Kerámiai iparok Építőipari kötőanyagok Üvegiparkkft.bme.hu/attachments/article/42/3.Szilikát- és építőanyag ipar, üveggyártás.pdf · Építőipari kötőanyagok A kötőanyagok

2019.05.02.

1

• Kerámiai iparok • Fogyasztói: építőipar, híradástechnika, kohászat, fémmegmunkálás

• Aluminoszilikátok, több komponensű rendszerek

• Durva- (tégla, cserép), finomkerámia (porcelán), oxidkerámia (félvezetők, ferritek), fémkerámia

• Építőipari kötőanyagok• Mész, cement, beton

• Üvegipar zománcipar

• Síküveg, öblösüveg, hőálló üveg, vegyipari készülékek

Dr. Pátzay György 1

Csoport Jell. képviselő Tulajdonság, jellemző Felhasználás

Szilikátok: Porcelán (kaolin, földpát, kvarc

alkáli-alumínium-szilikát)

hagyományos dísz és ipari kerámia,

hálózati szigetelő

Szteatit (magnézium-szilikát) nagyfrekv. szigetelő, ellenállás-hordozó

Oxid-

kerámiák:

Korund: Al2O3 jó vill szigetelő, hőálló, jó hővezető,

szövetbarát

MCM hordozó, nagyfrekv. szigetelő,

implantátum

BeO: jó vill szigetelő, hőálló, nagyon jó hővezető nagyfrekv. szigetelő, hordozó

ZrO2 Hőálló, ionvezető tűzálló anyag, oxigén szenzor

Titanátok: TiO2 magas dielektromos állandó I. tip. kondenzátor

BaTiO3 nagyon magas dielektromos állandó,

ferroelektromos, piezoelektromos

II. tip. kondenzátor

piezoelektromos elemek

Nitridek: Si3N4, AlN,

BN

jó vill szigetelő, hőálló, nagyon jó hővezető, jó

mechanikai tul.

nagyfrekv. szigetelő, hordozó, gyémánt

helyettesítés

Karbidok: SiC, jó mechanikai tul., félvezető, hőálló varisztor, kék LED, fűtőellenállás

WC B4C jó mechanikai tul. atomreaktor

Ferritek lágy és kemény mágnesek

Szupra-

vezetők

YBa2Cu3O7-x

MgB2

Tc 100K


2019.05.02.

2

Szilikátipar alapanyagai• Agyag (aluminoszilikát, <2mikrométer)- vízzel összegyúrva képlékeny, száradáskor és kiégetéskor alakját megtartjaSOVÁNY AGYAG A képlékenységi tulajdonságokat javítani kell! Pl. keverés kövér agyaggalKÖVÉR AGYAG A zsugorodási tulajdonságokat javítani kell! Pl. soványítással (homok, tört kerámia, tört kőzet, pelyva, stb.)

• SiO2 kvarchomok, homokkő (soványítja, képlékennyé teszi a kerámiát)

• Földpát (kálium-aluminoszilikát)- tömörré teszi a kerámiát

• Mészkő, márga, magnezit, dolomit- kalcium- és magnéziumkarbonátok

- porozitást növelik (CO2 gáz)



Agyag

Szárazon kemény, repedezett, nedvesen jól gyúrható, formázható anyag. Jellemzőtulajdonsága a nagyarányú vízfelvevő képesség. Egyes agyagok akár 300% vizet isképesek tárolni. Összetételükről elmondható, hogy 0,002 mm-nél kisebb kőzetmálladékalkotja, fizikai tulajdonságukat azonban döntően befolyásolják az agyagásványok (illit,montmorillonit, kaolinit).

Térfogatváltozása (montmorillonit), képlékenységének mértéke (illit), vízáteresztőképessége az agyagásványok típusától, mennyiségétől valamint kicserélhetőkationjaitól (pl.: a kálcium morzsalékossá, vízáteresztővé teszi az agyagot) függ.

K2OAl2O36SiO2 + 2H2O + CO2 Al2O32SiO22H2O + K2CO2 + SiO2

Földpát + víz + széndioxid agyagásvány + kálisó + kovasavkeletkezés

2019.05.02.

3

Kaolinit szerkezete

o Oxigén; " Hidroxil;

o Tetraéderesen koordinált szilícium; ● Alumínium oktaéderesen koordinált

Kaolinit SEM felvétele


A CaO-SiO2-Al2O3 terner rendszer olvadáspont diagramja


2019.05.02.

4

Kerámia fajták

Pórusos szövetű gyártm. Tömör szövetű gyártm.

