Температура плавления кварцевого песка в градусах. Достоинства и недостатки материала – общая оценка. Способы классификации кварцевого песка

Подскажите пожалуйста, какая температура плавления песка?

1. Температура плавления
   Материал из Википедии свободной энциклопедии
   Перейти к: навигация, поиск

   Температу#769;ра плавле#769;ния и отвердева#769;ния температура, при которой тврдое кристаллическое тело совершает переход в жидкое состояние и наоборот. При температуре плавления вещество может находиться как в жидком, так и в тврдом состоянии. При подведении дополнительного тепла вещество перейдт в жидкое состояние, а температура не будет меняться, пока вс вещество в рассматриваемой системе не расплавится. При отведении лишнего тепла (охлаждении) вещество будет переходить в тврдое состояние (застывать) и, пока оно не застынет полностью, температура не изменится.

   Температура плавления/отвердевания и температура кипения/конденсации считаются важными физическими свойствами вещества. Температура отвердевания совпадает с температурой плавления только для чистого вещества. На этом свойстве основаны специальные калибраторы термометров для высоких температур. Так как температура застывания чистого вещества, например, олова, стабильна, достаточно расплавить и ждать, пока расплав не начнт кристаллизоваться. В это время, при условии хорошей теплоизоляции, температура застывающего слитка не меняется и в точности совпадает с эталонной температурой, указанной в справочниках. Смеси веществ не имеют температуры плавления/отвердевания вовсе, и совершают переход в некотором диапазоне температур (температура появления жидкой фазы называется точкой солидуса, температура полного плавления точкой ликвидуса) . Поскольку точно измерить температуру плавления такого рода веществ нельзя, применяют специальные методы (ГОСТ 20287 и ASTM D 97). Но некоторые смеси (эвтектического состава) обладают определенной температурой плавления, как чистые вещества.
   Аморфные (некристаллические) вещества, как правило, не обладают чткой температурой плавления, с ростом температуры снижается вязкость таких веществ, и чем ниже вязкость, тем более жидким становится материал.
   К примеру, обычное оконное стекло - это переохлажднная жидкость. За несколько столетий становится видно, что при комнатной температуре стекло на окне сползает вниз под действием гравитации и становится внизу толще. При температуре 500-600 этот же эффект можно наблюдать уже в течение нескольких суток.

   Поскольку при плавлении объм тела меняется незначительно, давление мало влияет на температуру плавления. Зависимость температуры фазового перехода (в том числе и плавления, и кипения) от давления для однокомпонентной системы датся уравнением Клапейрона-Клаузиуса. Температуру плавления при нормальном атмосферном давлении (1013,25 гПа, или 760 мм ртутного столба) называют точкой плавления.

   Температуры плавления некоторых важных веществ:

   песок (температура плавления (tпл) = 1710 С) , глина (tпл от 1150 до 1787 С) ,
   температура плавления C
   водорода #8722;259,2
   кислорода #8722;218,8
   азота #8722;210,0
   этилового спирта #8722;114,5
   аммиака #8722;77,7
   ртути #8722;38,87
   льда (воды) +0
   бензола +5,53
   цезия +28,64
   сахарозы +185
   сахаринa +225
   oловa +231,93
   свинца +327,5
   алюминия +660,1
   серебра +960,8
   золота +1063
   железа +1535
   платины +1769,3
   корунда +2050
   вольфрама +3410

2. 17131728С, если песок состоит из чистого кварца
   http://ru.wikipedia.org/wiki/Песок
   http://ru.wikipedia.org/wiki/Кварц

Самодельное стекло.
З. Бобырь

Обычные стекла, получаемые из кварцевого песка, кальцинированной соды, мраморной пыли и других добавок, плавятся при очень высокой температуре- 1400°С. Получить такую температуру в лабораторных условиях трудно.
Но есть несколько стеклянных составов, плавящихся гораздо легче. С некоторыми из них можно в химических кабинетах провести интересные опыты. Вам понадобятся:
электрическая лабораторная печь, дающая нагрев до 700°С (можно использовать и лабораторную газовую или бензиновую горелку или паяльную лампу); фарфоровый тигель; небольшая ложка; пинцет или щипцы; лабораторные весы; химикалии: кварцевый песок (SiO2) , борная кислота (H3BO3) , свинцовый сурик (Pb3O4) [V], окись кобальта (Co2O3) , окись меди (CuO) . двухромовокислый калий (Na2Cr2O7) [I], криолит (Na3AlF6) , каолин (Al2O3*2SiO2*2H2O) , окись цинка (ZnO) .

