• Like
Prezentacija 6
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
5,192
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1

Actions

Shares
Downloads
59
Comments
0
Likes
0

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. INDUSTRIJSKA HEMIJSKA ANALIZA 6
  • 2. STAKLO
  • 3. Staklo
    • Osobine koje čine staklo jednim od osnovnih materijala savremene civilizacije su:
    • čvrstina,
    • providnost i
    • hemijska postojanost.
    • Staklo je prehlađena tečnost sa vrlo velikim unutrašnjim trenjem:
    • nema tačku topljenja pošto trenje opada sa porastom
    • temperature,
    • staklo postepeno omekšava pre prelaska u tečno stanje, što omogućava njegovu obradu
  • 4. Hemijski sastav stakla
    • Približan hemijski sastav stakla je:
    • CaO ∙ Na 2 O ∙ 6SiO 2
    • Jedino je kvarcno staklo po hemijskom sastavu prosto: SiO 2
    • Od ostalih sastojaka staklo sadrži silikate:
    • Ka, Ca, Mg, Ba, Pb, Zn, Al, Fe, Mn i dr.
    • Silicijumova kiselina se može zameniti ili dopuniti bornom kiselinom ili, u specijalnim slučajevima, fosfornom kiselinom.
  • 5. Osobine stakla
    • Osobine stakla zavise od pojedinih sastojaka:
    • Alkalije smanjuju temperaturu omekšavanja, tvrdoću i otpornost prema hemijskom dejstvu.
    • PbO deluje slično kao alkalije, međutim olovno staklo ima odlične optičke osobine.
    • Borna kiselina smanjuje temperaturu omekšavanje, koeficijent širenja, a povećava hemijsku postojanost.
    • Borno staklo ima manju tendenciju za rastakljivanjem,
    • zato se koristi za izradu laboratorijskog stakla, cevnih vodova, kuhinjskih sudova, izolatora ili zaptivača.
  • 6.
    • Al 2 O 3 najviše povećava hemijsku postojanost, a smanjuje tendenciju za rastakljivanjem i koeficijent širenja, međutim, povećava temperaturu omekšavanj a , odnosno viskozitet stakla
    • Fe 2 O 3 poboljšava osobine stakla, međutim boji staklo u mrko, pa mu je količina ograničena.
  • 7.
    • Radi bojenja stakla dodaju se:
      • hrom
      • vanadijum,
      • bakar,
      • mangan
    • nikal
    • kobalt
  • 8.
    • Za zamućivanje stakla dodaju se fluori d i i fosfati :
  • 9. Hemijske osobine stakla
    • Staklo je otporno prema korozivnom dejstvu:
      • vode,
      • vodenih rastvora kiselina, baza i soli,
      • organskih rastvora.
    • Hemijska postojanost raste sa porastom sadržaja SiO 2 , B 2 O 3 i Al 2 O 3 , a opada sa porastom sadržaja alkalija.
    • Staklo je nepostojano prema fluorovodoničnoj kiselini. HF nagriza staklo gradeći SiF 4 , što se koristi za šaranje stakla.
    • Nepostojano je prema stopljenim alkalijama, ključalim rastvorima jakih alkalija i fosfornoj kiselini.
  • 10. Fizičke osobine stakla
    • Fizičke osobine stakla zavise od hemijskog sastava, ali i od načina termičke obrade, stabilizacije pri hlađenju i td.:
    • tvrdoća - oko 6 (po Mosovoj skali),
    • gustina običnog stakla – 2,4 – 2,6 g/cm 3,
    • a olovno-kristalnog – 3,0 – 3,8 g/cm 3
    • Indeks prelamanja običnog stakl a – 1,4
    • a olovnog – 1,9.
    • Koeficijent širenja znatno zavisi od hemijskog sastava:
      • za obično staklo – 80 – 90x10 -7,
      • za kvarcno staklo – 5x10 -7,
      • za “pyrex” staklo (vatrostalno) – 32x10 -7 .
    • Električna provodljivost je mala, ali raste sa temperaturom.
    • Suvo staklo je odličan izolator.
  • 11. Podela stakla
    • Prema hemijskom sastavu:
      • alkalno – krečno,
      • alkalno – olovno,
      • aluminijum – bor – silikatno.
