Chemie der Baustoffe und Materialien

Kalk (Cal)

Reaktionen:

• CaCO₃ → CO₂ + CaO
• CaO + H₂O → Ca(OH)₂

CalViva: CaO

Mineralien & Reaktionen

Mineralien: MgCO₃ + CaCO₃ (Dolomit)

Reaktion: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

Zementklinker Zusammensetzung

SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, K₂O, Na₂O, SO₃, Cl⁻, S²⁻

Reaktion

(Al₂O₃)₂Ca₃ · 6H₂O → 3Ca(OH)₂ + 2Al(OH)₃

Probenahme

Vierteln: Methode zur Gewinnung einer repräsentativen Probe.

Alkalischmelze Zersetzung

[Rohmaterial] + Na₂CO₃ Schmelze → [Schmelze]

Analyseschritte

• 1) [Schmelze] + HCl → H₄SiO₄ (SiO₂ · 2H₂O) ↓ + (Ca, Fe, Al, Mg, etc.) in Lösung (Sol1)
• H₄SiO₄ (Rösten) → SiO₂
• 2) Sol1 + NH₄OH → Al(OH)₃ + Fe(OH)₃ ↓ + (Ca, Mg, K, Na) in Lösung (Sol2)
• 2Al(OH)₃ + Fe₂(OH)₃ (Rösten) → Fe₂O₃ + Al₂O₃ + 6H₂O
• 3) Sol2 + (NH₄)₂C₂O₄ (?) → CaC₂O₄ (?) ↓ + (Mg, Na, K, etc.) in Lösung (Sol3)
• CaC₂O₄ (?) (Rösten) → CaO + CO₂
• 4) Sol3 + (NH₄)₂HPO₄ → MgNH₄PO₄ ↓ + Lösung (Sol4)
• MgNH₄PO₄ (Rösten) → Mg₂P₂O₇ + 2NH₃ + 2H₂O
• 5) Sol4 + H₂SO₄ + H₂O₂ → Gelbe oder orange Farbe (Hinweis auf Ti)
• 6) Sol4 + H₂PtCl₆ → K₂PtCl₆ ↓ (+ EtOH (80%) Unlöslich)
• Na₂PtCl₆ → (+ EtOH Löslich)

Keramikrohstoffe

• Kaolinit: Hydratisiertes Aluminiumsilikat (Al₂O₃ · 2SiO₂ · 2H₂O)
• Feldspat (Orthoklas): KAlSi₃O₈ (entspricht K₂O · Al₂O₃ · 6SiO₂)

Verwitterung (Kaolinisierung)

2KAlSi₃O₈ + CO₂ + 2H₂O → Al₂(Si₂O₅)(OH)₄ + K₂CO₃ + 4SiO₂

Keramische Massen und Brenntemperaturen

• Steingut (LozaC): Ton, Kalk, Quarz, Feldspat. Brennt bei 900-1000°C.
• Feinsteinzeug (LozaF): Kalk, Ton (?), Feldspat. Brennt bei 1200-1300°C.
• Steinzeug (Gres): 75% SiO₂, Ton, Kalk, Quarz und/oder Feldspat. Brennt bei 1300°C.
• Porzellan (Porc): 60-65% Kaolin, 15-25% Quarz, 10-20% Feldspat. 1. Brand 900°C, 2. Brand 1300-1400°C.
• Bone China (Poring): Porzellanmasse + Tricalciumphosphat. Brennt bei 1300°C.
• Sebren Porch: 35% CaO, 25% Quarz, 40% Feldspat. Brennt bei 1000-1300°C.

Glasur

Zusammensetzung

SiO₂, CaCO₃, Na₂CO₃, MgCO₃, Na₂B₄O₇, Al₂O₃ · 6SiO₂, R₂O (R: Na und/oder K)

Färbung

• Farbstoffe: CuO, MnO₂, ZnO, Fe₂O₃ · H₂O, Cr₂O₃, CoO
• Azurgrün: [Unklarer Bestandteil: AKE?]
• Opak/Milchig: SnO₂, CaF₂, Ca₃(PO₄)₂

Ofenreaktionen (Glasur/Glas)

• CaCO₃ + SiO₂ → CO₂ + CaSiO₃
• Na₂CO₃ + SiO₂ → CO₂ + Na₂SiO₃

Glasarten und Zusammensetzung

• Fensterglas (Vulgärglas): 75% SiO₂, 15% Na₂O, 8% CaO, 2% Al₂O₃
• Flintglas: 45,5% SiO₂, 3,5% Na₂O, 4% K₂O, 3% CaO, 44% PbO
• Pyrexglas: 80% SiO₂, 4% Na₂O, 0,4% CaO, 0,6% K₂O, 12% B₂O₃, 3% Al₂O₃
• Supremaxglas: 96,3% SiO₂, 49% B₂O₃, 0,4% Al₂O₃ (Hinweis: Prozentuale Summe > 100%)

Metallurgie

Reduktion von Eisenoxid

• 2C + O₂ → 2CO
• 3CO + Fe₂O₃ → 2Fe + 3CO₂

Reaktionen mit Kalk (CaO)

Kalkstein brennt unter Abgabe von CO₂ zu CaO.

• CaO + SiO₂ → CaSiO₃
• 3CaO + P₂O₅ → Ca₃(PO₄)₂
• Ca₃(PO₄)₂ + 3SiO₂ + 5C → 3CaSiO₃ + 5CO + 2P
• SiO₂ + 2C → Si + 2CO

Zementklinkerphasen

• Alit: 3CaO · SiO₂ (C₃S)
• Belit: 2CaO · SiO₂ (C₂S)
• Celit: 3CaO · Al₂O₃ (C₃A)