无机非金属材料工学PDF电子书下载

绪论 1

第一篇 生产过程原理与设备 6

1　概述 6

1.1　无机非金属材料生产过程的共性与个性 6

1.1.1 无机非金属材料生产过程的共性 6

1.1.2 无机非金属材料生产过程的个性 8

1.2　无机非金属材料的几种典型生产工艺流程 10

1.2.1 水泥生产工艺流程 10

1.2.2　玻璃生产工艺流程 12

1.2.3 陶瓷生产工艺流程 12

思考题 14

2　原料与燃料 15

2.1　钙质原料 15

2.1.1 钙质原料的种类和性质 15

2.1.2　钙质原料在生产中的作用及其品质要求 16

2.1.3　钙质工业废渣 16

2.2　粘土类原料 16

2.2.1 粘土的成因与分类 16

2.2.2　粘土的组成 17

2.2.3　粘土的工艺性质 18

2.2.4　粘土质工业废渣 20

2.3　石英类原料 21

2.3.1　石英类原料的种类和性质 21

2.3.2 石英的晶型转化（Crystalline Modification） 22

2.4　长石类原料 23

2.4.1 长石的种类和性质 23

2.4.2 长石在陶瓷和玻璃工业中的作用 23

2.4.3 长石的代用原料 24

2.5　其他原料 24

2.5.1 高铝质原料 24

2.5.2　镁质原料 25

2.5.3　铁质原料 26

2.5.4　Na2O质原料 26

2.5.5　含硼原料 27

2.5.6　辅助性原料 27

2.6　燃料 29

2.6.1　燃料的种类 29

2.6.2　燃料组成及其换算 29

2.6.3　发热量与标准燃料 31

2.6.4　清洁燃料（洁净燃料） 32

思考题 34

3　粉粒体制备 35

3.1　粉碎概论 35

3.1.1　粉碎的定义与分类 35

3.1.2　物料的硬度、脆性与强度 35

3.1.3 易碎性与易磨性 36

3.1.4　粉碎的施力方式 36

3.1.5　粉碎比 37

3.2　破碎 37

3.2.1　破碎机械分类与适用性 37

3.2.2　颚式破碎机 38

3.2.3 圆锥破碎机 39

3.2.4　锤式破碎机 41

3.2.5　反击式破碎机 41

3.2.6　辊式破碎机 42

3.3　粉磨 43

3.3.1　粉磨机械 43

3.3.2　球磨机 43

3.3.3　辊式磨 46

3.3.4　振动磨 48

3.4　分级 49

3.4.1 分级的定义与分类 49

3.4.2　分级机性能评价 49

3.4.3 筛分分级 51

3.4.4　流体分级 52

3.5　粉体的合成制备方法 54

3.5.1　气相合成法 54

3.5.2 固相合成法 55

3.5.3　液相合成法 55

思考题 56

4　物料输送及混合 57

4.1　气力输送 57

4.1.1 气力输送装置的类型 57

4.1.2 气力输送装置的主要部件 58

4.1.3　空气输送斜槽 61

4.2　连续输送机械 62

4.2.1　胶带输送机（Belt Conveyor） 62

4.2.2　螺旋输送机（Screw Conveyor） 63

4.2.3　斗式提升机（Bucket Elevator） 64

4.2.4　埋刮板输送机（Continuous Conveyor） 65

4.2.5　振动输送机（Vibrating Conveyor） 66

4.3　供料 67

4.4　混合 69

4.4.1　混合度 69

4.4.2　混合机类型 70

4.4.3　混合机理 72

4.4.4　影响混合的因素 72

思考题 73

5　熔化和相变 74

5.1　熔化 74

5.1.1　概述 74

5.1.2　熔化设备——熔窑 75

5.1.3　玻璃池窑中的热传递与玻璃液流动 77

5.2　熔体和玻璃体的相变 79

5.2.1　熔体和玻璃体的成核与晶体生长过程 79

5.2.2　微晶玻璃 81

5.2.3　熔铸耐火材料的晶化 82

5.2.4　玻璃的分相 82

5.2.5 结晶窑 85

思考题 86

6　成型 87

6.1　概述 87

6.2　流变学基本知识 87

6.2.1　三种基本变形及三种理想体的流变模型 87