    • Prema nameni:
      • ravno staklo (za prozore, ogledala, ornamentiku),
  • 12.
      • šuplje (duvano) staklo ,
      • optičko staklo,
      • specijalne vrste stakla.
      • staklena vlakna filter staklo
  • 13. Proizvodnja stakla
  • 14. Proizvodnja stakla
    • Z asniva se na reakcijama i z me đ u kiselih i ba z nih sastojaka smese pri č emu nastaju silikati :
    • Na 2 CO 3 + x SiO 2 = Na 2 O ∙ x SiO 2 + CO 2
    • CaCO 3 + y SiO 2 = CaO ∙ y SiO 2 + CO 2
    • Na 2 SO 4 + z SiO 2 +C = Na 2 O ∙ z SiO 2 + CO + SO 2
  • 15.
    • Industrijski postupak obuhvata:
    • Podrazumeva mlevenje, granulaciju, prečišćavanje, odmeravanje komponenti, njihovo mešanje i homogenizaciju.
    • Za proizvodnju stakla koriste se dve vrste sirovina:
    • Osnovne sirovine
    • - kvarcni pesak,
    • - soda (natrijum – karbonat) ili
    • glauberova so (natrijum – sulfat),
    • - kreč.
    • - stakleni krš.
    Priprema sirovina Topljenje Hlađenje Oblikovanje staklene mase Završna obrada
  • 16.
    • - Kvarcni pesak treba da bude sitan i sa što manje Fe 2 O 3 ukoliko se koristi za prozorsko ili optičko staklo (najviše 0,01-0,02% Fe 2 O 3 ) (a).
    • Za staklo za boce sadržaj
    • Fe 2 O 3 može biti 0,1-1 % (b).
    • - Kreč se dodaje u obliku samlevenog krečnjaka, mermera ili laporca.
    (a) (b)
  • 17.
    • Soda ili Na 2 SO 4 dodaju se kao topitelji:
      • Sulfat deluje i kao sredstvo za bistrenje jer se u toku procesa oslobađaju CO i SO 2 :
      • Na 2 SO 4 + SiO 2 + C = Na 2 SiO 3 + CO + SO 2
      • U slučaju korišćenja sulfata neophodno je prisustvo ugljenika (redukcionog sredstva), da bi se smanjila temperatura na kojoj se reakcija odigrava.
    • Stakleni krš predstavlja veliki deo svake šarže u proizvodnji stakla: 10 – 75% (najčešće 20 – 30%). Olakšava topljenje i omogućava dobijanje ujednačenog proizvoda.
  • 18.
    • 2. Sredstva za bojenje:
      • joni metala
        • Fe 2+ joni boje staklo plavo-zeleno,
        • Fe 3+ joni boje žuto-zeleno do mrko-crveno,
        • Co 2+ joni boje tamno-plavo (kobaltno plavo) .
      • Koloidno dispergovani metali:
        • selen boji ružičasto,
        • zlato boji ružičasto do purpurno
        • bakar boji zatvoreno crveno itd.
      • Metalni oksidi ili sulfidi.
  • 19.
    • 3. Sredstva za zamućivanje – za dobijanje mlečnog stakla:
      • fosfati (u obliku koštanog pepela ili trikalcijum-fosfata),
      • SnO 2 , TiO 2 , Pb(AsO 3 ) 2 ,
      • neki fluoridi (NaF, CaF 2 ).
      • Zamućivanje je posledica izdvajanja kristalića
      • (npr. fluorida) koji izazivaju neku vrstu rastakljivanja, usled čega staklo postaje mutno.
    • 4. Sredstva za obezbojavanje
      • Uklanja se boja koja potiče od primesa,
      • To su najčešće oksidaciona sredstva koja održavaju oksidacionu atmosferu tokom procesa (šalitra, arsenik i šalitra, cerijum-dioksid, mangan-dioksid).
  • 20.
    • 5. Sredstva za bistrenje
      • To su supstance koje se na visokoj temperaturi u peći razlažu oslobađajući gasove.
      • Ovi gasovi izlaze u velikim mehurovima, povlačeći sa sobom sitne mehurove i neistopljene deliće komponenata, pa masa postaje bistrija.
