Помоги проекту - поделись книгой:
Борный ангидрит. Окись бора широко применяется при производстве химико-лабораторной посуды, термостойких и ряда специальных стекол и стекловолокна. Исходные материалы для введения борного ангидрита – борная кислота и бура, исходя из состава в стекло вместе с бурой вводится окись натрия.
Введение в состав стекла незначительно количества оксида бора (до 2%) содействует облегчению варки и осветлению стекла, позволяет снизить температуру варки, улучшить физико-химические данные стекла. Для введения оксида бора применяется борная кислота, бура и борат кальция.
Сырье для введения в стекломассу щелочных окислов
Окись натрия. Наряду с кремнеземом окись натрия – одна из важнейших составных частей стекла. Окись натрия ускоряет стеклообразование и снижает температуру варки стекла, облегчает процесс осветления. В состав стекла окись натрия вводится посредством кальцинированной соды и сульфата натрия. Кальцинированная сода – это углекислый натрий; различают безводную, или кальцинированную, соду и кристаллическую соду. В стекловарении кристаллическую соду не применяют, так как она содержит слишком много воды; в производстве стекла используют главным образом кальцинированную соду. Сульфат натрия – это натриевая соль серной кислоты; различают два вида сульфата – природный и искусственный. В стеклоделии используют преимущественно природный сульфат натрия.
Основными материалами для ввода в стекло оксида натрия являются карбонат натрия (сода), сульфат и нитрат натрия (селитра). Сульфат натрия используется в производстве сортовых стекол в небольших количествах в качестве ускорителя варки и осветлителя. Введение окиси натрия через сульфат при варке хрустальных и цветных стекол нежелательно из-за образования интенсивно красящих сульфидов металлов.
Окись калия. Окись калия воздействует на многие свойства стекла аналогично окиси натрия, но при этом у нее имеются свои особенности, к примеру, окись калия больше повышает вязкость стекла, особенно в области формования, Окись калия способствует улучшению колера стекла, придает изделию лучший товарный вид, поэтому ее чаще используют вместо окиси натрия при производстве сортовых, особенно хрустальных стекол. Небольшие добавки иногда используют и в производстве листового стекла.
В качестве сырьевых материалов для введения окиси калия используют в основном поташ. Поташ различают кристаллический и кальцинированный. В производстве стекла применяют главным образом кальцинированный поташ; для введения оксида калия применяется также нитрат калия (селитра) как окислитель для введения окиси калия.
Сырье для введения в стекломассу щелочноземельных окислов
Окись кальция. Для введения окиси кальция в стекло чаще всего используют известняк, мел, реже мрамор.
Оксид кальция, ускоряя реакции силикатообразования, способствует облегчению варки и осветлению, улучшает выработочные свойства стекла, повышает его химическую устойчивость. Оксид кальция вводится обычно через карбонат кальция; для введения оксида кальция в составы высококачественных стекол рекомендуется использование бората кальция.
Окись магния. Окись магния вводят в состав стекломассы преимущественно через доломит, иногда через доломитизированный известняк или магнезит. Доломит представляет собой двойную соль карбоната кальция и магния, таким образом при его применении в состав стекломассы одновременно вводятся окислы кальция и магния, что очень ценно при производстве оконного и полированного стекол. Природные доломиты всегда содержат примеси кремнезема, глинозема и железа. Постоянство состава и минимальное содержание вредных примесей – соединений железа – имеет большое значение для производства высококачественных стеклоизделий.
Щелочноземельные окислы входят в состав большинства промышленных стекол. Они придают стеклам ценные физико-химические свойства – повышают термическую и химическую устойчивость, увеличивают механическую прочность.
5. Сырье для введения в стекломассу окиси алюминия.
Окись алюминия. Окись алюминия вводят в состав стекла с техническим глиноземом, полевыми шпатами и пегматитами. Добавка в составы натрий-кальций-силикатных стекол окиси алюминия снижает коэффициент расширения стекла, повышает химическую стойкость, улучшает механическую и термическую прочность. Технический глинозем получают путем химической переработки алюминийсодержащего стекла. Он является продуктом высокой чистоты, так как содержит в себе мало побочных продуктов. Полевые шпаты по своему химическому составу подразделяются на калиевые, кальциевые и натриевые, называемые соответственно ортоклазом, анортипом и альбитом; полевые шпаты, состоящие из смеси альбита и анортипа, называются плагиоклазами. Химический состав полевых шпатов непостоянен. В чистых полевых шпатах содержание окиси алюминия достигает 30%; из вредных окислов присутствует окислы железа. Пегматиты представляют собой природную смесь полевого шпата и кварца. В стекловарении обычно применяют молотый обогащенный пегматит.
