20.2: Промислові матеріали

Last updated
Save as PDF

Page ID: 36410

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Метали мають вирішальне значення для нашої технологічної епохи, але є багато інших не дуже блискучих матеріалів, які необхідні для полегшення нашого способу життя. Для всього, зробленого з бетону або асфальту, нам знадобиться пісок і гравій. Щоб зробити цемент, який скріплює бетон, нам також знадобиться вапняк. Для скла в екранах наших комп'ютерів та для скляних будівель нам потрібен кварцовий пісок плюс оксид натрію (Na ₂ O), карбонат натрію (Na ₂ CO ₃) та оксид кальцію (CaO). Калій є важливою поживною речовиною для сільського господарства в багатьох областях, і для широкого спектру застосувань (наприклад, кераміки та багатьох промислових процесів) нам також потрібні різні види глини.

Кращими видами заповнювальних (пісок і гравій) ресурсів є ті, які були відсортовані по струмках, а в Канаді найбільш поширені і доступні річкові поклади пов'язані з заледенінням. Це, звичайно, не включає, оскільки в ньому занадто багато мулу та глини, але він включає льодовик, лювіальний викид, який присутній у товстих родовищах у багатьох районах країни, подібно до того, що показано на малюнку\(\PageIndex{2}\). У типовому гравійному кар'єрі ці матеріали сортуються на місці відповідно до розміру, а потім використовуються в широкому діапазоні застосувань від будівництва величезних бетонних гребель до заповнення дитячих пісочниць. Пісок також використовується для виготовлення скла, але для більшості видів скла він повинен бути щонайменше 95% кварцу (що піщані шари, показані на малюнку, безумовно, не\(\PageIndex{1}\) є), а для скла високої чистоти та кремнієвих пластин, що використовуються для електроніки, вихідний пісок повинен бути більше 98% кварцу.

Малюнок\(\PageIndex{1}\) Пісок і гравій в агрегатному котловані поблизу Нанаймо, до н.е.

Приблизно 80 мільйонів тонн бетону використовується в Канаді щороку - трохи більше 2 тонн на людину. Цемент, який використовується для бетону, виготовляється приблизно з 80% кальциту (CaCo ₃) і 20% глини. Цю суміш нагрівають до 1450° C для отримання необхідних силікатних сполук кальцію (наприклад, Ca ₂ SiO ₄). Кальцит зазвичай походить з вапнякових кар'єрів, таких як той, що знаходиться на острові Техас, до н.е. (рис.\(\PageIndex{2}\)). Вапняк також використовується в якості вихідного матеріалу для багатьох інших продуктів, які потребують сполук кальцію, включаючи сталь і скло, целюлозу і папір, а також гіпсові вироби для будівництва.

Малюнок\(\PageIndex{2}\) Тріасовий Quatsino Формування вапняку, що видобувається на острові Техас, до н.е.

Натрій необхідний для широкого спектру промислових процесів, а найзручнішим джерелом є хлорид натрію (кам'яна сіль), який видобувається з випарних пластів в різних куточках Канади. Найбільша соляна шахта у світі знаходиться в Годеричі, Онтаріо, де сіль видобувається з товщиною 100 м силурійської салінової формації. Така ж формація видобувається в районі Віндзора. Кам'яна сіль також використовується як джерело натрію і хлору в хімічній промисловості для танення льоду на дорогах, як частина процесу пом'якшення води, і як приправа. При певних умовах мінерал сильвіт (KCl) накопичується в випарних пластах, і ця порода називається калійної. Це сталося в канадських преріях під час девонського, створюючи випарну формацію прерії (рис.\(\PageIndex{8}\)). Калій використовується як добриво для сільськогосподарських культур, а Канада є провідним світовим постачальником, причому більша частина цього виробництва надходить з Саскачевану.

Малюнок\(\PageIndex{3}\) шифер використовується як облицювальний матеріал на бетонній будівельній колоні у Ванкувері.

Ще один випарний мінерал, гіпс (CaSO ₄ .2H ₂ 0), є основним компонентом гіпсокартону (гіпсокартону), який широко використовується в будівельній галузі. Один з основних районів видобутку гіпсу в Канаді знаходиться в районі станції Мілфорд в Новій Шотландії, місці найбільшої в світі гіпсової шахти.

Скелі видобуваються або видобуваються для різних цілей, таких як фасади будівель (рис.\(\PageIndex{3}\)), стільниці, кам'яні підлоги та надгробки. У більшості з цих випадків сприятливими видами гірських порід є гранітні породи, сланець та мармур. Кар'єрна гірська порода також використовується в деяких додатках, де округлий гравій не підходить, наприклад, баласт (дорожнє русло) для залізниць, де потрібна подрібнена кутова порода.

Вправа 20.3 Джерела важливих легших металів

Коли ми думаємо про виробництво споживчих товарів, пластмаси та важкі метали (мідь, залізо, свинець, цинк) легко спадають на думку, але ми часто забуваємо про деякі більш легкі метали та неметали, які важливі. Розглянемо наступні елементи і визначаємо їх джерела. Відповіді на всі ці, крім магнію, наведені вище. Подивіться, чи зможете ви з'ясувати ймовірне мінеральне джерело магнію.

Які джерела наступних елементів?
Елемент	Джерело (и)
кремнію
Кальцій
Натрій
Калій
Магній

Див Додаток 3 для вправ 20.3 відповіді.