Давайте приготовим стекло.
Приготовьте смесь (шихту): 10 весовых частей кварцевого песка, 20 частей борной кислоты и 70 частей свинцового сурика. Взвесьте материалы на лабораторных весах и тщательно перемешайте. На дно печи насыпьте слой песка толщиной 1-2 см. (Он предохранит печь от повреждения в случае, если тигель лопнет.) На песок поставьте пустой тигель и включите печь в электросеть. Когда печь нагреется до красного каления, выньте щипцами тигель и ложечкой понемногу всыпайте смесь в него, пока он не наполнится. Закройте его крышкой и нагревайте, пока в тигле не получится слой расплавленной стекломассы с газовыми пузырьками. На этот слой снова насыпьте смесь и дайте ей расплавиться. Затем подождите. Газовые пузырьки начнут уменьшаться и, наконец, совсем исчезнут. Получится прозрачная расплавленная стекломасса, по многим свойствам похожая на обыкновенное стекло
Выключив печь, откройте крышку. Когда масса немного остынет, пусть один из участников опыта нагреет щипцы, вынет ими тигель из печи, но не сразу, а задержав его над ней, чтобы от слишком быстрого охлаждения он не растрескался. Остывающая масса густеет постепенно. Когда она станет похожа на пчелиный мед, другой участник опыта (он работает в защитных очках) должен опустить в тигель, удерживаемый в наклонном положении, конец металлической или фарфоровой трубки и, вращая ее, чтобы стекломасса прилипла к ней, вынуть из тигля и вдуть в нее ртом воздух. На конце трубки получится стеклянный пузырь.
Когда стекло остынет еще немного, можно погружать в него железную проволоку и вытягивать ею стеклянные нити.
Если к основному составу прибавить нужные химикалии, то можно получить цветные стекла с низкой температурой плавления. Несколько рецептов дано на 3-й странице обложки.

Стеклянный клей приготовляется следующим образом.
Смесь 9 весовых частей кварцевого песка, 18 частей борной кислоты, 73 частей <свинцового> сурика сплавляют по описанному выше способу в фарфоровом тигле. Когда расплав станет совершенно прозрачным, тигель вынимают щипцами из печи и содержимое из него выливают в металлический сосуд, наполненный холодной водой. Стекло превращается в мелкие зернышки. Чтобы приготовить стеклянный клей, горсточку этих зерен надо тщательно растереть в фарфоровой или агатовой ступке, налив одновременно в ступку немного воды. Получится белая паста. Ею можно склеивать разбитые стеклянные предметы Поверхности излома смазывают тонким слоем клея и прижимают друг к другу. Предмет ставят в муфельную печь и нагревают до 520-530°С

Практически у каждого материала и соединения в мире имеется три возможных состояния: твердое, жидкое и газообразное. В нормальных условиях материалы пребывают в разном состоянии, которое зависит от их химических свойств.

Чтобы вывести их из равновесия, необходимо повышать или понижать температуру до указанного значения. Например, температура плавления стекла начинается примерно с 750 градусов по Цельсию. Материал имеет так называемые аморфные свойства, поэтому у него и нет конкретного значения.

Все зависит от количественного и качественного состава примесей в соединении. Так что установить конкретное значение для выбранного предмета можно исключительно экспериментальным путем. Для этого понадобится определенный набор измерительных приборов, который имеется только в специализированных лабораториях. Можно, конечно, взять и бытовые аналоги, но они будут иметь слишком большую погрешность.

Принципы расчета

Произвести расчет температуры плавления стекла в домашних условиях - очень сложная задача. Она будет связана со многими трудностями, среди которых стоит выделить:

• 1. Необходимость обеспечения поэтапного повышения температуры расплавляемого тела строго на один градус. В противном случае невозможно будет достоверно установить, при каком именно показателе начинается процесс перехода из твердого состояния в жидкое, то есть эксперимент завершится неудачей.
• 2. Нужно найти очень точный термометр, способный замерять температуру до 2 тысяч градусов по Цельсию с минимальной погрешностью. Лучше всего подойдет электронный прибор, который будет стоит слишком дорого для бытовых опытов.
• 3. Проведение эксперимента дома в принципе не самая удачная идея, потому что придется искать посуду, в которой можно плавить стекло, раздобыть устойчивый источник огня, способный обеспечить нужный уровень подогрева, купить дорогостоящее оборудование.

