CÔNG NGHIỆP SILICAT

I - THỦY TINH
$1.$ Thành phần hóa học và tính chất của thủy tinh
Thành phần loại thông thường được dùng làm cửa kính, chai, lọ,... là hỗn hợp của natri silicat, canxi silicat và silic đioxit, có thành phần gần đúng viết dưới dạng các oxit là $Na_2O.CaO.6SiO_2$. Thủy tinh loại này được sản xuất bằng cách nấu chảy một hỗn hợp gồm cát trắng, đá vôi và sođa ở $1400^0C$:
$$6SiO_2+CaCO_3 +Na_2CO_3\xrightarrow[{}]{{t^0}} Na_2O.CaO.6SiO_2 +2CO_2 $$
Thủy tinh không có cấu trúc tinh thể mà là chất vô định hình, nên không có nhiệt độ nóng chảy xác định. Khi đun nóng nó mềm dần rồi mới chảy, do đó có thể tạo ra những đồ vật và dụng cụ có hình dạng như ý muốn.
$2$. Một số loại thủy tinh
Ngoài loại thủy tinh thông thường nêu trên, còn có một số loại thủy tinh khác, với thành phần hóa học và công dụng khác nhau.
- Khi nấu thủy tinh, nếu thay $Na_2CO_3$ bằng $K_2CO_3$ thì được thủy tinh kali, có nhiệt độ hóa mềm và nhiệt độ nóng chảy cao hơn. Thủy tinh kali được dùng làm dụng cụ thí nghiệm, lăng kính, thấu kính,...
- Thủy tinh chứa nhiều chì oxit dễ nóng chảy và trong suốt, được gọi là thủy tinh pha lê.
- Thủy tinh thạch anh được sản xuất bằng cách nấu chảy silic đioxit tinh khiết. Loại thủy tinh này có nhiệt độ hóa mềm cao, có hệ số nở nhiệt rất nhỏ, nên không bị nứt khi nóng lạnh đột ngột.
- Khi cho thêm oxit của một kim loại, thủy tinh sẽ có màu khác, do tạo nên các silicat có màu. Thí dụ, crom ($III$) oxit ($Cr_2O_3$) cho thủy tinh màu lục, coban oxit ($CoO$) cho thủy tinh màu xanh nước biển.
II - ĐỒ GỐM
Đồ gốm là vật liệu được chế tạo chủ yếu từ đất sét và cao lanh. Tùy theo công dụng, người ta phân biệt gốm xây dựng, vật liệu chịu lửa, gốm kĩ thuật và gốm dân dụng.
$1.$ Gạch và ngói
Gạch và ngói thuộc loại gốm xây dựng. Phối liệu để sản xuất chúng gồm đất sét loại thường và một ít cát, được nhào với nước thành khối dẻo, sau đó tạo hình, sấy khô và nung ở $900 - 1000^0C$ sẽ được gạch và ngói. Sau khi nung, gạch và ngói thường có màu đỏ gây nên bởi sắt oxit ở trong đất sét.
$2$. Gạch chịu lửa
Gạch chịu lửa thường được dùng để lót lò cao, lò luyện thép, lò nấu thủy tinh,...
Có hai loại gạch chịu lửa chính: gạch đinat và gạch samôt. Phối liệu để chế tạo gạch đinat gồm $93\% - 96\% SiO_2$, $4-7\% CaO$ và đất sét; nhiệt độ nung khoảng $1300 - 1400^0C$. Gạch đinat chịu được nhiệt độ khoảng $1690 - 1720^0C$
Phối liệu để chế tạo gạch samôt gồm bột samôt trộn với đất sét và nước. Sau đó đóng khuôn và sấy khô, vật liệu được nung ở $1300- 1400 ^0C$. Bột samôt là đất sét được nung ở nhiệt độ rất cao rồi nghiền nhỏ.

$3$, Sành, sứ, men
a) Đất sét sau khi nung ở nhiệt độ khoảng $1200 - 1300^0C$ thì biến thành sành. Sành là vật liệu cứng, gõ kêu, có màu nâu và xám. Để có độ bóng và lớp bảo vệ không thấm nước, người ta tạo một lớp men mỏng ở mặt ngoài của đồ sành.
b) Sứ là vật liệu cứng, xốp, có màu trắng, gõ kêu. Phối liệu để sản xuất sứ gồm cao lanh, fenspat, thạch anh và một số oxit kim loại. Đồ sứ được nung hai lần, lần đầu ở $1000^0C$, sau đó tráng men và trang trí, rồi nung lần thứ hai ở nhiệt độ cao hơn, khoảng $1400 - 1450^0C$. Sứ có nhiều loại: sứ dân dụng, sứ kĩ thuật. Sứ kĩ thuật được dùng để chế tạo các vật liệu cách điện, tụ điện, buzi đánh lửa, các dụng cụ thí nghiệm.
c) Men có thành phần chính giống sứ, nhưng dễ nóng chảy hơn. Men được phủ lên bề mặt sản phẩm, sau đó nung lên ở nhiệt độ thích hợp để men biến thành một lớp thủy tinh che kín bề mặt sản phẩm.
Làng gốm Bát Tràng, các nhà máy sứ Hải Dương, Đồng Nai,... là những cơ sở sản xuất đồ sứ nổi tiếng.
III - XI MĂNG
$1.$ Thành phần hóa học và phương pháp sản xuất
a) Xi măng thuộc loại vật liệu kết dính, được dùng trong xây dựng. Quan trọng và thông dụng nhất là xi măng Pooclăng. Đó là chất bột mịn, màu lục xám, thành phần chính gồm canxi silicat và canxi aluminat: $Ca_3SiO_5$ (hoặc $3CaO.SiO_2$),
$Ca_2SiO_4$ (hoặc $2CaO.SiO_2$), $Ca_3 (AlO_3)_2$ (hoặc $3CaO.Al_2O_3$),
b) Xi măng Pooclăng được sản xuất bằng cách nghiền nhỏ đá vôi, trộn với đất sét có nhiều $SiO_2$ và một ít quặng bằng phương pháp khô hoặc phương pháp ướt, rồi nung hỗn hợp trong lò quay hoặc lò đứng ở $1400 - 1600^0C$. Sau khi nung, thu được hỗn hợp màu xám gọi là clanhke.
Để nguội, rồi nghiền clanhke với một số chất phụ gia thành bột mịn, sẽ được xi măng.

$2.$ Quá trình đông cứng xi măng
Trong xây dựng, xi măng được trộn với nước thành khối nhão, sau vài giờ sẽ bắt đầu đông cứng lại. Quá trình đông cứng của xi măng chủ yếu là sự kết hợp của các hợp chất có trong xi măng với nước, tạo nên những tinh thể hiđrat đan xen vào nhau thành khối cứng và bền:
$$3CaO.SiO_2 + 5H_2O \xrightarrow[{}]{{}} Ca_2SiO_4. 4H_2O +Ca(OH)_2$$
$$2CaO.SiO_2 + 4H_2O \xrightarrow[{}]{{}} Ca_2SiO_4. 4H_2O$$
$$3CaO.Al_2O_3 +6H_2O \xrightarrow[{}]{{}} Ca_3(AlO_3)_2.6H_2O$$
Hiện nay, người ta còn sản xuất các loại xi măng có những tính năng khác nhau; xi măng chịu axit, xi măng chịu nước biển,...
Ở nước ta có nhiều nhà máy xi măng lớn như nhà máy xi măng: Hải Phòng, Hoàng Thạch, Bỉm Sơn...