полевых шпатов)…………………… K2 Al2 Si6 O16 = K2 O • Al2 O3 • 6SiO2
Слюда (мусковит)…………KH2 Al3 (SiO4 )3 или K2 O • 3Al2 O3 • 6SiO2 •2H2 O
Каолин (белая глина)……………………H4 Al2 Si2 O9 = Al2 O3 • 2SiO3 • 2H2 O
Асбест …………………………………H4 Mg3 Si2 O9 = 3MgO • 2SiO2 • 2H2 O
Наибольшее распространение в природе имеют силикаты, содержащие алюминий и называемые алюмосиликатами. Как показывают формулы приведенных выше минералов, к числу алюмосиликатов принадлежит слюда, ортоклаз и др. [3,4]
Если студень кремниевой кислоты частично обезводить, то образуется твердая белая, очень пористая масса, обладающая большой адсорбционной способностью. Этот продукт под названием силикагеля имеет разнообразное применение в промышленности: для улавливания газов, водяных паров, для отчистки нефти, керосина. Наконец, крупнопористый силикагель - незаменимый носитель для многих катализаторов. При полном высушивании и прокаливании кремневой кислоты образуется кремневый ангидрид SiO2 [4,5].
Физические свойства. Многие силикаты тугоплавки и в воде практически не растворимы. Из силикатов, имеющих большое значение, растворимы лишь силикаты натрия и калия. Эти силикаты называются растворимыми стеклами. Их раствор называется жидким стеклом. Находит применение в мыловаренном производстве, в крашении, в производстве бумаги, а также для пропитки дерева и тканей с целью сообщения им несгораемости и стойкости против гниения.
Жидкое стекло - одно из важнейших неорганических клеящих веществ (адгезив). Это связано с тем, что силикат натрия находится в нем в виде макромолекул. Жидким стеклом пропитывают ткани и дерево для придания им огнестойкости; оно применяется для изготовления кислотоупорного цемента, силикатных красок и глазурей.
Химические свойства.
1. Силикаты реагируют почти со всеми кислотами, в том числе и угольной кислотой:
Na2SiO3 + H2O + CO2 > Na2CO3 + H2SiO3 v
Растворимые силикаты могут участвовать в реакциях обмена с другими солями:
Na2SiO3 + CaCl2 > CaSiO3v + 2NaCl
2 Na+ + SiO32- +Ca2+ + 2Cl- > CaSiO3v + 2Na+ + 2Cl-
Ca2+ + SiO32- > CaSiO3v
2. В водных растворах силикаты подвергаются гидролизу и обладают щелочной реакцией:
3. Силикаты, входящие в состав минералов (их формулы выражают в виде оксидов), в природных условиях разрушаются под действием воды и оксида углерода (IV):
К2О • Аl2O3 • 6 SiO2 + CO2 + 2 H2O >
Ортоклаз
> Аl2O3 • 2 SiO2 • 2 H2O + 4SiO2 + К2 CO3
каолинит кремнезем
При разрушении таких силикатов образовались залежи глины и песка, а на основе их в результате биохимического разложения растительных и животных остатков образовалась почва.
Силикатная промышленность.
Силикатную промышленность составляют производства различных строительных материалов, стекла и керамики из природных силикатов.
Важнейшие строительные материалы, выпускаемые силикатной промышленностью, показаны на схеме 10, §39, с.97 [13].
Производство изделий из стекла связано с образованием большого количества отходов и выбросов: твердые отходы (стеклобой, сырьевые материалы цехов подготовки шихты в виде пыли, порошковые отходы цехов обработки сортовой посуды), суспензии и шламы (шламы и осадки систем подготовки шихты, систем пылегазоулавливания и очистки сточных вод, суспензии систем шлифования и полирования стекол), сточные воды (сливы замасливателя в производстве стекловолокна, полировальные, промывные и травильные растворы при обработке и декорировании изделий), газообразные выбросы (отходящие газы стекловаренных печей, содержащие оксиды азота и серы, соединения свинца, фтора, фосфора и бора, оксид углерода, бензпирен, дымовые газы сушильных цехов подготовки шихты, газовая фаза и воздух со стадий закалки и охлаждения стекла).
В то же время ряд отходов образуют так называемые вторичные материальные ресурсы, например стеклобой, количество которого для некоторых производств достигает 50% от исходной стекломассы. К таким ресурсам относятся и дымовые газы стекловаренных печей, теплота которых может быть использована в качестве источников энергии.
Классифицируя отходы производства стекла, необходимо выделить их токсичность, т.е. степень воздействия на человека, животный мир и растительность. По этому признаку можно выделить безвредные, токсичные и особо токсичные отходы.
Технология стекла включает две основные стадии: подготовку сырьевых компонентов с получением шихты и стекловарение с выработкой стеклоизделий.
Основным компонентом шихты, используемой для широкого ассортимента стекол, является кварцевый песок, диоксид кремния, который составляет 50--75% массы готового стекла. В состав шихты входят также карбонат натрия, доломит, карбонат калия, сульфаты, нитрат кальция и нитрат натрия, борная кислота, оксиды свинца, цинка, мышьяка, фтористые соединения и др.
Пылеобразование сопутствует начальным операциям разгрузки и транспортирования компонентов шихты, поэтому состав пыли, образующейся на каждой из этих операций, будет различным. Однако даже при локальном попадании в атмосферу (от одной установки), вызванном неправильной организацией воздухообмена, пыль может распространиться по всему отделению.