Процесс плавления

В лабораториях ученые выясняют искомое значение при помощи множественных опытов. Затем температура плавления стекла заносится в таблицу, которая содержит также химический состав соединения. Это нужно, чтобы понять, какие именно элементы больше всего влияют на плавление, чтобы в будущем можно было привести этот показатель к более-менее стандартным характеристикам.

Отсутствие четкого числа заставляет нерационально использовать производственные ресурсы. Например, на стекольных заводах в печах поддерживают температуру около 1600 градусов Цельсия, притом, что многие виды могли бы без проблем расплавиться и при одной тысяче. Экономия энергоносителей позволила бы значительно снизить себестоимость готовой продукции, что положительно повлияло бы на экономическую эффективность деятельности стеклодувных заводов.

Температура плавления стекла в градусах начинается от 750 (некоторые источники приводят цифру от 1000) и продолжается аж до 2500. При этом, если брать акриловое стекло, которое по сути не является стеклом, а просто имеет такое название, то оно плавится всего при 160 градусах, а на 200 градусах уже начинает кипеть. Но оно состоит из органической смолы и не имеет в составе кремния и других химических элементов.

А вот остальные марки наоборот зачастую могут похвастаться пестрым разнообразием состава. Используемый в производстве песок часто проходит недостаточную очистку, в результате чего в готовых изделиях содержится много ненужного. Внешне это никак не отражается на эксплуатационных свойствах, но приводит к аморфности химических характеристик.

Понижения температуры плавления стекла можно достичь, если в расплав добавить соответствующие элементы. В бытовых опытах наиболее доступными являются оксид свинца и борная кислота. Массовую долю нужно будет рассчитать по известным формулам, так как она будет зависеть от количества расплавленного стекла. После застывания можно будет повторить свой опыт и убедиться, что теперь материал плавится при значительно меньшей температуре.

Но стоит учесть, что полученное стекло не имеет практического значения и годится исключительно для опытов. Это связано с тем, что добавление примесей изменяет и его рабочие параметры, так что вещество не сможет в полной мере справляться с возложенными на него функциями. Именно поэтому никто не изменяет технологический процесс с помощью добавления указанных компонентов.

Основные значения

Приблизительные значения перехода стекла в жидкое состояние дл некоторых видов:

Температура плавления бутылочного стекла - 1200-1400 градусов по Цельсию;
- температура плавления кварцевого стекла - около 1665 градусов по Цельсию;
- температура плавления ампульного стекла - 1550-1800 градусов по Цельсию;
- жидкое стекло температура плавления - 1088 градусов по Цельсию.

Для последнего вещества можно указать точную цифру, потому что оно не проявляет аморфных свойств, так как является водно-щелочным раствором силикатов натрия и калия. Стоит также учесть, что стекло плавится не сразу, а вначале переходит в тягучее карамелеобразное состояние. Это свойство используется мастерами-стеклодувами для создания различных изделий и сувениров.

Заняться подобным ремеслом можно и в домашних условиях. Недостатка в сырье не будет, так как можно найти массу стеклянных бутылок прямо на улице. А в качестве прибора для размягчения материала подойдет и обычная газовая лампа. Свои изделия ручной работы можно будет потом продавать на сувениры и зарабатывать неплохие деньги.

Оглавление:

• Виды кварцевого песка
• Нормировка характеристик
• Эксплуатационные характеристики кварцевого песка
• Преимущества и недостатки

В качестве главных составляющих огромного количества стройматериалов выступают натуральные компоненты, которые характеризуются требуемыми свойствами и находятся в достаточном количестве для добычи в промышленных масштабах. Кварцевый песок считается одним из распространенных природных минералов и используется во всех областях строительной деятельности. Характеристики песка позволили ему обрести столь высокую популярность.

Кварцевый песок является одним из наиболее распространенных стройматериалов и используется в различных сферах строительства.