Сырье для введения в стекломассу окиси бария
Небольшое количество окиси бария ускоряет варку стекла, улучшает выработочные свойства стекла, особенно при механизированном формовании. Стекло с добавкой окиси бария приобретает блеск, повышаются показатели преломления и плотности такого стекла. Для ввода в стекло окиси бария наиболее подходящим сырьем является углекислый барий, могут также применяться нитраты и сульфаты.
Сырье для введения в стекломассу окиси свинца
Оксид свинца является основным компонентом хрусталей, определяя их высокие оптические свойства. Основными материалами для введения в стекло окиси свинца является свинцовый сурик и свинцовый глет. При разложении сурика выделяется кислород, который способствует осветлению стекломассы и поддержанию окислительной среды. Условие применения свинецсодержащего сырья – минимальное содержание красящих примесей.
Сырье для введения в стекломассу окиси цинка
Добавление оксида цинка в стекломассу понижает коэффициент термического расширения стекла, увеличивает коэффициент преломления и химическую устойчивость стекла; оксид цинка является обязательным компонентом селенового рубинового стекла. Для введения в состав шихты оксида цинка используются цинковые белила – промышленное название оксида цинка.
Ускорители варки и осветлители
Ускорители варки, введенные в стекломассу, способствуют интенсификации процессов стекловарения.
Среди ускорителей особое место занимают фториды, способствующие появлению жидкой фазы при более низких температурах и увеличению скорости процесса силикатообразования. Фториды – наиболее эффективные ускорители, шихта, содержащая фториды, значительно быстрее проваривается и осветляется; в качестве ускорителя варки обычно применяют кремнефторид натрия.
Ускорению процессов варки также способствует ввод гидратов оксидов натрия и калия, окислителей. К ускорителям варки с известной долей условности можно отнести также осветлители, которые способствуют при высоких температурах освобождению стекломассы от крупных и мелких пузырей.
Осветлители. Осветителями называются сырьевые материалы, вводимые в шихту для интенсификации процесса освобождения стекломассы от пузырей, т.е. для ее осветления. Действие осветлителей заключается в том, что при нагревании они разлагаются с выделением большого количества газообразных продуктов, которые, бурно выделяясь из стекломассы, способствуют удалению из нее и других газов (пузырей). Как осветлители применяются азотнокислый, хлористый и сернокислый аммоний, хлористый натрий, сульфат натрия и натриевая селитра.
Некоторые осветлители вводятся в стекло основными компонентами, к примеру, сульфатом натрия, селитрами, другие вводятся в состав шихты специально, например, оксиды мышьяка и сурьмы, оксид церия, хлористый натрий; в качестве ускорителей применяют также соли аммония.
Для облегчения процессов варки применяется также стекольный бой в количестве 20-50% к массе шихты. Стекольный бой должен быть чистым, свободным от загрязняющих примесей, желательно однородный по величине кусков, Целесообразно применять бой, одинаковый по составу с применяемым стеклом. Это условие применяется в производстве сортовой посуды, где имеется значительное количество отходов после резки колпачка.
Красители, обесцвечиватели и глушители
Красители. Красители входят в группу вспомогательных материалов. Обычно в качестве красителей используют различные соединения металлов; эти соединения распределяются в стекле на ионном, молекулярном и коллоидном уровнях.
К молекулярным относятся те красители, которые при введении в стекломассу растворяются в ней. Окраска таких стекол не изменяется при повторной тепловой обработке. К этой группе красителей относятся главным образом окислы тяжелых металлов: марганца, кобальта, никеля, урана, хрома и др.
К коллоидным красителям относятся те, которые при введении в стекломассу равномерно распределяются в виде мельчайших коллоидных частиц; к ним относятся соединения серебра, золота, меди, селена и др.
Соединения марганца в виде окиси марганца или перекиси марганца придают стеклу различные оттенки фиолетового цвета; в качестве исходного сырья используют пиролюзит и марганцовокалиевую соль.
Соединения кобальта придают стеклу синий цвет; чаще всего для этого используется закись кобальта, являющуюся сильным красителем, поэтому ее вводят в стекломассу в весьма небольших количествах. Закись кобальта является стойким красителем, на нее не влияют условия варки стекла.
Соединения хрома придают стеклу зеленый цвет; в качестве красителей используется окись хрома, хромокалиевая соль и хромонатриевая соль.
Соединения железа в зависимости от его вида придают различную окраску стеклу. Закись железа окрашивает стекло в сине-зеленый цвет; окись железа дает желтый или коричневый, а в смеси с углем и серой – в оранжевый свет; смесь окиси и закиси железа придают стеклу зеленый цвет.