      • Najčešće se dodaju:
        • arsenik i šalitra, arsenik,antimo-pentoksid, cerijum-dioksid,
        • natrijum-hlorid koji isparava,
        • natrijum-sulfat
  • 21.
    • Koriste se dve vrste peći za topljenje sirovina:
      • Peći sa loncima
      • Kadne ili koritaste peći
    Priprema sirovina Topljenje Hlađenje Oblikovanje staklene mase Završna obrada
  • 22. Peći sa loncima
    • U njima se proizvodi:
    • obojeno staklo,
    • skoro sve šuplje staklo,
    • deo presovanog stakla,
    • optičko staklo.
    • Staklo se topi u l o ncima koji se greju u plamenoj peći.
    • Proces je diskontinualan.
    • Pod i zidovi peći su od šamotnih opeka, a svod (izdržava najvišu temperaturu) je od silikatnih opeka (96% SiO 2 i 4% Al 2 O 3 ).
  • 23.
    • Lonci su od 50% sirove netopljive gline i 50% šamota i dodaju se otpaci od starih lonaca, ali bez stakla.
    • Rad sa loncima je periodičan:
      • Sirovina se dodaje u lonce kašikama .
      • Staklena masa se vadi iz lonaca kašikama.
      • Peć se ne gasi.
      • Lonci se ne hlade.
  • 24. Koritaste peći
    • Proces u koritastim pećima je kontinualan:
    • Staklo se topi u koritu (kadi) pomoću plamena koji prelazi preko mase.
    • Na jednom kraju kade kontinualno se dodaje homogenizovana smesa sirovina.
    • Na drugom kraju kade se staklo uzima na preradu.
    • Staklena masa se stalno kreće.
    • Peći se zagrevaju generatorskim gasom.
    • U peći se formiraju tri zone:
      • zona topljenja (oko 1000 ° C),
      • Zona bistrenja (oko 1450 ° C),
      • Radna zona – tu je staklo ohlađeno na radnu temperaturu (1000 - 1200 ° ), gde se uzima za dalju obradu.
  • 25. Koritasta peć Radna zona 1000 - 1200 ° C Zona bistrenja 1450 ° C Zona topljenja 1000 ° C Istopljeno staklo Istopljeni kalaj
  • 26.
    • Najstariji način oblikovanja staklene mase (prerade stakla) je duvanje snagom pluća, pomoću naročitih lula (duvaljki).
    • Nekada su na ovaj način izrađivani stakleni predmeti za sve potrebe (čak i ravno prozorsko staklo).
    Priprema sirovina Topljenje Hlađenje Oblikovanje staklene mase Završna obrada Priprema sirovina Topljenje Hlađenje Oblikovanje staklene mase Završna obrada
  • 27. Prerada stakla
    • Danas je prerada mehanizovana, duvanje se vrši komprimovanim vazduhom u specijalnim mašinama.
    • Za ravno staklo, boce, kruške za
    • sijalice i dr. uvedena je mašinska proizvodnja.
  • 28. Oblikovanje duvanog stakla Prvi kalup Drugi kalup Duvaljka Vazduh Linija razdvajanja kalupa Vazduh Stopljeno staklo
  • 29.  
  • 30. Presovanje
    • Presovanje je uobličavanje staklenih predmeta nabijanjem staklene mase u kalupe pod pritiskom.
    • Kalupi se izrađuju od mesinga i unutrašnja strana im se premazuje voskom.
    Kalup Staklena masa Presa
  • 31. Rotiranje
    • Na ovaj način se oblikuju stakleni predmeti kao što su katodne cevi za televizore i kompjuterske monitore.
    • Vrela staklena masa se stavi u kalup (1).
    • Rotiranjem kalupa velikom brzinom staklo se raširi po površini kalupa (2).
    Vrela staklena masa Kalup
  • 32. Ravno staklo
    • Ravno staklo se oblikuje i z vla č enjem po Furkolovom postupku koji je počeo komercijalno da se primenjuje početkom 20. veka.
    • Po Furkolovom postupku staklena ploča se neprekidno izvlači iz radnog dela peći vertikalno naviše:
    • U stopljeno staklo stavlja se propusna šamotna ćelija.