Перед тем как начать знакомиться с химическими свойствами материала, стоит узнать, чем они обеспечиваются. В качестве основного компонента кварцевого песка выступает диоксид кремния, который представлен кварцем. Его формула выглядит следующим образом: SiO2. В его составе можно встретить оксиды железа, органические примеси, глину и иные металлы. Содержание кварца в первостепенном минерале, как правило, равно 93-95%.

Принцип действия строительных составов, используемых при производстве плит и блоков, основывается на химическом взаимодействии компонентов. Образуемые в его результате неорганические цепочки гарантируют необходимые параметры материала.

Диоксид кремния представляет собой кислотный оксид, что обуславливает взаимодействие с соединениями алюминия и кальция, которые имеются в известняке и глине. Процесс способен протекать при высыхании влажного состава или в момент термического запекания.

Виды кварцевого песка

Кварцевый песок может быть представлен естественной и искусственной разновидностями, которые отличаются способом добычи. Первый вид распространен повсеместно в природе, его можно найти на дне водных бассейнов и в толще почвы. Фракция большей части его зерен может варьироваться в пределах 0,2-1 мм.

Есть несколько путей добычи кварцевого песка, один из них это разработка карьеров, которая выступает в роли ведущего способа. Если добыча осуществляется над уровнем моря, материал носит название горного. Вид карьерного песка характеризуется заостренными формами и шершавой поверхностью, что делает его ценным стройматериалом. После добычи песок может дополнительно обрабатываться, что предусматривает просеивание, промывание и сушку. Еще один путь добычи кварцевого песка это разработка водных бассейнов, при этом частички вымываются и отличаются чистотой.

Морской песок не столь ценен по причине увеличенного содержания минеральных примесей. Такой материал имеет гладкую форму.

Кварцевый песок обладает еще одной разновидностью искусственной. Но, несмотря на название, материал имеет естественное происхождение, ведь первоначально находится в качестве крупных кристаллов. Для того чтобы кристаллы кварца превратились в песок, используется механическое воздействие, затем осколки дробятся.

Можно выделить некоторые направления классификации песка на основе кварца, например, по фракционному составу. Таким образом, кварц может быть пылевидным, фракция материала при этом менее 0,1 мм, мелкозернистым с размером зерен в пределах от 0,1 до 0,25 мм, средним фракция в пределах 0,25-0,5 мм, крупнозернистым 0,5-1 мм, в редких случаях размер зерен может достигать 3 мм.

Морской песок содержит большое количество минералов, поэтому редко используется в строительстве.

Классифицировать кварцевый песок можно еще и по обогащению. Так, он может быть необогащенным и обогащенным. Первый вариант минерал в исходном виде, не подверженный обработке для увеличения в составе количества диоксида кремния. Второй вариант представлен песком, который содержит увеличенное на некоторое количество процентов содержание кварца, чего удается добиться за счет устранения ряда примесей. Так, белый материал не имеет в составе органических соединений, примесей глины, оксидов железа, чего удается добиться после просеивания, мытья и сушки.

Кварцевый песок может быть классифицирован и по технологии обогащения.

Первоначальный этап обогащения предполагает фракционирование и промывку. Следующим шагом может стать гравитационное обогащение, что имеет цель разделить компоненты состава по плотности.

Частички могут иметь разную окраску. Существует природный и окрашенный материал. Природный характеризуется оттенками от бледно-желтого до коричневато-желтого. А при искусственном окрашивании используются устойчивые краски на базе синтетических связующих.

Разные технические характеристики имеют пески, классифицированные по степени подготовки. Так, при производстве может требоваться фракционированный материал, сухой или прокаленный, последний из которых характеризуется отсутствием в составе влаги, что достигается прокаливанием.

Нормировка характеристик

Главным регулирующим документом выступает ГОСТ 2138-91. В документе отражены требования к ведущим характеристикам и параметрам качества. Так, можно выделить 5 групп материала, у каждой из которых должно содержаться установленное количество глины в пределах 0,2-2,0%. Содержание диоксида кремния в песке должно варьироваться от 93 до 99%, материал с определенным содержанием этой составляющей станет соответствовать группе К1-К5.