Az anyag

sárga v.

vörös

Az anyag

sárga v.

vörös

Az anyag

fehér

Az anyag

nem fehér

Az anyag

nem fehér

Az anyag

fehér

Máz nélkülMázzal

bevonva

Átlátszó

vagy

színes máz

Máz nélkül Mázzal

bevonva

Tégla, cserép

Tűzálló építőanyag

Kályha-csempe, majolika

Kőedény-fajansz

Klinker, keramit, saválló burkoló

Kőagyag csatornák

porcelán


Tradicionális kerámiák Korszerű kerámiák

Agyagtárgyak Elektromos szigetelők

Fazekas termékek Mágneses ferritek

Fehér termékek Optikai, lámpák

Agyag, földpát és kvarc alapú Kémiai célú edények, eszközök

kőedény Hőálló alkatrészek

üvegkerámia Mechanikai, vágó, megmunkáló szerszámok

háztartási porcelán Biológiai, implantátumok

ipari porcelán Nukleáris üzemanyag pasztillák

műszaki kerámiák

Kerámiák csoportosítása alapanyag és felhasználás szerint


2019.05.02.

5

Leggyakoribb kerámia termékek

• Fali és padlócsempék

• Tégla és cserép

• Háztartási asztali és főzőedények

• Hőálló termékek

• Higiéniai termékek

• Technikai kerámiák

• Mázas kőagyag csövek

• Nagyméretű agyag termékek

• Szervetlen bevonatok


Mázak

A kerámiák felületére adott esetben mázat visznek fel, aminek gyakorlati és

esztétikai szerepe is lehet.Az ólommáz kvarc és ólomvegyületek összeolvasztásával készül, önmagában színtelen,

de különböző anyagokkal színezhették.

Az ónmáz egyrétegű fedőmáz. Az ónmázas kerámia neve majolika, illetve fajansz, utalva

a leghíresebb készítési helyekre (Mallorca, illetve Faenza).

A mázak sima, egyenletes felületet adnak, ami lehet matt vagy fényes,

szerkezetüket tekintve az üvegre emlékeztetnek, de olvadt állapotban nagyobb

viszkozitásúak. Erősen tapadnak a kerámia alaphoz.

A mázok prekurzorait alkotórészeikből és vízből golyós malomban végzett

őrléssel állítják elő, ekkor tejszerű homogén szuszpenziót kapnak, amit fel kell

vinni a részlegesen kiégetett kerámia tárgyak felületére. A máz szuszpenziókat

a kerámiákra bemerítéssel vagy szórással viszik fel.

Kiégetésük 600-1500oC között történhet, függően a készülő tárgy funkciójától

és elvárt tulajdonságaitól. A mázakkal a felületet ellenállóvá tehetjük korrozív

folyadékokkal szemben, kialakíthatók félvezető mázak is.

A mázak alkotó anyagai: SiO2, B2O3, Al2O3, ZnO, PbO, PbO2, Na2O, CaO,

MgO, BaO, SrO, K2O, Rb2O, Cs2O, Li2O.


2019.05.02.

6

Kerámiák gyártástechnológiája• Aprítás, őrlés: szemcseméret csökkentése, homogenizálás

• Formázás: nedves és száraz sajtolás, korongozás

• Szárítás: természetes, mesterséges, hőigényes,

közben zsugorodás

• Égetés: kémiai és fizikai folyamatok

fontos paraméterek: felfűtés sebessége, égetés hőmérséklete, ideje, lehűtés módja,

A kemencék lehetnek szakaszos és folytonos működésűek, gáz, olaj, fa tüzelésűek vagy elektromos fűtésűek.

Égetési hőmérsékletek

» tégla 920-1000oC

» kőedény 1100-1250oC

» kőagyag, keramit 1200-1350oC

» porcelán 1250-1450oC

» tűzálló anyagok 1300-1700oC


Kerámiaipari műveletek hatása a szerkezetre

Előkészítés, keverés formázás szárítás égetés


2019.05.02.

7

Dr. Pátzay György

Aprító, törő szerkezetek


Építőipari kötőanyagok

A kötőanyagok kémiai és fizikai folyamatokban pépes vagy folyékony állapotból

szilárd állapotúvá válnak és a beléjük kevert szilárd anyagokat

összeragasztják.

Csoportosítási lehetőségek:

• eredet szerint

- természetes (agyag, bitumen)

- mesterséges (cement, mész, gipsz)

• anyagi minőség szerint

- ásványi (agyag, mész, cement)

- szerves (bitumen, enyv, gyanta)

• halmazállapot szerint

- folyékony (vízüveg)

- szilárd (cement)

• kötés mechanizmus szerint

- hidraulikus (cement)-víz alatt köt

- nem hidraulikus (mész, gipsz)-víz alatt nem köt


2019.05.02.

