Anorganski procesi u heterogenim sustavima

NAZIV PREDMETA

Kod

KTB108

Godina studija

Nositelj/i predmeta

Prof. dr. sc. Jelica Zelić

Bodovna vrijednost (ECTS)

8.0

Suradnici

Doc. dr. sc. Mario Nikola Mužek

Način izvođenja nastave (broj sati u semestru)

P	S	V	T
45	15	30	15

Status predmeta

Obvezni

Postotak primjene e-učenja

0 %

OPIS PREDMETA

Ciljevi predmeta

Osposobljavanje studenata za usvajanje i primjenu stečenih znanja o temeljnim načelima kemijskih procesa stvaranja i dobivanja tehnički važnih materijala koji nastaju kod povišenih i visokih temperatura i o procesima koji omogućavaju uporabu takvih i sličnih materijala s posebnim osvrtom na tehnološko-ekonomske i ekološke aspekte.

Uvjeti za upis predmeta i ulazne kompetencije potrebne za predmet

Očekivani ishodi učenja na razini predmeta (4-10 ishoda učenja)

Nakon položenog kolegija student će moći:
1. Primijeniti temeljna načela kemijskih procesa koji se vrše pri povišenim i visokim temperaturama u heterogenim sustavima.
2. Kategorizirati procese termičkih razlaganja.
3. Procijeniti uvjete za nastajanje i disocijaciju metalnih oksida.
4. Objasniti procese sinteriranja i mehanizme reakcija u čvrstom stanju.
5. Interpretirati fazne dijagrame sustava značajnih za proizvodnju cementa i za sintezu čistih sastojaka cementnog klinkera.
6. Ilustrirati načine primjene teorije redukcije metala u procesima visoke peći i pri metalotermijskoj redukciji metalnih oksida u proizvodnji ferolegura.
7. Koristiti teorijsku osnovu procesa oksidacije u procesima pročišćavanja metalnih talina pri proizvodnji čelika i drugih metala.
8. Objasniti teorijsku osnovu proizvodnje metala elektrolizom rastaljenih soli te proizvodnju tehničkog stakla iz silikatnih talina.
9. Objasniti kinetiku i mehanizam procesa hidratacije portlandskog cementa te predložiti procese hidratacije cement

Sadržaj predmeta detaljno razrađen prema satnici nastave

1. tjedan: Uvod. Opći principi i zakonitosti provedbe kemijskih procesa. Procesi termičkih razlaganja (dehidratacija i dehidroksilacija, termička disocijacija). Dehidratacija gipsa. Dehidratacijja i dehidroksilacija glina.
2. tjedan: Termička disocijacija metalnih oksida, hidroksida i sulfata. Afinitet metala prema kisiku i tlakovi disocijacije oksida. Model, mehanizam i uvjeti disocijacije karbonata.
Seminar: Termička disocijacija vapnenca i dobivanje vapna. Rješavanje zadataka.
3. tjedan: Procesi stvaranja tehničkih silikata. Procesi sinteriranja i reakcije u čvrstom stanju. Mehanizam reakcija. Pokretačka sila procesa. Mehanizam prijenosa tvari. Kemijske i fizikalne promjene tijekom sinteriranja.
Seminar: Fazni dijagrami stanja. Gibbsovo pravilo faza. Ternarni sustav CaO-SiO2-Al2O3 s područjima (zonama) pojave pojedinih tehničkih silikata. Rješavanje zadataka.
4. tjedan: Portlandski (silikatni) cement. Proizvodnja PC klinkera. Osnovni klinkerski minerali. Cementni moduli. Klasifikacija portlandskog cementa prema EN 197-1.
Seminar: Tehnološka shema proizvodnje portlandskog cementa. Proračun sirovinske smjese za proizvodnju portlandskog klinkera. Rješavanje zadataka.
5. tjedan: Tehnički silikati dobiveni sinteriranjem u reakcijskom sustavu SiO2-Al2O3. Klasični keramički materijali. Lončarska roba, crijep, porculan. Vatrostalni materijali.
Seminar: Fazni dijagram SiO2-Al2O3. Dijagram stabilnosti SiO2. Vatrostalni materijali temeljeni na MgO-SiO2 reakcijskom sustavu. Forsterit, periklas.
6. tjedan: Procesi stvaranja silikata i aluminata u talinama. Primjeri: vodeno staklo, aluminatni cement. Provjera znanja (I. kolokvij).
7. tjedan: Silikatne taline. Staklo. Definicija. Podjela i uloga glavnih iona u staklu. Karakteristike staklastog stanja. Rastakljivanje. Kristalizacija. Tehničko staklo. Kemijski sastav, podjela, svojstva i praktična primjena. Fizikalno-kemijska i mehanička svojstva stakla.
8. tjedan: Tehnološki proces i postupak dobivanja tehničkog stakla. Sirovine. Taljenje i pretvorba sirovina u staklo. Dijagram Na2O-SiO2. Oblikovanje i preradba stakla. Hlađenje i površinska obrada stakla.
Seminar: Tehnološka shema proizvodnje tehničkog stakla. Proračun sirovinske smjese za proizvodnju bezbojnog i obojenog (zelenog) stakla. Rješavanje zadataka.
9. tjedan: Dobivanje ugljičnih materijala, grafit, karbidi. Redukcija MeO s ugljikom i CO. Procesi u visokoj peći. Procesi pročišćavanja metalnih talina. Metalotermijske i elektrotermijske redukcije metalnih oksida u proizvodnji ferolegura.
Seminar: Primjeri redukcije MeO i pročišćavanja metala u industrijskoj praksi. Redukcija željezovih oksida i dobivanje željeza u visokoj peći. Čelik. Ferolegure.
10. tjedan: Elektroliza u talini. Elektroliza glinice i dobivanje aluminija. Gustoća struje. Anodni efekt. Tehnološka shema dobivanja aluminija. Rješavanje zadataka. Provjera znanja (II. kolokvij).
11. tjedan: Anorganski procesi u heterogenim sustavima pri niskim temperaturama. Hidratacija produkata termičkih razlaganja (gips, vapno). Reakcije hidratacije i očvršćivanja gipsa i vapna. Utjecajni čimbenici na reaktivnost vapna.
Seminar: Proizvodnja vapna i gipsa. Postrojenja, osnovne operacije i uređaji. Peći.
12. tjedan: Anorganski procesi u heterogenim sustavima pri niskim temperaturama. Procesi hidratacije, vezanja i očvršćivanja silikatnog cementa (portlandski cement). Mehanizam i kinetika hidratacije. Produkti hidratacije u sustavu cement-voda.
Seminar: Primjena termičkih metoda (DTA-TG/DTG) u kemiji cementa. Kinetika i mehanizam hidratacije portlandskog cementa. Rješavanje zadataka.
13. tjedan: Razvoj mikrostrukture i korozijska stabilnost cementnog kompozitnog veziva. Čimbenici koji utječu na čvrstoću betona. Hidratacija i vezanje aluminatnog cementa.
Seminar: Primjeri iz prakse. Utjecaj pucolanskih dodataka na čvrstoću i trajnost cementnog kompozita.
14. tjedan: Aditivi za cement i beton. Plastifikatori i superplastifikatori. Aeranti. Zamjenski dodaci cementu. Beton. Kompozitni materijali.
15. Uloga procesa hidratacije cementa u trajnom zbrinjavanju štetnih tvari i industrijskog otpada. Održivi razvoj i zaštita okoliša. Provjera znanja (III. kolokvij).
SEMINAR:
Tijekom semestra obrađuju se numerički zadaci (primjeri iz prakse) za izračunavanje procesnih parametara s prikazima dijagrama tijeka odabranih tehnoloških procesa (fizičko-kemijske osnove procesa, procesna oprema i utjecaj na okoliš), što zajedno s predavanjima čini jedinstvenu cjelinu.
VJEŽBE:
1. Određivanje reaktivnosti vapna ovisno o uvjetima pečenja vapnenca.
2. Određivanje veličine i raspodjele čestica metodom Andreasenove pipete.
3. Određivanje fizikalno-kemijskih svojstava silikatnog cementa (gustoća, specifična površina, normalna konzistencija, vrijeme vezanja, toplina hidratacije).
4. Određivanje kapaciteta izmjene kationa kod glina metodom amonijeva acetata i identifikacija glinenih minerala.
5. Određivanje kemijske otpornosti Na2O-CaO-SiO2 stakla.
6. Terenska nastava - posjet tehnološkim pogonima za proizvodnju betona, gipsa, vapna, portlandskog cementa i stakla.