6.2.2　胀流性液体与假塑性液体 88

6.2.3　流变模型与本构方程 89

6.2.4 流动曲线、应力曲线和应变曲线 90

6.2.5　徐变曲线和松弛曲线 91

6.2.6　触变性与反触变性 92

6.3　浆料的成型 92

6.3.1 混凝土浆体的密实成型 92

6.3.2 陶瓷注浆成型 94

6.4　玻璃熔体的成型与退火 97

6.4.1　玻璃的主要成型性质 97

6.4.2　成型制度的制定 98

6.4.3 吹制成型（Blow Process） 99

6.4.4 拉制成型（Drawing Process） 100

6.4.5　浮法生产平板玻璃 101

6.5　可塑成型 105

6.5.1 可塑泥料的流变特性 105

6.5.2　挤压成型 106

6.5.3 旋坯成型 106

6.5.4　滚压成型 106

6.5.5 塑压成型 107

6.6　粉料压制成型 107

6.6.1 压制成型工艺原理 107

6.6.2　压制成型对粉料的要求 108

6.6.3　压制设备 109

6.7　粒化 110

6.7.1　转动粒化 111

6.7.2　喷雾干燥造粒 111

思考题 112

7　脱水与干燥 113

7.1　物料的去湿方法 113

7.2　干燥的物理过程 113

7.2.1　物料与水分的结合方式 113

7.2.2　物料与结合水分的平衡关系 114

7.2.3　物料干燥过程 114

7.2.4　干燥收缩及制品变形 115

7.3　脱水设备 116

7.3.1 浓缩 116

7.3.2　过滤 117

7.4　干燥设备 118

7.4.1　干燥器的分类 118

7.4.2　干燥器的选择 118

7.4.3　干燥器 119

7.4.4　干燥技术的新发展 122

思考题 122

8　煅烧与烧成 123

8.1　概述 123

8.1.1 热量传递（Heat Transfer） 123

8.1.2　质量传递（Mass Transfer） 123

8.1.3　动量传递（Momentum Transfer） 124

8.2　水泥熟料的煅烧 124

8.2.1 水泥熟料的形成 124

8.2.2　水泥熟料煅烧设备的分类 124

8.2.3 悬浮预热器（Suspension Preheater） 125

8.2.4　分解炉 130

8.2.5 回转窑 135

8.2.6 熟料冷却机（Clinker Cooler） 137

8.3　陶瓷的烧成 139

8.3.1　坯、釉在烧成过程中的物理化学变化 139

8.3.2　烧成制度的制定 141

8.3.3 陶瓷烧成设备——窑炉 143

思考题 154

第二篇 主要品种工艺原理与性能 156

9　气硬性无机胶凝材料 156

9.1　石灰 156

9.1.1　石灰的原料及制备 156

9.1.2　生石灰的熟化和硬化 157

9.1.3 石灰的应用 157

9.2　石膏及其制品 158

9.2.1　石膏胶凝材料的生产 158

9.2.2　半水石膏的凝结与硬化 158

9.2.3　建筑石膏的性质和技术要求 159

9.2.4　建筑石膏的应用 160

9.3　镁质胶凝材料 160

9.3.1　镁质胶凝材料的生产 160

9.3.2　镁质胶凝材料浆的制取和硬化性能 161

9.3.3　镁质胶凝材料的应用 162

9.4　水玻璃 162

9.4.1　水玻璃的硬化 162

9.4.2　水玻璃的性质 163

9.4.3　水玻璃的用途 163

思考题 163

10　水泥 164

10.1　硅酸盐水泥熟料的组成 164

10.1.1 熟料化学成分及矿物组成 164

10.1.2　熟料的率值 167

10.1.3　熟料矿物组成的计算 170

10.2　硅酸盐水泥生料的配合 172

10.2.1　熟料组成设计 172

10.2.2　生料配比计算 174

10.3　硅酸盐水泥熟料的煅烧 177

10.3.1　干燥与脱水 177

10.3.2　碳酸盐分解 177

10.3.3 固相反应 178

10.3.4　熟料的烧结 179

10.3.5　熟料的冷却 181

10.3.6　其他组分的作用 182

10.3.7　熟料热耗 184

10.4 硅酸盐水泥的制成 186

10.4.1　水泥混合材料 187

10.4.2　通用硅酸盐水泥定义、分类及技术要求 190

10.4.3　石灰石硅酸盐水泥 194

10.4.4　水泥粉磨的工艺过程 195

10.4.5 影响水泥粉磨产、质量的因素 195

10.4.6　水泥储存与均化 196

10.4.7　水泥包装与散装 197

10.5　硅酸盐水泥的水化和硬化 197

10.5.1　熟料矿物的水化 197

10.5.2　硅酸盐水泥的水化 200

10.5.3　水化速率与凝结时间的调节 201

10.5.4　水化热 202

10.5.5　体积变化 203

10.5.6　水泥石的结构 203

10.6　掺混合材料的硅酸盐水泥的水化和硬化 204

10.6.1 矿渣水泥的水化和硬化 204

10.6.2 火山灰水泥的水化和硬化 205

10.6.3　粉煤灰水泥的水化和硬化 206

10.6.4　石灰石硅酸盐水泥的水化和硬化 206

10.7　硅酸盐水泥的化学侵蚀 206

10.7.1 淡水侵蚀 207

10.7.2　酸和酸性水侵蚀 207

10.7.3　硫酸盐侵蚀 208

10.7.4　含碱溶液侵蚀 209

10.7.5　提高水泥抗蚀性的措施 209

10.8　特性水泥和专用水泥 210

10.8.1　快硬和特快硬水泥 210

10.8.2　抗硫酸盐、中低热及道路水泥 213

10.8.3　膨胀和自应力水泥 216

10.8.4 油井水泥 217

10.8.5　装饰水泥 218

10.8.6　砌筑水泥 219

思考题 220

11　混凝土 223

11.1　概述 223

11.1.1 混凝土的定义及分类 223

11.1.2　混凝土的特点 223

11.1.3　对混凝土的基本要求 224

11.2　普通混凝土的组成材料 224

11.2.1 水泥 225

11.2.2　细骨料 226

11.2.3　粗骨料 228

11.2.4　混凝土拌和用水和养护用水 232

11.3　混凝土的主要技术性质 233

11.3.1 混凝土拌合物的和易性 233

11.3.2　混凝土的强度 236

11.3.3 混凝土的变形性能 239

11.3.4　混凝土的耐久性 242

11.4　混凝土外加剂 244

11.4.1 混凝土外加剂分类 244

11.4.2　减水剂 245

11.4.3 引气剂 247

11.4.4　缓凝剂 247

11.4.5　速凝剂 248

11.4.6　使用外加剂的注意事项 248

11.5　混凝土配合比设计 249

11.5.1 混凝土配合比参数的确定 249

11.5.2　混凝土配合比设计的步骤 249

11.5.3 混凝土配合比设计实例 252

11.6　其他品种混凝土 254

11.6.1 高性能混凝土（HPC,High Performance Concrete） 254

11.6.2 轻骨料混凝土（Light Weight Aggregate Concrete） 255

11.6.3 耐酸混凝土（Acid-Resistance Concrete） 257

11.6.4 纤维增强混凝土（Fiber Reinforced Concrete,FRC） 257

11.6.5 聚合物混凝土（Concrete-Polymer Material） 258

思考题 259

12 玻璃 260

12.1　概述 260

12.1.1　玻璃的种类及特性 260

12.1.2　硅酸盐玻璃的组成与结构 260

12.1.3　玻璃的结构因素与性质 261

12.1.4 主要硅酸盐玻璃制品的种类、用途 268

12.2 玻璃原料与制品加工 273

12.2.1 原料及配合料的制备 273

12.2.2 玻璃制品的加工 280

12.3 特种玻璃 288

12.3.1 特种玻璃概述 289

12.3.2 光导纤维 293

12.3.3 激光玻璃 296

12.3.4 光致变色玻璃 296

12.3.5 非线性光学玻璃 297

12.3.6 快离子导体玻璃 298

12.3.7 生物功能玻璃 300

12.3.8 多孔玻璃 301

思考题 303

13 陶瓷 304

13.1 概述 304

13.1.1 陶瓷的定义与分类 304

13.1.2 陶瓷的组成、结构与性能 306

13.1.3 普通陶瓷品种 308

13.2 坯料及制备 312

13.2.1 坯用原料及其氧化物在坯中的作用 312

13.2.2 确定坯料配方的原则 313

13.2.3 坯体组成的表示方法 313

13.2.4 配料计算 314

13.2.5 坯料制备 320

13.2.6 调整坯料性能的添加剂 324

13.3 成型 326

13.4 釉料及色料 328

13.4.1 釉的作用及分类 328

13.4.2 釉层的性质 329

13.4.3 坯釉适应性 331

13.4.4 釉料的组成与制釉原料 332

13.4.5 釉料配制原则 334

13.4.6 配料计算 334

13.4.7 釉料制备 339

13.4.8 施釉 340

13.4.9 陶瓷色釉料 341

13.5 烧成方式的选择和陶瓷产品的缺陷分析 345

13.5.1 烧成方式的选择 345

13.5.2 陶瓷的缺陷分析 346

13.6 特种陶瓷 349

13.6.1 结构陶瓷 350

13.6.2 功能陶瓷 354

思考题 363

14 耐火材料 365

14.1 概述 365

14.1.1 耐火材料的定义和分类 365

14.1.2 耐火材料的组成与性质 365

14.1.3 耐火材料生产工艺过程 367

14.1.4 耐火材料的应用领域 368

14.2 硅酸铝质耐火材料 369

14.2.1 硅酸铝质耐火材料生产的物理化学基础 369

14.2.2 粘土质耐火材料 370

14.2.3 高铝质耐火材料（High-Alumina Refractory） 370

14.3 硅质耐火材料 371

14.3.1 硅质耐火材料生产的物理化学原理 371

14.3.2 硅砖的生产工艺要点 372

14.3.3 白泡石砖（天然硅砖） 372

14.3.4 石英玻璃制品 373

14.4 镁质耐火材料 373

14.4.1 镁质耐火材料生产的物化基础 373

14.4.2 镁质耐火材料的主要品种及生产 376

14.4.3 镁质耐火材料的应用 377

14.5 熔铸耐火材料 378

14.5.1 熔铸莫来石耐火材料（Fused Cast Mullite Refractory） 378

14.5.2 熔铸锆刚玉耐火材料（Fused Cast Zirconia-Alumina Refractory） 378

14.5.3 熔铸高铝耐火材料（Fused Cast High Alumina Refractory） 378

14.6 轻质耐火材料 379

14.6.1 轻质耐火材料的生产方法 379

14.6.2 几种主要轻质耐火材料的性能 380

14.6.3 耐火纤维 382

14.6.4 氧化铝、氧化锆空心球及其制品 384

14.7 不定形耐火材料 385

14.7.1 浇注耐火材料 386

14.7.2 可塑耐火材料 387

14.7.3 其他不定形耐火材料 388

14.8 含碳质耐火材料 389

14.8.1 碳素耐火材料（Carbon Refractory） 389

14.8.2 石墨耐火材料（Graphite Refractory） 389

14.8.3 碳化硅耐火制品 390

14.9 特种耐火材料简介 391

14.9.1 概述 391

14.9.2 特种耐火材料与普通耐火材料的区别 392

14.9.3 特种耐火材料的用途 393

14.9.4 国内外特种耐火材料及发展趋势 393

思考题 396

15 人工晶体 397

15.1 晶体的分类及应用 397

15.1.1 半导体晶体（Semiconductor Crystal） 398

15.1.2 压电晶体（Piezoelectric Crystal） 398

15.1.3 硬质晶体（Rigid Crystal） 398

15.1.4 非线性晶体（Nonlinear Optical Crystal） 398

15.1.5 光学晶体（Optical Crystal） 398

15.1.6 激光晶体（Laser Crystal） 399

15.1.7 电光晶体（Electro-Optical Crystal） 399

15.1.8 磁光晶体（Magneto-Optical Crystal） 399

15.1.9 热释电晶体（Pyroelectric Crystal） 399

15.1.10 铁电晶体（Ferroelectric Crystal） 399

15.1.11 X射线分光晶体（X-Ray Spectroscopy Crystal） 399

15.1.12 闪烁晶体（Scintillation Crystal） 400

15.2 晶体生长 400

15.2.1 晶体生长热力学 400

15.2.2 晶体生长动力学 403

15.3 晶体生长方法 408

15.3.1 从熔体中生长晶体 408

15.3.2 低温溶液生长 410

15.3.3 高温溶液生长 412

15.3.4 水热法生长 415

思考题 415

第三篇 环境保护 416

16 大气污染及其防治 416

16.1 烟尘和粉尘的污染及其防治 417

16.1.1 烟尘及粉尘的危害 417

16.1.2 粉尘的基本性质 417

16.1.3 烟尘污染的防治 419

16.1.4 粉尘污染的防治 420

16.2 除尘设备 422

16.2.1 沉降室 422

16.2.2 惯性除尘器 422

16.2.3 旋风除尘器 423

16.2.4 袋式除尘器 423

16.2.5 颗粒层除尘器 424

16.2.6 湿式除尘器 425

16.2.7 电除尘器 427

16.2.8 除尘效率的计算 427

16.2.9 除尘设备的适应性 429

16.3 废气的污染及其防治 429

16.3.1 硫氧化物的危害及其防治 429

16.3.2 氮氧化物的危害及其防治 431

16.3.3 碳氧化物的危害及其防治 432

16.3.4 含氟废气的危害及其防治 433

16.3.5 含镉废气的危害及其防治 434

16.3.6 含铅废气的危害及其防治 435

16.3.7 含砷废气的危害及其防治 435

思考题 436

17 废水污染及其处理 437

17.1 概述 437

17.2 含固体悬浮物废水的危害及其处理 438

17.2.1 固体悬浮物的危害 438

17.2.2 含固体悬浮物废水的处理 438

17.3 含酚废水的危害及其处理 440

17.3.1 酚的危害 440

17.3.2 含酚废水的处理 440

17.4 含氟废水的处理 441

17.4.1 石灰-二氧化碳曝气法 441

17.4.2 镁盐-石灰法 441

17.5 含砷废水的处理 442

17.5.1 石灰乳沉淀法 442

17.5.2 石灰-铁（铝）盐沉淀法 442

17.5.3 硫化物沉淀法 442

17.6 含汞废水的危害及其处理 443

17.6.1 汞的危害 443

17.6.2 含汞废水的处理 443

17.7 含铬废水的危害及其处理 444

17.7.1 铬的危害 444

17.7.2 含铬废水的处理 444

思考题 445

18 噪声及其防治 446

18.1 噪声的危害 446

18.1.1 噪声对人的听觉的损伤 446

18.1.2 噪声对睡眠的干扰 446

18.1.3 噪声对人的心理及生理的影响 446

18.2 无机非金属材料工业噪声概述 447

18.2.1 无机非金属材料工业噪声的分类 447

18.2.2 无机非金属材料工业噪声的特征 447

18.2.3 无机非金属材料工业的主要噪声源 447

18.3 噪声的防治 448

18.3.1 从声源上根治噪声 448

18.3.2 在传播途径上降低噪声 448

18.3.3 在噪声接受点进行防护 450

附录1 我国陶瓷工业常用粘土的化学组成 452

附录2 利用煤的工业分析结果进行发热量计算的方法 456

附录3 国际原子量表 457

参考文献 458