Концентрация пыли в воздухе отделения подготовки сырья и приготовления шихты может, по зарубежным данным, достигать сотен и даже тысяч миллиграмм на кубический метр. Наибольшее пыление характерно для доломита, известняка (мела), полевого и плавикового шпатов, карбоната натрия и борной кислоты. Количество образующейся пыли достигает для шихт стекольных заводов 1,6% от массы приготовляемой шихты. Максимальные пылепотери приходятся на материалы известняковой группы и полевого шпата (до 85% от общего количества пыли) , а в воздухе отделения при получении шихты содержится до 60-- 70% пылевых частиц размером менее 5 мкм.
В стекольном производстве пылевые частицы размером до 50 мкм удерживаются в воздухе длительное время. Пыль обладает фиброгенным действием (Si02) и общетоксичным (В203, As203 и др.).
Диоксид кремния -- основа кварцевого песка (99--99,5%) -- имеет средний размер кристаллических частиц 0,1--1 мм. На организм человека наибольшее влияние оказывают частицы размером 1--2 мкм. Длительное воздействие этих частиц на легкие приводит к фиброзу -- разрастанию в легких соединительных тканей, ведущего к силикозу -- заболеванию всего организма.
Пыль доломита [(СаМg(С03)г] составляет 50% от всей пыли, образующейся при приготовлении шихты. Она обладает фиброгенным действием.
Пыль известняка СаС03 (мела) также фиброгенна. Карбонат натрия (Na2C03) обладает большой летучестью, вызывает изъязвление слизистой оболочки носа, раздражает дыхательные пути и приводит к конъюнктивиту.
Оксид бора В203 является составляющим элементом ряда оптических стекол и стекловолокна. В шихту вводят борную кислоту Н3В03, пыль которой может быть причиной повреждения кожи.
В производстве хрусталя, оптических стекол, эмалей используют материалы, содержащие оксиды свинца (РЬО, РЬ304), пыль которых высокотоксична и обладает кумулятивным действием -- может накапливаться (аккумулироваться) в организме. Свинец поражает сердечнососудистую и нервную системы, кроветворные органы и желудочно-кишечный тракт.
В качестве осветлителя в производстве стекла используют оксид мышьяка (III) As203, являющийся сильным ядом. На организм человека он оказывает пагубное влияние, разрушая вегетативную нервную систему, приводит к параличу кровеносной системы, действует на обмен веществ. Нарушение питания тканей может привести к злокачественным образованиям. Так же как и свинец, он может накапливаться в организме. Доза, приводящая к серьезному отравлению человека, составляет 0,01-0,052 г.
Из числа вредных веществ, входящих в состав шихты, выделяют оксид хрома Сг203 и дихромат калия К2Сг207, используемые как красители. Эти вещества также крайне токсичны. Они раздражают и изъязвляют слизистые оболочки и кожу, при их взаимодействии наблюдается прободение хрящевой перегородки, носоглотки и поражение желудочно-кишечного тракта.
Отрицательное влияние пылевых выбросов на организм человека требует таких технических решений, которые обеспечивали бы содержание вредных выбросов в атмосфере не выше ПДК.
В окружающей отделение атмосфере на уровне приземного слоя, концентрация вредных веществ не должна превышать 30% от ПДК в рабочей зоне помещения.
Из всего вышесказанного следует, что помимо бесспорной важности силикатного производства просматривается и наличие серьезных экологических проблем, вызываемых процессами, на которых основана силикатная промышленность. Эти проблемы могут вызвать, и, к сожалению, уже вызывают различные серьезные заболевания у работников силикатной промышленности и населения, а также негативно влияют в целом на экологическую обстановку.
IV. Закрепление знаний (5 мин.)
1. Как получают кремниевую кислоту и ее соли?
2. Что такое стекло?
3. Расскажите, какие отходы и выбросы возникают в результате производства стекла?
4. Какие последствия может вызвать не соблюдение в воздухе рабочей зоны ПДК вредных выбросов стекольного производства?
5. Какие еще стекла бывают?
6. Каким образом в промышленности получают бетон и цемент?
IV. Домашнее задание (3 мин.)
1. Внимательно изучите материал, изложенный в §37-39.
2. Постарайтесь выяснить какие экологические проблемы могут вызвать процессы производства керамики и цемента.
3.2 Контрольный опрос в виде тестовых заданий для учеников 9-х классов
Разработаны тестовые задания по выбранной теме в двух вариантах:
1. Вопросы, отражающие материал в таком виде, как он преподноситься в школьном учебнике.
2. Вопросы, отражающие школьный материал и экологические проблемы по выбранной тематике.
Вариант 1.
Вопросы:
1) Как обозначается химический знак кремния:
a) Sc
b) Si +
c) Sn
2) Порядковый номер Si соответствует номеру:
a) 19
b) 90
c) 14 +
3) Кремний относят к:
a) подгруппе углерода +
b) подгруппе кислорода
c) подгруппе азота
4) Химическая формула кремнезёма:
a) SiO2 +
b) SiO5
c) SnO2
5) Химическая формула силикагеля:
a) SnO2 • H2O
b) SiO2 • H2O +
c) SiO • H2O
6) Какой из вариантов является тривиальным названием диоксида кремния:
a) асбест
b) кремнезём +
c) кремний
7) Какой из вариантов соответствует формуле асбеста:
a) 3MgSiO3 • CaSiO3
b) MgSiO3 • CaSiO
c) 4MgSiO3 • CaSiO
8) Как пишется химическая формула монооксида кремния:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