Соединения никеля окрашивают стекло в красно-фиолетовый цвет; для этого используется закись никеля, окись никеля и гидрат закиси никеля.
Соединения урана придают стеклу желто-зеленый цвет; для придания желто-зеленого цвета используется закись урана, треокись урана и натриевая соль урановой кислоты.
Окись меди окрашивает стекло в зеленовато-голубой цвет.
В качестве красителей при производстве сортовых стекол применяются окислы редкоземельных элементов. Чаще других используется двуокись церия, дающая золотисто-желтый цвет; окись празеодима окрашивает стекло в зелено-золотистый цвет; окись неодима окрашивает стекло в пурпурно-красный цвет.
Соединения серебра придают стеклу золотисто-желтый цвет; в качестве красителей обычно используют азотнокислое серебро.
Соединения золота окрашивают стекло от нежно-розового до темно-красного цвета (так называемый золотой рубин); в качестве красителя чаще всего применяют хлорное золото, содержащее 4,96% чистого золота; розовую окраску стекла получают уже при введении 0,01% металлического золота, а для получения темно-красного цвета (золотого рубина) вводят 0,02% золота.
Закись меди в восстановительных условиях варки придает стеклу ярко-красный цвет (медный рубин), а в окислительных условиях варки окрашивает стекло в синий цвет.
Обесцвечиватели. Обесцвечиватели вводят в стекломассу для устранения нежелательного сине-зеленого или желто-зеленого цвета стекла, который придают ему соединения железа, присутствующие в сырьевых материалах.
Закисная форма железа окрашивает стекло в десятки раз сильнее, чем окисная. Для обесцвечивания стекла при его образовании необходимо перевести закисную форму железа в окисную. Для этого применяют такие сырьевые материалы, которые при нагревании разлагаются с выделением свободного кислорода. Наличие кислорода является непременным условием успешного протекания основной реакции обесцвечивания.
В качестве обесцвечивателей применяют перекись мышьяка, селитру, сульфат натрия, двуокись церия и др. Наиболее часто для химического обесцвечивания стекла применяются комбинации оксида мышьяка: трехокись мышьяка при нагревании при сравнительно низкой температуре поглощает кислород, превращаясь в пятиокись азота; затем – уже при высоких температурах, близких к температурам осветления стекломассы – пятиокись разлагается на трехокись с выделением свободного кислорода, который и обеспечивает протекание реакции обесцвечивания. Для обесцвечивания стекла таким способом достаточно ввести в стекломассу 0,3-0,5% трехокиси мышьяка.
Селитра разлагается с выделением кислорода уже при температуре 400 градусов С; ее вводят совместно с трехокисью мышьяка.
Соединения мышьяка ввиду их большой ядовитости часто заменяют оксидом сурьмы.
В качестве химического обесцвечивателя применяю также оксид церия. Двуокись церия разлагается при высокой температуре с выделением кислорода. Оксид церия является весьма эффективным обесцвечивателем, к тому же его применение исключает использование ядовитых соединений мышьяка и сурьмы.
Физическое обесцвечивание состоит в том, что в стекломассу вводят вещества, которые окрашивают стекло в цвет, дополнительный к существующему, т.е. как бы накладывают один цвет на другой. Подбор цветов ведется таким образом, чтобы уменьшить интенсивность окраски стекла, при этом с уменьшением интенсивности окраски стекла снижается общая светопрозрачность стекла. В качестве физических обесцвечивателей используют оксиды марганца, кобальта, никеля, неодима и эрбия, элементарный селен.
Глушители. Для придания стеклу светорассеивающих свойств в стекломассу вводят глушители. Так называемые глушеные стекла широко применяются в светотехнике: стеклянные абажуры, колпаки и т.д. В качестве глушителей обычно применяются фтористые или фосфорнокислые соединения.
Соединения фтора вводятся через фторид кальция, камнефторид натрия, криолит и хиолит. Соединения фосфора применяются в виде костной муки, фосфата кальция, кислой фосфорнонатриевой соли, апатита.
Заглушенность в стеклах достигается также за счет кристаллизации определенных соединений, а также введением в сваренную стекломассу тугоплавких соединений или пузырьков воздуха.
Приготовление шихты
Подготовка сырья
Сырьевые материалы, используемые для производства стекла, нуждаются в дальнейшей обработке. К примеру, пески подвергают обогащению – из них извлекаются и удаляются железистые примеси, затем их сушат и просевают; доломит и известняк предварительно дробят и смалывают и т.д.
Подготовка песков. Используемые в стекловарении пески обычно подвергают обработке: обогащению, сушке и просеву.
