = uwodnienie
–
soli
Cząstki wody wbudowane w strukturę
kryształu
-
woda sieciowa
CaSO
4
+ 2H
2
O → CaSO
4
*2H
2
O
-
woda konstytucyjna
(w postaci OH
-
)
CaO + H
2
O→ Ca(OH)
2
•
jonów
akwajony
Al
3+
+ 6H
2
O→[Al(H
2
O)
6
]
3+
woda koordynacyjna
[ Pobierz całość w formacie PDF ]