Vrste izvođenja nastave:

Obveze studenata

Provedba i analiza odabranih procesa prema unaprijed zadanim uvjetima rada.
Svaki student je obvezan odraditi sve vježbe predviđene programom i terensku nastavu (100%). Nakon završenih vježbi obvezan je završni pismeni ispit.

Praćenje rada studenata (upisati udio u ECTS bodovima za svaku aktivnost tako da ukupni broj ECTS bodova odgovara bodovnoj vrijednosti predmeta):

Pohađanje nastave	3.0	Istraživanje	0.0	Praktični rad	0.0
Eksperimentalni rad	1.0	Referat	0.5
Esej	0.0	Seminarski rad	0.5
Kolokviji	1.0	Usmeni ispit	1.0
Pismeni ispit	1.0	Projekt	0.0

Ocjenjivanje i vrjednovanje rada studenata tijekom nastave i na završnom ispitu

Cjelokupni ispit može se položiti preko tri (3) kolokvija tijekom semestra. Prag prolaznosti je 60%. Svaki kolokvij u ocjeni učestvuje s 45%. Prisutnost predavanjima od 80 do 100% je 10% ocjene. U ispitnim rokovima polaže se pismeni i usmeni ispit. Prag prolaznosti je 60%. Položeni jedan kolokvij (prethodna aktivnost) vrijedi i u ljetnom ispitnom roku s udjelom od 10% u ocjeni. Pismeni ispit ima udio 40%, a usmeni 50%. Studenti koji nisu položili ispit putem kolokvija polažu ispit preko pismenog i usmenog ispita u redovitim ispitnim rokovima. Prag prolaznosti je 60 %, a pojedini oblik ispita učestvuje u ocjeni s po 50%.
Ocjene: 60%-70% - dovoljan, 71%-81% - dobar, 82%-92% -vrlo dobar, 93%-100% - odličan.

Obvezna literatura (dostupna u knjižnici i putem ostalih medija)

Naslov	Broj primjeraka u knjižnici	Dostupnost putem ostalih medija
J. Zelić, Praktikum iz procesa anorganske industrije, Kemijsko-tehnološki fakultet u Splitu, Split, 2013. (recenzirani nastavni materijal)	1	www.ktf-split.hr http://www.ktf-split.hr/bib/nm/Procesi_an
Z. Osmanović, J. Zelić, Proizvodnja Portland-cementa, Univerzitetski udžbenik, Univerzitet u Tuzli, B&H, Tuzla, 2010., ISBN 978-9958-897-04-7.	5	www.knjiga.ba http://www.knjiga.ba/proizvodnja_portlandj_cem
J. Zelić, Z. Osmanović, Čvrstoća i trajnost cementnih kompozita, Sveučilišni udžbenik, Sveučilište u Splitu, 2014., ISBN 978-953-7803-01-8.	1	www.ktf-split.hr
R. Krstulović, Tehnološki procesi anorganske industrije, Sveučilišni udžbenik, Sveučilište u Splitu, Split, 1986.	5

Dopunska literatura

R. M. German, Sintering Theory and Practice, Wiley & Sons, Inc., New York, 1996, ISBN 978-0-471-05786-4.
M. Tecilazić-Stevanović, Osnovi tehnologije keramike, Univerzitet u Beogradu, Tehnološko-metalurški fakultet, Beograd, 1990., YU ISBN 86-7401-065-2.

Načini praćenja kvalitete koji osiguravaju stjecanje utvrđenih ishoda učenja

Praćenje kvalitete i uspješnosti obavljat će se na tri razine:
(1) Sveučilišnoj, (2) Fakultetskoj, pomoću Povjerenstva za kontrolu kvalitete nastave, (3) Nastavničkoj razini.

Ostalo (prema mišljenju predlagatelja)