Получение стекломассы

Сырьевые материалы делят на главные или стеклообразующие и вспомогательные.

К главным, стеклообразующим материалам относятся вещества, с помощью которых в стекломассу вводят кислотные, щелочные и щелочноземельные окислы, обеспечивающие получение изделий с необходимыми

физическими и химическими свойствами. К ним относятся кварцевый песок, борная кислота или бура, полевой шпат, каолин, сода и сульфат натрия, поташ, известняк и мел, доломит, сурик, окиси цинка, алюминия, магния, кальция и бария, нефелин, стеклянный бой и другие соединения. Кварцевый песок служит основным сырьем для введения в состав стекла кремнезема, которого в нем содержится от 60 до 75 %. Лучшим считается песок без примесей окрашивающих окислов, в том числе окислов железа, титана, хрома. Наиболее вредными примесями являются соединения железа, которые придают стеклу желтовато-зеленоватую окраску, что резко снижается светопропускание и ухудшает внешний вид готовых изделий.

Борная кислота или бура необходимы для введения в стекло борного ангидрида, образующегося после разложения при высокой температуре. Он понижает коэффициент расширения, химическую и термическую устойчивость и прочность изделий.

Полевой шпат – исходное сырье для введения в состав стекла глинозема (Al₂O₃). Для этой цели используют также каолин, являющийся продуктом разложения полевого шпата. Он замедляет скорость варки, но способствует осветлению стекломассы, повышает термическую и химическую стойкость, механическую прочность и твердость, снижает коэффициент термического расширения стекла.

Сода служит для введения в состав стекла окиси натрия. Недостаток соды – большое содержание вредных примесей хлористого и сернокислого натрия, окиси железа. С аналогичной целью чаще применяют сульфат натрия как более дешевое и менее дефицитное сырье по сравнению с содой.

Поташ – основное вещество для введения в состав стекла окиси калия. Окись калия придает изделиям блеск, прозрачность, уменьшает способность к кристаллизации.

Известняк и мел применяют для введения окиси кальция, которая придет стеклу химическую устойчивость и способствует осветлению и ускорению варки стекломассы.

Окись магния снижает термическое расширение стекла и уменьшает способность к кристаллизации, а также повышает его вязкость, прочность и химическую устойчивость.

Цинковые белила служат для введения в стекло окиси цинка, который повышает химическую и термическую стойкость стекла, а также прочность при сжатии и растяжении. Изделия, содержащие окись цинка, сильно преломляют лучи света, отличаются повышенным блеском и прозрачностью.

Сурик используют при производстве ценных хрустальных изделий и оптического стекла с высокой плотностью, характерным блеском и игрой света.

Изделия с окисью свинца легко поддаются гранению, хорошо шлифуются, полируются, сильно преломляют лучи света, имеют пониженную химическую устойчивость, поглощают рентгеновские лучи. Недостаток свинцового хрусталя – высокая чувствительность к окислительно-восстановительным условиям варки. Этого недостатка лишен бариевый хрусталь, практически не отличающийся от свинцового хрусталя.

Стекольный бой способствует ускорению процесса варки стекломассы. Химический состав боя должен соответствовать составу основной шихты, т.к. разный состав приводит к изменению процесса варки стекломассы. В состав стекломассы вводят от 15 до 30 % стекольного боя.

Основными вспомогательными материалами являются красители, глушители, обесцвечиватели, осветлители, окислители, восстановители и ускорители варки стекломассы.

Красители вводят в шихту для придания стеклу определенного цвета. К молекулярным красителям (их большинство) относятся, как правило, окислы тяжелых и редкоземельных металлов (Co, Ni, Mn, Cu, Cr) Закись кобальта придает стеклу синий цвет (0,1-0,5 %) или фиолетово-синий с красноватым оттенком (более 0,5 %). При совместном введении соединений кобальта и перекиси марганца получают стекла пурпурного, фиолетового и черного цветов. Перекись марганца окрашивает калиево-кальцевые стекла в красновато-фиолетовый цвет, а натриево-кальцевые – в фиолетовый или в красновато-фиолетовый цвет. Окись меди придает стеклу голубой (1–2 %) или зеленый цвет, а окись хрома – зеленый. Стекло желтого цвета может быть получено при введении в стекломассу сернистого кадмия, сернистого железа, окиси урана. Закись железа окрашивает стекло в сине-зеленый цвет, окись железа – в желтый, а при совместном действии – зеленый цвет. Белый цвет придает двуокись олова; черный цвет – окись марганца (12–13 %) и сульфаты железа.