8

• Mész

égetés CaCO3 CaO + CO2

oltás CaO + H2O Ca(OH)2

kötés Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

• Gipsz

CaSO4 2 H2O CaSO4 anhidrit + 2 H2O 180-200oC

• Cement

Alapanyag: agyag és mészkő

Műveletek: őrlés és égetés1100-1450oC

Szilárdulás, kötés: hidrolízis és hidratáció

• Beton: cement+kavics+acél nagy nyomószilárdság+ jó húzószilárdság


A mész, mészhabarcs


2019.05.02.

9

A kalciumkarbonát termikus

bomlási reakciója

Szemcseméret csökkenés af


a) Tüzelőanyag;

b) Égést tápláló levegő;

c) Hűtő levegő;

d) Lándzsák;

e) Kereszt járat;

f) 1. akna;

g) 2. akna

Párhuzamos áramlásos regeneratív

kemence


2019.05.02.

10

Forgó mészégető

kemence

A hőhasznosítás hatásfoka döntő a

gazdaságosság szempontjából,

hőcserélők beépítése

Felhasználás: vas és acélgyártás,

építés, talajjavítás, Ca-karbid előállítás


a) Égő;

b) Levegő;

c) Előmelegítő;

d) Kemence;

e) Hűtő

Égető kemence

mozgatható kocsival

Görgős égető kemence


2019.05.02.

11

Gipsz (CaSO4*2H2O)CaSO4*2H2O gipsz, CaSO4 anhidrit

120 oC CaSO4*2H2OCaSO4*0,5H2O + 1,5H2O

180-200 oC CaSO4 képződik oldódó anhidrit

400-750 oC CaSO4 képződik nem oldódó anhidrit

800 oC CaSO4 képződik oldódó anhidrit Esztrich gipsz


Építési gipsz felhasználása

Gipszkarton gyártása (Esztrich gipszből)

Gipszkarton típusok


2019.05.02.

12

Magnézia (Sorel) cement

MgCl2 Mg(OH)2 MgO(OH))

sok kevés

A kötés során eltérő összetételű MgOxCly keletkezik.

Hiroszkópos!

Töltőanyagokkal melegpadló készítésre használható. A

felületetolajozással, parafinozással védeni kell!


Hidraulikus kötőanyagok

Szilikát (portland) cement

~ 2/3 rész CaO

~ ¼ rész SiO2

~ 4-7% Al2O3

~ 2-4 % Fe2O3

~ 1% MgO elegye

Nyersanyagok: agyag, mészkő,

márgák, pirit, dolomit

Előállítás:

- előkészítés: őrlés, homogenizálás, vas adagolása

- égetés ~ 1200 0C

- száradás

- hidrátvíz elvesztés 500-700 0C

- CaCO3 bomlik 800-1100 0C

- a CaO reagál a SiO2-dal, Al2O3 –dal Fe2O3-dal 1100-1200 0C

- az agyag egy része olvad, dermedéskor magas CaO tartalmú szilikátelegy

válik ki --klinker

- gipszkő agadolás ~ 1,5 %

- őrlés, érlelés cement

Bauxitcement (aluminátcement):

Az 1930-as években gyártott cementféleséget sokáig a

portlandcementtel azonos módon használták. E cement

gyorsabb kötési ideje és nagyobb kezdeti szilárdsága

miatt volt nagyon kedvelt. Azonban a megszilárdult

bauxitcement szerkezete instabil, idővel

átkristályosodik, szilárdsága lényegesen csökken.

Bauxitbetonból készült épületeinkkel komoly statikai

problémák léptek fel, olyannyira, hogy egyesek

bontásra szorultak. Az ötvenes évek közepén a további

problémák elkerülése végett a bauxitbeton

alkalmazását rendeletileg tiltották meg.


2019.05.02.

13

Cement



A rendszerváltás után öt cementgyár üzemelt hazánkban. A lábatlani és a hejőcsabai asvájciaké, a beremendi és a Dunai Cement- és Mészmű váci üzeme a németeké lett(utóbbi kettő Duna-Dráva Cement Kft. néven egyesült), illetve 2011 júliusa óta működikKirályegyházán a Lafarge S.A. üzeme.

2019.05.02.