Материал может иметь и свой коэффициент однородности, с увеличением значения песчаная смесь характеризуется большей однородностью. Песок имеет и определенный фракционный состав, что отражает габариты частиц. Учитывается ГОСТ и влажностные показатели. Сухие составы содержат максимальные 0,5% влаги, тогда как влажные не должны содержать более 4,0%. Что касается сырых, то этот показатель не превышает 6,0%.

Получение стекла, бывшего когда-то редкостным и ценным произведением искусства, в настоящее время является распространенным производственным процессом. Изделия из стекла используются в качестве промышленной и бытовой тары, изоляторов, армирующего волокна, линз и предметов декоративного искусства. Материалы для получения различных типов стекла могут отличаться, но общий процесс его получения описан ниже.

Шаги

Использование печи

Приобретите кварцевый песок. Кварцевый песок - это основной ингредиент для производства стекла. Стекло без примесей железа ценится за прозрачность, так как если в стекле содержится железо, стекло будет казаться зеленоватым.

• Надевайте маску, если вы работаете с очень тонкозернистым кварцевым песком. При вдыхании он может раздражать горло и легкие.
• Кварцевый песок можно купить в интернет-магазинах. Он довольно дешевый, мешок весом 25 кг стоит в районе 200 рублей. Если вы хотите работать в промышленных масштабах, то для больших партий специализированные продавцы могут предложить хорошие цены - иногда менее 2000 рублей за тонну.
• Если вы не можете найти песок, который содержит мало примесей, эффект зеленоватого оттенка можно компенсировать добавлением небольших количеств диоксида марганца. А если вы хотите зеленоватое стекло, оставьте железо как есть!

1. Добавьте к песку карбонат натрия и оксид кальция. Карбонат натрия (называемый кальцинированной содой) снижает температуру получения промышленных стекол. Однако он вызывает разъедание стекла водой. Поэтому, чтобы нейтрализовать это явление, в стекло дополнительно вводят оксид кальция, или известь. Для того, чтобы сделать стекло более стойким, в него вводят оксиды магния и/или алюминия. Обычно эти добавки занимают не более 26–30 процентов в составе стекла.

   В зависимости от назначения стекла, добавьте другие химические вещества. Наиболее распространенная добавка для декоративных стекол - это оксид свинца, который обеспечивает блеск хрусталя, а также его низкую твердость, облегчающую резку, а также низкую температуру образования расплава. Линзы очков могут содержать оксид лантана, Который используется из-за своей преломляющей способности, тогда как железо способствует поглощению железа стеклом.

   • Свинцовый хрусталь может содержать до 33 процентов оксида свинца, однако чем больше свинца, тем больше опыта требуется для того, чтобы сформовать расплавленное стекло, поэтому многие стеклоделы выбирают низкое содержание свинца.

2. Добавьте компоненты для получения желаемого цвета стекла, если это необходимо. Как было отмечено выше, примеси железа в кварцевом стекле придают ему зеленоватый вид, поэтому оксид железа добавляется для повышения зеленоватого оттенка, как и оксид меди. Соединения серы дают желтоватый, янтарный, коричневатый и даже черный оттенок, в зависимости от того, сколько углерода или железа дополнительно добавляют в стекольную шихту.

   поставьте шихту в хороший температуроустойчивый тигель. Тигель должен выдерживать исключительно высокую температуру, которая достигается в печи. В зависимости от добавок, она может колебаться от 1500 до 2500 градусов. Тигель должен быть таким, чтобы захват его металлическими щипцами и прутьями не составлял затруднений.

   Расплавьте смесь до жидкого состояния. Для промышленного силикатного стекла это осуществляется в газоотапливаемой печи, специальные стекла можно плавить в электрической, горшковой или муфельной печи.

   • Кварц и песок без примесей переходят в стеклообразное состояние при температуре 2300 градусов Цельсия.Добавление карбоната натрия (соды) снижает температуру, необходимую для стеклообразования до 1500 градусов Цельсия.

3. Гомогенизируйте расплавленное стекло и удаляйте из него пузырьки. Это подразумевает размешивание стекла до равномерной густоты и добавление таких веществ, как сульфат натрия, хлорид натрия или оксид сурьмы.