Коллоидно-дисперные красители окрашивают стекло после тепловой обработки (наводки). К таким красителям относятся золото, серебро, медь, селен, сурьма, а также сульфиды свинца, железа, меди, кадмия, селена и др. Их применяют для получения рубиново-красного стекла. Золотой рубин, например, получают при добавлении в стекломассу 0,02 % хлорного золота и двуокиси олова. При использовании сульфидов цинка, изменяя соотношение компонентов можно получать стекла от прозрачных до полностью заглушенных, от светло-зеленых, серых, сиреневых, бирюзовых, голубых оттенков до почти черных тонов.

Глушители вводят в шихту для придания стеклу молочно-белого цвета, а также для устранения его прозрачности и увеличения рассеивающей способности. Такие стекла называются глушенными. В качестве глушителей применяют фосфорнокислые соли кальция, костяную муку, тальк.

Обесцвечиватели устраняют либо ослабляют нежелательный цвет или оттенок. Различают химическое и физическое обесцвечивание. При химическом обесцвечивании в шихту вводят вещества (селитра, трехокись мышьяка, двуокись церия и др.), выделяющие при разложении большое количество атомного кислорода. При физическом обесцвечивании подбирают краситель, нейтрализующий окраску стекла закисью железа, например, перекись марганца, селен, закись никеля, и др.

Осветлители вводят в шихту, чтобы освободить стекломассы от различных включений газа и воздуха, а также окислить закись железа до окиси. К ним относятся вещества, которые при разложении выделяют большое количество газа, способствующего перемешиванию стекломассы и объединению мелких разрозненных пузырьков в крупные (трехокись мышьяка, селитру, сульфат натрия, аммониевые соли и др.)

Окислители и восстановители используют для создания и поддержания соответствующей среды при варке стекломассы, для окисления закиси железа.

Подготовленные соответствующим образом сырьевые материалы взвешивают на автоматических весах и тщательно перемешивают по определенной рецептуре для получения однородной по составу порошкообразной смеси – шихты.

Весь процесс варки стекломассы можно разделить на основные этапы: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизация и охлаждение стекломассы до рабочей вязкости.

Силикатообразование начинается с удаления гигроскопической воды (при 100–120 °С), затем при дальнейшем нагревании образуется натриево-кальциевый карбонат, при 600 °С начинается выделение углекислого газа, при 740–800 °С появляется расплав, активно взаимодействующий с кремнеземом, образуется метасиликат. Заканчивается силикатообразование при температуре около 1000 °С. Стеклообразование протекает при температуре 1150–1500 °С и отличается большей интенсивностью диффузных процессов. Стекломасса становится более прозрачной и подвижной, но в ней еще много газовых и твердых включений. При осветлении стекломасса освобождается от газовых и воздушных включений. Осветление проводят при температуре 1450–1500 °С, при этом вязкость стекломассы понижается, что облегчает удаление из нее пузырей. Гомогенизацию проводят при максимальной температуре варки одновременно с осветлением стекломассы. Стекломасса выдерживается в спокойном состоянии, выравнивается по химическому составу и освобождается от стекловидных включений – свилей.

Стекломассу охлаждают до вязкости, при которой из нее можно сформировать изделия (200–300 °С).

Основными факторами, ускоряющими варку стекломассы и влияющими на ее качества, являются температура, величина поверхности нагрева шихты и степень дисперсности зерен песка. Основными причинами образования дефектов являются неоднородный состав шихты, нарушение температурного и газового режимов варки, парциального давления в печи и стекломассе. Варку стекломассы осуществляют в печах непрерывного и периодического действия. Время варки, например, посудного стекла 16–18 часов.

---

Дата добавления: 2015-08-27