14

Néhány jellemző klinerképződési

reakció



Portlandcement főbb komponenseiKomponens mennyiség megjegyzés

C3S 50% nagyon reaktív, magas hidratációs hő, korai szilárdság

C2S 25% kis hidratációs hő, lassú reakciók

C3A 10% magas hidratációs hő, szulfát károsítja

C4AF 10%

Gipsz 5% a cement kötését szabályozza

ASTM portland cement típusokI. Típus általános felhasználásraII. Típus közepes hidratációs hő, szulfátálló (C3A<8%), általános

építés, tengervizes közegbenIII. Típus magas korai szilárdság (C3A<15%),biztonsági javításokhoz,

téli építkezésekhez, előregyártott elemekhez IV. Típus alacsony hidratációs hő (C3S<35%, C3A<7%, C2S>40%),

tömegfelhasználásV. Típus szulfátálló (C3A<5%) szulfátos talajokban, csatornákhoz

2019.05.02.

15

a) Porozitás;

b) Kalcium szilikát hidrát, hosszú

szálak;

c) Kalcium szilikát hidrát, rövid

szálak;

d) Kalcium hidroxid;

e) Kalcium aluminát hidrát,

vas(III)oxid tartalommal;

f) Monoszulfát;

g) Triszulfát

Portlandcement szilárdulási folyamata



2019.05.02.

16

Kristályos

szilikát por

Üvegszerű, ~70%-a a

cementnek

kristályos

A cement egy kompozit anyag, üvegszerű és kristályos fázisok heterogén elegyben.


Portlandcementek szabványos jelölése (Dr. Révay Miklós és Urbán Ferenc nyomán)

pl.: CEM II/A-S 32,5 N

CEM jelölés utal az európai szabványok szerinti minőségű cementre, az ezt követő szám pedigösszetételére:

I. homogén cementek, amelyek gyakorlatilag teljes mennyiségben őrölt portlandcementklinkerből állnak.

II. heterogén cementek, melyekben a portlandcement klinkeren kívül más a szilárdulásszempontjából hasznos anyag is található.

A következő betű a cementbe a klinkeren kívül adagolt anyag mennyiségére utal:A 5-20 %B 20-35 %

A kötőjel utáni betű ezen anyag fajtáját jelzi:S KohósalakV PernyeP Trassz vagy puccolánL MészkőlisztM Kompozit vagy multikompozit cement

A CEM jelölés utáni további római számok az alábbi összetételt jelzik:III. Kohósalak cement

A következő két betű a kohósalak mennyiségére utal:A 36-65 %B 66-80 %


2019.05.02.

17

IV. Puccolán cementA következő két betű a kiegészítő anyag (trasz, pernye) mennyiségére utal:

A 11-35 %B 36-55 %

V. Kompozit cementekA betűk után a cement három szilárdsági osztályára utaló szám következik. Végül az utolsó betű a szilárdulás ütemére utal.

R gyorsan szilárduló „rapid” cementN normál szilárdulású cement

Betonjelzések: C 12-32/FN

C- normál beton (2001-2500 kg/m3)

12- nyomószilárdság 12 N/mm2

32- legnagyobb szemcsenagyság

FN- földnedves


A szilárdságért felelős

Különleges tulajdonságok


2019.05.02.

18


Klinker kemence rácsos előmelegítő - hűtővel


a) Tablettázó;

b) Köztes porgyűjtő;

c) Szárító kamra;

d) Forró kamra;

e) Rács;

f) Forgó kemence;

g) Égő;

h) Rácsos hűtő;

i) Klinker szalag

2019.05.02.

19

Cementgyártás folyamata


A fajlagos energiafogyasztás változása a cementgyártásban

Németországban


2019.05.02.

20


A bitumen az ásványolaj lepárlásából visszamaradó, nagy molekulatömegű, feketeszínű, termoplasztikus kötőanyag. Melegre lágyul, illetve folyékonnyá válik. Kémiailagközömbös, víz, híg savak és lúgok szobahőmérsékleten nem oldják, a salétromsavvalmár szobahőmérsékleten is reakcióba lép. Szerves oldószerek (benzin, gázolaj,petróleum, benzol, stb.), állati és növényi zsírok viszont lágyulását okozhatják.A kátrány szén és fa lepárlása során keletkező fekete színű, erős szagú anyag. Azútépítésben és a szigetelésben ugyan az a szerepe mint a bitumennek.Az aszfalt adalékanyag és bitumen kötőanyagból készített pályaszerkezeti réteg.Aszfaltbeton, a kötőanyag a levegő oxigénjének hatására (főképpen ha napsütés is éri azaszfaltot) a bitumen felső rétege lassan megkeményedik, öregedik.A bitumen összetétele:► kolloid diszperz rendszer A rendszer folyékony része a telített aromás, gyantásmaltén, melyben finom frakciójú aszfaltén diszpergálódott. Az aszfaltén a bitumen„váza”.

Kátrány, szurok, kőszénkátrányA kátrány egy folyékony, vagy félszilárd, mélyfekete vagy barna termék, amely kőszén,barnaszén, fa, tőzeg és más fosszilis tüzelőanyag szárazpárlásával keletkezik és elsősorban szénhidrogén keverékekből áll. A vegyi összetétel a származási fajtától függőeneltérő (pl. kőszén-kátrány).A szurok a kátrány desztillációjának maradványából, vagy aszerves anyagok (pl. kőszén, barnaszén, fa) desztillációja során közvetlenül nyertfélszilárd maradvány.


2019.05.02.

21

A bitumen legfőbb fizikai tulajdonságai

Lágyuláspont: az a hőmérséklet amelyen a bitumen nyomószilárdsága egymeghatározott érték alá csökken. Győrűs-golyós módszerrel határozzákmeg.

Penetráció: a bitumen konzisztenciáját jellemző tulajdonság. Mérőszáma 25 °C-on egy100 g tömegő fém tű 5 s időtartam alatt, a bitumenbe történı behatolásánakmélysége 0,1 mm-ben kifejezve.

Töréspont: a bitumen hideggel szembeni viselkedését jellemzi. Gyakorlatilag azt fejezi ki,hogy a bitumen milyen hőmérsékleten válik rideggé.

Duktilitás (nyújthatóság): a bitumen 25 °C-on mért nyújthatóságát kifejezı viszonyszám.Sűrűség: a bitumen sűrűsége 25 °C-on 1 t/m3

Tapadás: a bitumen adalékanyagokhoz történő tapadási képességét jellemző érték. Vizesés poros felületek csökkentik a tapadási képességet.


Durva és finomkerámiai anyagok

Tégla gyártás• Agyag + soványító anyag (homok,

kőzettörmelék)

• Nedves formázás

• Szárítás

• Égetés 950-1000 oC-on


A 19. század utolsó éveiben csakBudapesten 12 téglagyár működött.Emléküket őrzi Feneketlen-tó, amelyeredetileg egy téglagyár anyaggödre volt.Napjainkban is számos téglagyárműködik hazánkban.

2019.05.02.

22

KőagyagÉgetés 1300-1400 oC-onMáza sómáz (NaCl szórás magas hőmérsékleten)Csatornacsövek, burkolólapokm vegyészeti kerámiák

Kőedény más néven porcelán-fajansz vagy fehércserépFinom agyag, kvarc, mészpát, földpátÉgetés 1100-1300 oC-onMáza ólom-, bórtartalmú (második égetés 1000-1200 oC-on)Falburkoló csempe, egészségügyi berendezések, háztartási árúk.

PorcelánKaolinMagas hőmérsékletű égetés miatt zsugorodik, tömörödikMáza földpátból, mészpátból, kaolinból és kvarcbólÜtésre cseng, kemény, részben hőállóCsak HF, meleg tömény H3PO4, meleg tömény lúgok támadják meg


Wartha Vince (1844-1914) Kémiai Technológia Tanszék

Összetétele sokáig ismeretlen, illetve az olaszországi Gubbióban gyártott kerámiáktitka volt. Magyarországon először úgy állították elő, hogy Wartha Vince elemezte agubbiói Giorgio Andreoli egyik tálát bevonó mázat, majd Zsolnay Vilmossal a pécsigyárban visszaállították az anyagot és a folyamatot. Az első ilyen termékeket 1891-ben,a Budapesti Agyagipari Tárlaton mutatták be, majd 1893-tól gyártották üzemszerűen –elsősorban a szecessziós stílusú kerámiák bevonataként.

A Zsolnay porcelángyárban először lemázazzák a porcelánt egy türkizkék színű,átlátszó, ólommentes mázzal, majd kiégetik. Erre kerül a titkos összetételű, sötétmassza, ami kétféle anyagot tartalmaz: színes- és nemesfémek keverékét, valamintennek vivőanyagát. Kiszárítják, reduktív légkörben égetik, majd lemossák róla amasszát. Így válik láthatóvá a jellegzetes eozin máz. A végén tehát az eozint létrehozóanyag nincs rajta a kész kerámián. A kerámián csak egy különleges fizikai hatás miattlétrejött, nagyon vékony színréteg van, az ún. fizikai szín. Ez a színesszappanbuborékhoz vagy olajfolthoz hasonló jelenség (vékony réteg interferencia). Aréteg vastagsága a fény hullámhosszával vethető össze.

EOZIN

2019.05.02.

23

Zsolnay Vilmos (1828-1900)

A Zsolnay üzem megalakulásának idején mázatlan terrakottát, vékony átmérőjűvízvezetékcsöveket, virágcserepet ólommázas tányérokat, tálakat és korsókat gyártott.

Zsolnay Vilmos a kezdetektől kísérletezett mázas és mázatlan kerámiák javításával, újtechnológiák, a mázak esetében új paletták kifejlesztésével. Deck volt talán alegnagyobb hatással Zsolnay Vilmos kísérleteire. 1874-ben mutatta be a fajanszraalkalmazott email cloisonné technikát, amely minden bizonnyal inspirálta ZsolnayMagastüzű mázzal folytatott kísérleteit. Irizáló lüszterrel végzett kísérletei közvetetthatással voltak Zsolnay eosin technikájának kidolgozására.

A XIX. században a legérdekesebb majolika hazánkban a pécsi Zsolnay gyárkülönleges, fémoxidos színezésű termékcsaládja volt. Ehhez hasonló jellegű kerámiadísztárgyakat már a perzsák és a mórok is készítettek, ám a kerámia alapra felhordottmélytüzű– fényében ezüstre, aranyra, rézre emlékeztető– fém lüszter készítésénekmódja évszázadokra feledésbe ment.

Az ún. porcelánfajanszhoz kapcsolódó különleges technikák mellett a Zsolnay gyár1896-ban mutatta be teljesen kifejlesztett formájában az „eozin” elnevezésűlüsztertechnikát, amelyet pirográniton is alkalmaztak. E lüszter-technikáraMagyarországon Petrik Lajos figyelt fel korábban, és alkalmazására – valamintólomtalan mázakkal való kísérletezésre – ő hívta fel rá a Zsolnay Vilmos figyelmét,majd Wartha Vince dolgozta ki a gyár sajátos mázainak technológiáját.

Az épületkerámiák alkalmazása terén Ybl Miklós nyitott új korszakot, aki az 1870-esévekben a Várbazár majolikamennyezetének elkészítésével bízta meg Zsolnay Vilmost

2019.05.02.

24

Üvegablakok a

Charles

katedrálisból

Fáraó fej, üvegbe

öntve


Mi az üveg?

Az üveg megszilárdult folyadék,

aminek nem állt elegendő idő

arra, hogy kristályosodjon lehűtés

közben.


2019.05.02.

25

ÜvegiparÜveg olyan anyag, aminek energiatartalma a folyadék és kristályos állapot között van.

Üveg közelítő összetétele: R2O*R’O*6SiO2

ahol R és R’ lehet Ca, Mg, Al, B, Na, K, Fe, Pb, Mn

Nyersanyagok: kvarchomok, szóda, mészkőliszt, ólomoxid, bórsav, dolomit, timföld.

Üveggyártás folyamatai: keverés, olvasztás, formálás, hűtés, megmunkálás, hőkezelés-feszültségmentesítés

Formálás: fúvás, húzás, öntés, hengerlés, sajtolás.


A magyarországi üveggyártás termékszerkezete az elmúlt években jelentősen átalakult, bár alegnagyobb volument képviselő termékcsoport az import behozatallal együtt változatlanul a síküveg.Építőipari síküveg gyártás lényegében csak a Guardian Orosháza Kft-nél, Orosházán zajlik. A gyártermelése megközelíti a 2,3 millió tonnát. A GUARDIAN Orosháza Kft. termelésében a magyar piacrészesedése 30 %, a többi üveget külföldön értékesíti. A gyár a környező országokba szállítja atermelés 45 %-át, 25 %-a pedig nyugat-európai piacra kerül.


1. Üvegképző oxidok: főkomponensek• SiO2, B2O3, P2O5, stb.

2. Ömlesztő anyagok: csökkentik az olvadási hőmérsékletet• Na2O, PbO, K2O, Li2O, stb..

3. Tulajdonság módosítók: módosítják a vegyszerállóságot, hőtágulást, viszkozitást stb.• CaO, Al2O3, stb.

4. Színezékek: oxidok 3d, 4f elektron szerkezettel; alkomponensek(<1 m%)5. Tisztítóanyagok: alkomponensek (<1 m%) a buborékok eltávozását segítik elő

• As-, Sb-oxidok, KNO3, NaNO3, NaCl, fluoridok, szulfátok. Hatásuk kicsi a termék föbb jellemzőire, de elősegítik a tömeggyártást.