    • Staklena masa je u otvoru ćelije pod malim pritiskom.
    Šamotna ć elija Stopljeno staklo
  • 33.
    • Staklena masa se zahvata metalnom mrežom u obliku ravne ploče, povlači napolje i ubacuje među parove valjaka.
    • U toku izvlačenja staklo se hladi.
    Noseći valjci Oblikujući valjci Stopljeno staklo
  • 34. Savremena proizvodnja ravnog stakla
  • 35.  
  • 36. Valjanje
    • Valjanje je i z livanje staklene mase na stolove i razvlačenje pomoću valjaka.
    • Valjanjem se proizvodi armirano staklo.
    • Armirano staklo se dobija utiskivanjem metalne mreže u izliveno staklo ili
    • Izlivanjem staklene ploče preko metalne mreže.
  • 37. Oblikovanje staklenih vlakana
    • Guga kontinualna staklena vlakna za proizvodnju staklene mate i tkanine formiraju se postupkom izvlačenja.
  • 38. Stopljeno staklo Dizna Primarna polimerna obloga Sekundarna polimerna obloga Obloženo optičko vlakno Peć Prihvatni kalem Valjak Oblikovanje optičkih vlakana
  • 39. Sigurnosno staklo
    • Sigurnosno staklo se proizvodi na dva načina:
    • Dve ili više staklenih ploča se lep e nekom providnom sintetičkom plastičnom masom (polivinilnim sm o lama ili acetatnom celulozom).
    • Naročitom termičkom obradom – “kaljenjem”:
      • Formirani predmet se zagreje na temperaturu “otpuštanja”(omekšavanja),
      • zatim se naglo hladi pomoću vazduha.
  • 40.
    • Obavezno se vrši uklanjanje oštrih ivica brušenjem ili stapanjem plamenikom.
    • Oplemenjivanje stakla:
      • duboko brušenje pomoću ploče od silicijuma,
      • Poliranje .
    Priprema sirovina Topljenje Hlađenje Oblikovanje staklene mase Završna obrada
  • 41.
    • Nagrizanje se vrši fluorovodonikom (H 2 F 2 ) po šari koja se nacrta u parafinu kojim je staklo premazano.
    • Matiranje se može izvesti na dva načina:
      • Hemijskim nagrizanjem sa H 2 F 2 ili CaF 2 ili
      • Mehanički, prskanjem finim peskom pod pritiskom (peskiranje).
    • Malanje (površinsko bojenje) vrši se masnim bojama, najčešće na hladno.
  • 42. Hemijska anali z a silikata
    • Pri analizi silikata obično se određuju:
      • SiO 2 , Al 2 O3, Fe 2 O 3 , MgO, CaO, Na 2 O, K s O, BaO.
      • Ređe se određuju PbO, TiO 2 , P 2 O 5 , Mno, Cr 2 O 3 , V 2 O 3 , ZrO 2 itd.
  • 43. Priprema uzorka
    • Uzorak mora da bude izuzetno fino sprašen.
    • Sprašivanje se vrši u Platnerovom avanu (ahatnom avanu) ili ahatnom mlinu sa kuglom.
    • Sušenje uzorka se vrši u sušnici na 105 ° C (rezultat analize se daje u težinskim procentima suvog uzorka).
    • Rastvaranje uzorka:
      • Silikati sa većim procentom baznih oksida rastvaraju se u kiselinama.
      • Silikati sa većim sadržajem SiO 2 rastvaraju se alkalnim topljenjem.
      • Većina prirodnih silikata i neki veštački (staklo, porcelan) ne mogu se potpuno rastvoriti u kiselinama, pa se vrši alkalno topljenje.
  • 44. Određivanje sadržaja SiO 2
    • Uzorak silikata se rastvara alkalnim topljenjem.
    • Alkalno topljenje se vrši zagrevanjem sprašenog uzorka i smeše kalijum – karbonata i natrijum - karbonata (1:1) u platinskom lončiću na plamenu.
    • Istopljeni karbonati prevode se u rastvor rastvaranjem u konc. HCl (svi osim silicijumove kiseline).
