Илья Мельников - Стекло и его свойства. Сырьевые материалы для стекловарения. Приготовление шихты

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.

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.

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.

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, 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. 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.