   Отформуйте расплавленное стекло. Формование стекла можно осуществлять одним из следующих способов:

   • Расплав стекла можно вылить в форму и дать ему остыть. Этот метод использовался египтянами, именно так создаются большинство оптических линз.
   • Большое количество расплавленного стекла можно собрать на конце полой трубы, а затем выдувать его, поворачивая трубу. Стекло формуется благодаря воздуху, продуваемому в трубу, силе тяжести, действующей на расплав стекла, и любым инструментам, которые использует стеклодув для работы с расплавленным стеклом.
   • Расплавленное стекло можно выливать в ванну с расплавленным оловом, используемым в качестве субстрата, и продувать его сжатым азотом для формования и полировки. Сформованное по этому методу стекло называется флоат-стеклом и именно так производят листовое стекло с 1950-х годов.

4. Медленно охладите стекло в печи. Этот процесс называется отжигом, и при нем удаляются все точечные источники напряжений, которые могут образовываться в процессе охлаждения стекла. Неотожженное стекло гораздо менее прочное. Как только процесс будет завершен, на стекло можно наносить покрытие, ламинировать или обрабатывать его каким-либо другим способом для повышения прочности и стойкости.

   Использование жаровни на древесном угле

   1. Сделайте импровизированную печь из гриля для барбекю, отапливаемого древесным углем. В этом методе для расплавления кварцевого песка в стекло используется теплота, вырабатываемая пламенем от сжигания древесного угля. Используемые материалы относительно дешевы и доступны - теоретически, чтобы подготовить все необходимое для получения стекла, вам понадобится лишь сбегать в строительный магазин. Используйте большой гриль для барбекю - подойдет гриль стандартного размера модели «купол». Он должен быть как можно более толстостенным и прочным. Большинство грилей для барбекю имеют вентиляционное отверстие на дне - откройте его.

      • Даже при чрезвычайно высокой температуре, которая достигается при использовании данного метода, расплавить песок на гриле может быть очень сложно. Перед тем как начать, добавьте к песку небольшое количество (около 1/3–1/4 объема песка) стиральной соды, извести и/или буры. Эти добавки снижают температуру плавления песка.
      • Если вы собираетесь выдувать стекло, имейте под рукой длинную полую металлическую трубу. Если же вы собираетесь выливать стекло в форму, подготовьте ее заранее. Вам нужна форма, которая не сгорит и не расплавится от жара расплавленного стекла, для этих целей отлично подходит графит.

   2. Знайте опасность этого метода. Этот метод предусматривает нагрев гриля для барбекю за пределы его нормальных температурных ограничений - настолько, что может даже расплавиться сам гриль. Неосторожная работа с использованием этого метода представляет угрозу тяжелейших ранений или даже смерти . Работайте с осторожностью. Держите под рукой большой объем земли, песка или огнетушитель, предназначенный для высоких температур, на случай, если вам понадобится уменьшить интенсивность огня.

      Предпримите все возможные меры предосторожности, чтобы защитить себя и ваши вещи от высокой температуры. Работайте по данному методу на бетонной поверхности вне помещения, в условиях достаточного пространства вокруг. Не используйте незаменимое оборудование. Держитесь подальше от гриля, когда вы варите стекло. Вам также нужно надеть как можно больше защитной одежды, включая:

      • высокопрочные перчатки или рукавицы для печей;
      • сварочную маску;
      • высокопрочный фартук;
      • огнестойкую одежду.

   3. Приобретите пылесос для домашней мастерской с длинной насадкой на шланг. С помощью клейкой ленты или еще каким-нибудь образом изогните шланг так, чтобы он дул прямо в вентиляционное отверстие на дне, не касаясь корпуса гриля. Вероятно, вам понадобится прикрепить шланг к одной из ножек или колесиков гриля. Поставьте сам пылесос как можно дальше от гриля.

      • Убедитесь, что шланг закреплен и не двигается: в случае высвобождения его во время варки стекла, не подходите к грилю, если он будет сильно разогрет.
      • Включите пылесос, чтобы проверить положение шланга. Точно размещенный шланг будет дуть прямо в вентиляционное отверстие.

   4. Выложите внутреннюю поверхность гриля древесным углем. Используйте больше угля, чем вы бы взяли для запекания мяса. Успешные результаты наблюдаются при заполнении гриля практически до краев. Поставьте в середину гриля чугунную кастрюлю или тигель с песком, обсыпав их древесным углем.