    • Nerastvorna silicijumova kiselina se odvoji ceđenjem kroz filter papir “crna traka”.
    • Žarenjem prvo na plamenu, pa u peći, silicijumova kiselina se prevodi u SiO 2 .
    • T ačan sadržaj SiO 2 se određuje isparavanjem sa HF po jedn.
    • SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2 H 2 O
    • i z gubitka mase a prema formuli SiO 2 = a ∙ 100/m
    • gde je m masa izmerenog uzorka.
  • 45. Određivanje sadržaja Al 2 O 3 i Fe 2 O 3
    • Oksidi aluminijuma i gvožđa određuju se iz filtrata posle određivanja SiO 2 :
    • Taloženjem amonijum – hidroksidom (u prisustvu amonijum – hlorida) u obliku R(OH) 3
    • Žarenjem na 1000 ° C pri čemu nastaje smeša oksida R 2 O 3 i merenjem istih.
    • Zatim se odredi sadržaj Fe 2 O 3 po jednoj od dve standardne metode za određivanja gvožđa:
      • Za silikate sa sadržajem gvožđa ispod 1% koristi se spektrofotometrijska metoda sa kalijum – tiocijanatom (KSCN).
      • Za silikate sa sadržajem gvožđa većim od 1% koristi se volumetrijska metoda po Cimerman – Rajnhardu
  • 46. Cimerman – Rajnhardova metoda
    • Fe 3+ joni se redukuju u Fe 2+ primenom SnCl 2 prema jednačini:
    • 2FeCl 3 + SnCl 2 = 2FeCl 2 + SnCl 4
    • Višak SnCl 2 se uklanja dodatkom rastvora HgCl 2 , pri čemu dolazi do reakcije:
    • SnCl 2 + 2HgCl 2 -> SnCl 4 + Hg 2 Cl 2 (beli talog)
    • Rastvoru se zatim dodaje Cimerman – Rajnhardov rastvor koji se sastoji od:
      • H 3 PO 4 – vezuje Fe 3+ jone (žute) u bezbojan kompleks.
      • MnSO 4 – smanjuje oksidacionu moć titracionog sredstva (KMnO 4 ) da se ne bi oksidisao Cl - jon u Cl 2 .
  • 47.
      • H 2 SO 4 obezbeđuje kiselu sredinu za titraciju.
    • Zatim se Fe 2+ joni titrišu rastvorom KMnO 4 (0,02 M):
    • 10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 -> 5Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O
    • Izračunavanje:
  • 48. Određivanje sadržaja CaO i MgO
    • Oksidi kalcijuma i magne z ijuma odre đ uju se i z filtrata posle odvajanja gvožđa i aluminijuma:
    • Najpre se taloži Ca rastvorom amonijum - aksalata.
    • Dobijeni talog kalcijum – oksalata (CaC 2 O 4 ) se posle ceđenja žari na 1000 - 1100 ° C i meri kao CaO.
    • Izračunavanje:
    • %CaO = a ∙ 100 ∙ alikvot/m,
    • g de je a = masa CaO posle žarenje i hlađenja,
    • a m = masa izmerenog uzorka silikata.
  • 49.
    • Magnezijum se određuje iz filtrata posle odvajanja kalcijuma.
    • Taloženje se vrši rastvorom amonijum – fosfata.
    • Dobijeni talog magnezijum – amonijum – fosfata (MgNH 4 PO 4 ) se, posle ceđenja, žari na 1000 ° C pri čemu prelazi u magnezijum – pirofosfat (MgP 2 O 7 ), u kom obliku se i meri.
    • Izračunavanje:
    • %MgO = a ∙ F ∙ 100/m,
    • g de je F = 2MgO/Mg 2 P 2 O 7 - gravimetrijski faktor.
  • 50. Određivanje sadržaja Na 2 O i K 2 O
    • Za određivanje oksida natrijuma i kalijuma uzorak silikata se posebno rastvara i to zagrevanjem sa HF i HClO 4 , pri čemu silicijum isparava kao SiF 4 .
    • Dobijeni rastvor se razblaži d e stilovanom vodom do određene zapremine (najčešće 100 cm 3 ).
    • Na i K se određuju metodom plamene fotometrije ili standardnim gravimetrijskim postupkom .