Batch olvadási folyamatok1. Gázok kibocsátása

• CaCO3 → CaO + CO2↑• 1 mol mészkőből: ∼37 cm3 CaO22,400 Ncm3 CO2

• keverő, homogenizáló hatásuk van2. Folyadékfázis képződése

• a batch komponensek közvetlen olvadása• az eutektikus komponensek olvadása• az üvegtörmelék olvadása (meggyorsítja az olvadást)

Adalékanyagok

2019.05.02.

26


3. Az olvadt komponensek elgőzölgése• Oxid (foly.) → Oxid (gáz)• Alkáli oxidok (Li<Na<K<Rb<Cs• Pb, B, P, halidoknakrelatiíve magas a gőznyomásuk

4. Tisztító reakciók: buborékok eltávolításaa) Felúszássalb) Vegyi úton gázfejlesztő reakciókkalt• Arzén, antimon oxidok hatékonyak• 0.1-1.0 m% As2O3, Sb2O3; sorozatreakciók:• 4KNO3 + 2 As2O3 → K2O + 2 As2O5 + 4NO↑ + O2↑(a keletkezett nagy gázbuborékok magukkal ragadják a kicsiket)• Növelve a hőmérsékletet redukció lép föl:• As2O5 → As2O3 + O2↑ több buborék• Csökkentve a hőmérsékletet fordított lesz a reakció:• As2O3 + O2 → As2O5 : az oxigén távozik• Mivel az As, Sb mérgező, egyéb hőfokfüggőtisztító reakciókat is alkalmaznak:

szulfitokat: 2SO3 ↔ 2SO2 + O2↑Cérium-oxidot: 4CeO2 ↔ 2Ce2O3 + O2↑

Adalékanyagok

• Olvasztást könnyítő: fluor, bór, arzénvegyületek• Tisztulás segítés: arzén-trioxid, nitrátokFizikai tulajdonság, szín: PbO, CoO, F2O3, stb.• Színkialakítás oxidatív vagy reduktív viszonyok

között• „Színtelenítő” anyagok: mangán-, szelénvegyületek• Nagy törésmutató: ólomüveg• Opalizáló anyagok: fluor- és foszforvegyületek


2019.05.02.

27


Üveggyártás


2019.05.02.

28

Sorg LoNOx olvasztókemence palacküvegelőállításhoz


a) Beadagolás; b) Lefújás c) Ellenfújás; d) Átbillentés talpára; e) Újrahevítés; f) Végső fújás belső hűtéssel; g) Kivétel

Palackfújás folyamata


2019.05.02.

29

Üvegtermékek kialakítása

Centrifugálással Préseléssel

Préseléssel és fújással


A Danner eljárás üvegcső előállítására


2019.05.02.

30

Üvegszövet gyártása

a) Olvasztó tartály; b) Centrifúga fúvókákkal; c) Kötőanyag befújása;d) Üvegszövedék; e) Kötésképző kemence; f) Bárd; g) Termék



2019.05.02.

31

A Pilkington síküveg gyártási eljárás

a) Kemence; b) Olvasztott ón; c) Síkfürdő; d) Nitrogén-hidrogén elegy az ón oxidációjánakmegakadályozására; e) Kivezető nyílás; f) Hengerek



Táblaüveggyártás műveletei

2019.05.02.

32

Az üvegek színezésére használt fémvegyületek

Elem Ion Szín

Réz Cu2+ világoskék

Króm Cr3+ zöld

Cr6+ sárga

Mangán Mn3+ ibolya

Vas Fe3+ sárgás-barna

Fe2+ kékes-zöld

Kobalt Co2+ intenzív kék, borátüvegben rózsaszín

Co3+ zöld

Nikkel Ni2+ szürkés-barna, sárga, zöld, kék, ibolya az üvegtől függően

Vanádium V3+ zöld szilikát üvegben, barna borátüvegben

Titán Ti3+ ibolya redukáló körülmények között olvasztva

Neodímium Nd3+ vöröses ibolya

Szelén Se0 rózsaszín

Prazeodímium Pr3+ világos zöld


Üvegfelhasználások megoszlása


2019.05.02.

33

Zománcok

Kémiailag ellenálló üvegszerű bevonat.

Alapanyagok:

• Bórsav, bórax, földpát, szóda, salétrom, kvarc, folypát, kriolit, báriumkarbonát, agyag, kaolin

• Színező pigmentek

• Homályosító, átlátszatlanná tevő adalékok (fémoxidok, Sb2O3, TiO2, SnO2, CeO2, ZnO stb.)