Процесс обогащения состоит в обезжелезивании песка, т.е. удалении из него железистых примесей или уменьшения их содержания до необходимых параметров. Включения железа в песке могут быть разнообразных видов: это глинистые примеси, примеси легких и тяжелых железистых минералов, поверхностных пленок, а также скоплений внутри кварцевого зерна песка. Гравитационный метод обогащения песка основан на разделении частиц минералов в водной или воздушной среде по их удельному весу. Флотационный метод обогащения песков состоит в разделении минералов, смачиваемых и не смачиваемых водой; при засасывании в пульпу пузырьков воздуха минералы, поверхность которых не смачивается, прилипают к пузырькам и вместе с ними всплывают вверх, т.е. флотируются (рис. 10).
Минерализованные воздушные пузырьки всплывают и увлекают вредные примеси в пену, которая в дальнейшем легко отделяется от песка. Для образования устойчивых пузырьков в пульпу вводят реагенты;в качестве реагентов может использоваться, например, сульфатное мыло. Флотооттирочный метод обогащения песков включает в себя три процесса: флотацию, оттирку пленки и промывку. Оттирка основана на взаимном трении зерен песка в водной среде; при трении друг о друга пленка гидроокислов железа, имеющая меньшую твердость по сравнению с кварцем, оттирается. Метод электромагнитной сепарации основан на способности различных минералов по-разному притягиваться магнитом. Для обогащения песков методом электромагнитной сепарации в стекольной промышленности применяют магнитные сепараторы; для удаления из сырьевых материалов аппаратурного железа применяют дисковые, индукционно-роликовые и барабанные сепараторы. Магнитную сепарацию проходят пески, предназначенные для производства высококачественного бесцветного стекла, особенно свинцового хрусталя.
Сушка песка необходима для доведения сырья до нужной кондиции. Влажный песок, поступающий с места добычи или прошедший процесс обогащения, трудно поддается перемешиванию с другими компонентами шихты, он плохо пересыпается, комкуется и т.д.;сушат песок в сушильных барабанах. Температура сушки песка 700-800 градусов С.
Просеиванию подвергаются все без исключения материалы, применяемые при подготовке шихты. При просеивании удаляются крупные зерна и включения.
Подготовка известняка, доломита и мела заключается в дроблении, сушке, помоле и просеве.
Дробление состоит в измельчении материалов до кусков размером 2-3 см. Это делается для облегчения их дальнейшей обработки – помола и сушки.
Сушка известняка, доломита и мела производится в сушильных барабанах при температуре 400-450 градусов С (при более высоких температурах они будут разлагаться).
Помол является следующим этапом подготовки материалов к стекловарению.
Просеивание известняка, доломита и мела производится на том же оборудование, что и просеивание песка.
Подготовка сульфата натрия сводится к сушке, помолу и просеву. Сушат сульфат натрия в сушильных барабанах при температуре 650-700 градусов С. Помол производят в молотковых мельницах. Просев производят аналогично с другими материалами. Ввиду того, что поступающий на производство сульфат натрия имеет непостоянный химический состав, его подвергают усреднению.
Прочие сырьевые материалы подвергаются аналогичной обработке.Приготовление шихты
Шихта – это однородная смесь предварительно подготовленных и отвешенных по заданному рецепту; шихта должна быть однородной, соотношение сырьевых материалов в ней должно быть одинаковым и соответствовать заданному составу. Основными условиями получения правильно подготовленной шихты являются применение обогащенных и подготовленных материалов, точная дозировка, тщательное перемешивание до полной однородности, подача и загрузка, исключающая возможность ее расслаивания. Рекомендуемая влажность шихты – 2-7%.
Сырьевые материалы перемешивают в специальных смесителях. Наибольшее распространение в производстве сортовой посуды получили контейнерные и тарельчатые смесители. Контейнерные смесители исключают операцию выгрузки шихты. Их применяют при небольшом объеме производства, к примеру, при варке окрашенных стекол в горшковой печи или варке свинцового хрусталя. Но наибольшее распространение в производстве сортовой посуды имеют тарельчатые смесители.
Гранулирование шихты производят с целью сохранения ее однородности при транспортировке, загрузке в печь и ускорении процесса стекловарения. В результате гранулирования устраняется пыление шихты, а также расслаивание, ускоряется провар, улучшается качество стекломассы. Технология гранулирования сводится к получению гранул достаточной прочности и необходимого размера. В качестве связующего используется жидкое стекло или вода. Для получения гранул используют барабанные, тарельчатые или другие грануляторы.
Контроль качества заключается в своевременной проверке качества шихты и обнаружении нарушений при ее приготовлении. Готовая шихта контролируется на соответствие заданному химическому составу, влажности, однородности, гранулометрическому составу, а также на комкование. В смену проводят один полный анализ и четыре на определение щелочности и нерастворимого остатка.
Поделиться книгой: