高等硅酸盐物理化学

第二章 晶体结构

内容提要

大多数无机材料为晶态材料，其质点的排列具有周期性和规则性。不同的晶体，其质点间结合力的本质不同，质点在三维空间的排列方式不同，使得晶体的微观结构各异，反映在宏观性质上，不同晶体具有截然不同的性质。1912年以后，由于X射线晶体衍射实验的成功，不仅使晶体微观结构的测定成为现实，而且在晶体结构与晶体性质之间相互关系的研究领域中，取得了巨大的进展。许多科学家，如鲍林（Pauling）、哥希密特（Goldschmidt）、查哈里阿生（Zachariason）等在这一领域作出了巨大的贡献，本章所述内容很多是他们研究的结晶。

要描述晶体的微观结构，需要具备结晶学和晶体化学方面的基本知识。本章从微观层次出发，介绍结晶学的基本知识和晶体化学基本原理，以奠定描述晶体中质点空间排列的理论基础；通过讨论有代表性的无机单质、化合物和硅酸盐晶体结构，以掌握与无机材料有关的各种典型晶体结构类型，建立理想无机晶体中质点空间排列的立体图像，进一步理解晶体的组成－结构－性质之间的相互关系及其制约规律，为认识和了解实际材料结构以及材料设计、开发和应用提供必要的科学基础。

2.1 晶体化学基本原理

由于天然的硅酸盐矿物和人工

《物化与硅物化》（下）模拟试题

2008级 硅工专业

一、填空题 （共70分）

1.系统中的相必须在物理性质和化学性质上都是 ____________ 的，但不一定只含一种物质。相与物质的量的多少____________，与物质是否连续也____________。例如：空气是 ________ 相，固溶体是 ___________相，水泥生料是 ____________ 相。 （6分）

2．相律是相平衡系统的普遍规律。相律确定了多相系统中系统的 _________ ________ ，__________ ，__________和 __________ 之间的关系。（4分） 3．多晶转变根据其进行的方向是否可逆，分为可逆的转变和不可逆的转变两种类型。可逆转变又称为 ______________ ，其特点是_______________ 。 不可逆转变又称为 ______________ ，其特点是 _______________ 。（5分） 4．离子半径是 ____________________________________________ 。（2分） 5. ___________________

1、 研究硅酸盐矿物分选的意义是什么？

答：① 硅酸盐矿物在各类矿物中的地位极为重要。首先，硅酸盐矿物种类繁多，目前已知的有548种，约占已知矿物种类的24%左右。在常见的矿物中约有40%是硅酸盐矿物，据估算地壳中大约有90%是硅酸盐矿物。因此硅酸盐矿物化学成分复杂、结构复杂、种类繁多，是矿物加工的重要对象。

② 硅酸盐矿物是重要的工业基础原料。硅酸盐矿物经过精选及特殊加工，它们可以成为具有独特性能的结构材料和功能材料。如蓝晶石(耐火材料)、石棉(保温材料)、云母(绝缘材料) ③ 许多稀有金属以硅酸盐矿物的形态赋存于自然界。如锂辉石(Li)，锆石(Zr)，绿柱石(Be) ④ 硅酸盐矿物是主要造岩矿物，存在于各种矿石中。各种矿物加工方法中都涉及到对硅酸盐矿物的分离问题。

在大多数情况下，硅酸盐矿物总是作为脉石矿物与有用矿物共生的。因此，几乎所有的浮选工艺都涉及到有用矿物同硅酸盐脉石矿物进行浮选分离。此外，某些氧化物(如石英、金红石)与硅酸盐矿物浮选性质相近，某些有用的硅酸盐矿物(例如绿柱石、锂辉石、云母等)与硅酸盐脉石矿物的浮游性也相近，因而某些硅酸盐矿物和氧化物的浮选被列为世界性的浮选难题。在浮选实践中对某些硅酸盐矿物能否实现有效的选择性抑

矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥

【数据库】 水泥标准

【标准名称】 矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥 【标准类型】 中华人民共和国国家标准

【标准名称（英）】 Portland blastfurnace-slag cement,portland pozzola cement and protland fly-ash cement

【标准号】 GB1344-1999 【标准发布单位】

【标准发布日期】 1999-07-30批准 【标准实施日期】 1999-12-01实施 【标准正文】 1范围

本标准规定了矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥的定义与代号、材料要求、强度等级、技术要求、试验方法和检验规则、包装、标志、运输与贮存。

本标准适用于矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥 2引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修改，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB/T 176-1996 水泥化学分析方法（eqv ISO 680:1990）

GB/T 203

水的硅酸盐硅含量的测定方法

水中硅的测定有重量法和比以法两种，重量法适用于硅含量较高（20毫克/升以上）的水样，比较精确，但甚繁杂，一般都采用钼酸盐比色法（钼黄法或硅钼蓝法）。 一、原理

在PH值近乎1.2的酸性溶液中，钼酸铵能与活性硅酸盐反应生成黄色的硅钼酸，其成分大致是SiO2·12MoO3·nH2O。因为硅酸标准溶液配制相当麻烦，加上此硅钼酸溶液的黄色与适当PH条件下铬酸钾溶液的黄色相似，故测定时往往用铬酸钾溶液作永久性标准色阶。 水中磷酸盐也能与钼酸铵反应，生成黄色物质（磷钼酸），对本测定有干扰。加入草酸可促使磷钼酸分解消除干扰，亦可用计算法进行校正。每毫克P2O5应从所测的硅酸数值中减去0.5毫克。

用硫酸酸化可减低单宁（或鞣酸）的干扰。铁离子形成黄色[FeCl6]3-络离子，对本测定也有干扰，但一般水中铁的含量不会超过20毫克/升，对本测定影响极小。

水的混浊与颜色对本测定的干扰，可作重叠比色以抵消灌用磷酸钙胶状沉淀褪色，也可用氧化褪色法消除之。

普通玻璃的主要成分是硅酸盐，用玻璃瓶装试剂 与水样，会使溶液中硅酸盐增加。故本法参与钼黄反应的试剂和水样，应尽量用塑料瓶或里面涂蜡的玻璃瓶盛装。 二、试剂

1、10%钼酸铵溶液 称取10

建设行业大数据服务平台 造价通云知http://yunzhi.zjtcn.com/ 硅酸盐水泥问题汇总

问：什么是硅酸盐水泥? 答：

水泥一般分普通硅酸盐水泥、掺混合材料的硅酸盐水泥和特殊水泥。 普通硅酸盐水泥：由石灰石、粘土、铁矿粉按比例磨细混合，这时候的混合物叫生料。然后进行煅烧，一般温度在1450度左右，煅烧后的产物叫熟料。然后将熟料和石膏一起磨细，按比例混合，才称之为水泥。 掺混合材料的硅酸盐水泥是在普通硅酸盐水泥里按比例和一定的加工程序加入其他物质以达到特殊效果，如矿渣水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等等。这些水泥的原料就比原来的普通硅酸盐水泥要多一些活性混合材料或非活性混合材料。 特殊水泥在材料阶段和制作工艺上有些不同，如高铝水泥(铝酸盐水泥)的材料是铝矾土、石灰石经过煅烧得到熟料，然后磨细成为铝酸盐水泥的。 其他有一些特性水泥用途较小，如白色水泥，主要用于装饰工程，材料是纯高岭土、纯石英砂、纯石灰石，在合适的温度煅烧成熟料

问：硅酸盐水泥的特性和应用有哪方面？ 答：

(1)强度高

硅酸盐水泥凝结硬化快,强度高,尤其是早期强度增长率大,特别适合早期强度要求高的的工程、高强混凝土结构和预应力混

武汉工程大学综合实验实验报告

2010 级工业分析综合实验(Ⅱ)实验报告

题 目 硅酸盐水泥的成分分析 专业班级 工业分析01班 学 号 1006060 学生姓名 同组学生

学 院 化工与制药学院 指导教师 陈伟、余军霞

完成日期： 2013年3月31日

武汉工程大学综合实验实验报告

摘 要

本实验目的是测定硅酸盐水泥中的SiO2，Fe2O3，Al2O3，CaO和MgO的含量。综合运用了化学分析法和仪器分析法分析硅酸盐水泥的成分，其中化学分析法为氟硅酸钾容量法与氯化铵重量法两种分别测定水泥中二氧化硅含量并进行比较，其他金属离子则采用加掩蔽剂后与EDTA络合滴定法测定其含量，其中不同的是三氧化二铝含量测定采用直接滴定法并指出了其优势所在；仪器分析则分别采用分光光度法测定铁、铝含量，原子吸收光谱法测定铁、钙、镁的含量。由实验结果可知两种方法测得二氧化硅含量相近，而由化学分析和仪器分析分别测得的氧化钙等含量误差较大。通过本实验可知，经典的化学分析方法耗时长，仪器分析简单，迅速，且试样不

硅酸盐水泥熟料的煅烧

§5-1 生料在煅烧过程中的物理化学变化

§5-2 熟料形成的热化学

§5-3 矿化剂、晶种对熟料煅烧和质量的影响

§5-4 挥发性组分及其他微量元素的作用

§5-5 水泥熟料的煅烧方法及设备

【掌握内容】

1、 硅酸盐水泥熟料的形成过程：名称、反应特点、影响反应速度的因素；

2、 熟料的形成热、热耗的定义、一般数值、影响因素

3、 挥发性组分对新型干法水泥生产的影响

4、 悬浮预热器窑及预分解窑的组成、工作过程

5、 影响窑产、质量及消耗的因素

【理解内容】

1、 C3S的形成机理，形成条件；

2、 影响熟料形成热的因素，形成热与实际热耗的区别，降低热耗的措施；

3、 回转窑的结构、组成、及工作过程；

4、 回转窑内“带”的划分方法，预分解窑内“带”的划分。

【了解内容】

1、 水泥熟料的煅烧方法及设备类型；

2、 矿化剂、晶种：定义、类型、作用、使用；

3、 湿法窑的组成，工作过程

合格生料在水泥窑内经过连续加热，高温煅烧至部分熔融，经过一系列的物理化学反应，得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料的工艺过程叫硅酸盐水泥熟料的煅烧，简称煅烧。 结合目前生产现状及学生的就业去向，主要介绍与回转窑尤其是新型干法回转窑

矿物的分类

首先根据矿物化学组成的基本型，将矿物分为五大类。根据阴离子（包括络阴离子）的种类又分为类及亚类，再把类中化学组成类似和晶体结构类型相同的归为一族。矿物种是指具有相同的化学组成和内部结构的一种矿物。我们小组主要负责的是含氧盐大类中的硅酸盐类中的层状硅酸盐亚类。

硅酸盐矿物类概述

硅酸盐矿物种类很多且分布极广，约占矿物种总数的1/4，它构成地壳总质量的75%。它们是火成岩和变质岩的最主要的造岩矿物，在沉积岩中也起着显著的作用。同时，它们中有许多非常重要的非金属矿产，如云母、石棉、高岭石等，又是一系列稀有金属的重要矿物原料，如绿柱石（含铍）、锆石（含锆）等。

（一）化学成分和晶体化学特征

在硅酸盐矿物的晶体结构中，硅氧配位四面体[SiO4]4-是它们的基本构造单元。硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，也可以以其角顶相互连接，即每一硅氧四面体可与一个、两个、三个甚至四个硅氧四面体相连，从而形成多种复杂的络阴离子。根据硅氧四面体在晶体结构中的连接方式，主要有下列5中类型的络阴离子： 1、岛状络阴离子 2、环状络阴离子 3、链状络阴离子 4、层状络阴离子 5、架状络阴离子 (二) 物理性质

（理论教学部分）

1减少气体在流动过程中的局部阻力损失途径可归纳为圆平直缓少五个字。 2隧道窑内正压有利于还原气氛的形成，而负压有利于氧化气氛的形成。 3、空气的湿度表示方法主要有：绝对湿度、相对湿度、湿含量

4、影响对流换热的主要因素有流体发生运动的动力\\流体流动的状态\\流体的物性/放热面的 形状和位置

名词 解释 （ 每小题 2 分，共 10 分） 1 、静压强 :流体单位面积上的静压力

2 、过剩空气系数:燃烧时实际空气量与理论空气量的比值。 3 、温度场:某一瞬间物体内部各点的温度分布情况。

4 、黑度:物体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比。 5 、湿含量:每千克干空气中所含水蒸汽的质量。

6 、流体的粘性:流体内部质点或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质。

7 、压头:单位体积流体的能量

8 、温度梯度:两等温面间的温度差与其法线方向两等温面的距离的比值的极限。（或沿等温线的法线方向，单位距离的温度变化。）

9 、黑体:对外来投射辐射全部吸收的物体，即 A=1 的物体。 10 、露点:湿空气在湿含量不变的条件下冷却到饱和时的