Alapanyag összeolvasztása után őrlés.

Munkadarabra felvitel mártással (nedves szuszpenzió), vagy száraz szórással.

Ráolvasztás két rétegben: alap, fedőzománc.


Félvezető anyagok előállítása:

Si lapok

A szilíciumot nagy tisztaságú kvarchomokból

állítják elő szénelektródos ívkemencében szenet,

aktívszenet vagy faszenet használva

redukálószerként 1900oC hőmérsékleten.

SiO2 + C → Si + CO2.

SiO2 + 2C → Si + 2CO.

A folyékony szilícium összegyűlik a kemence

alján, ez 98% tisztaságú. A benne lévő

szilíciumkarbid a következő reakcióval tüntethető

el:

2 SiC + SiO2 → 3 Si + 2 CO.2005-ben ennek a kohászati minőségű

szilíciumnak $1.70/kg volt az ára.


2019.05.02.

34

P- és n-típusú Si félvezető anyagok előállítása

Szilícium előállítása

• Szilícium-dioxid (kvarchomok) redukciójával 96 - 99% tisztaság érhető el

• A redukció magas hőméársékletet igényel, mely elektromos ívkemencében érhető el.

• A redukciót szilícium-dioxid feleslegben végzik, hogy elkerüljék a szilícium-karbid

(SiC) felhalmozódást :

2SiO2(l) + 3C(s) Si(l) + 2CO2(g) + SiC(s)

2SiC(s) + SiO2(l) 3Si(l) + 2CO(g)

2019.05.02.

35

Si tisztítása: zónás olvasztás

A zónás olvasztás, amit zónás finomításnak is neveznek, volt az első ipari Si

tisztítási módszer. A szilícium rudakat egyik végüknél kezdődően

megolvasztják, ezután az olvasztókemence végighalad a rúd mentén úgy

hogy mindig egy keskeny rész van olvadt állapotban, amit elhagyott, az a Si

ismét megszilárdul. A szennyezések az olvadt régióban vannak végig, ily

módon összegyűlnek a rúd azon végében, amit legutoljára olvasztanak meg.

Ezt a részt levágják. Amennyiben a tisztaságot tovább kívánják növelni,

ismételt zónaolvasztást végeznek.


A Si tisztítás kémiai eljárásai

A Siemens eljárásban nagy tisztaságú Si rudakat triklórszilánnalreagáltatnak 1150 °C-on. A triklórszilán elbomlik és lerakódik a rudakra:

2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4

Ez polikristályos Si, szennyezéseket ppb szinten tartalmaz.

2006-ban az REC beindított egy fluid ágyas technológiával működőüzemet ami szilánnal működik:3SiCl4 + Si + 2H2 → 4HSiCl34HSiCl3 → 3SiCl4 + SiH4

SiH4 → Si + 2H2


http://en.wikipedia.org/wiki/Renewable_Energy_Corporation

2019.05.02.

36

A Si kristályosítása

A Czochralski eljárás szolgál félvezető egykristályok előállítására, a nagy

tisztaságú Si olvadékból, amit kvarc tégelyben olvasztanak meg, oltókristállyal

húznak felfelé megszilárduló Si rudat, amit közben még forgatnak is. A folyamtot

inert atmoszférában végzik. A Si-hoz itt adhatják hozzá a B-t vagy P-t, ha n vagy p

típusú félvezető alapot készítenek.

Ily módon 200-300 mm átmérőjű és 1-2 m hosszú rudakat állítanak elő, amiből

levágják a 0,2-0,75 mm vastag lapokat, amiket különböző célokra használnak

(napelem, integrált áramkörök, processzorok).


Szilícium előállítása

Tisztítás:

• Ultra-tiszta Si-ot (néhány ppm szennyezés) tégelyben megolvasztják.

A Czochralski eljárás

• adalékolják(B vagy P)

n-típusú vagy p-típusú

szilícium).

• Oltókristályt illesztenek

egy rúd végére és

bemártják az olvadt

szilíciumba, majd a

rudat húzzák és

forgatják

• A hőmérsékletgradiens és a húzási sebesség megfelelő

szabályozásával nagy egykristályokat növesztenek. (egykristály-

hibamentes kristályszerkezet)

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Silicon_crystal_4_inch_interferences_640x480.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Silicon_crystal_4_inch_interferences_640x480.jpg

Documents

Kerámiai iparok Építőipari kötőanyagok Üvegiparkkft.bme.hu/attachments/article/42/3.Szilikát- és építőanyag ipar, üveggyártás.pdf · Építőipari kötőanyagok A kötőanyagok