Токсикологическая оценка стекольной промышленности

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение …………………………………………………………….. 1 Структура, свойства и основные технологии стекол…………... 2 Токсикологический состав стекольного производства ………... 3 Экологические проблемы в технологии стекла………………… Заключение…………………………………………………………... Список  используемой литературы…………………………………. Приложение…………………………………………………………..

3 4 10 16 22 24 25

 

 

 

 

Введение

 

Стекольная  промышленность –  одна  из быстро  развивающихся  отраслей  народного  хозяйства,  она  является неотъемлемой  частью  мирового  промышленного  производства.  Эта отрасль характеризуется  широким ассортиментом продукции, потребность в  которой  в  настоящее  время  увеличивается  за  счет  развития  других отраслей  промышленности.  Открываются  все  новые  возможности  использования стекла и ситаллов.

В настоящее время разработаны  материалы чрезвычайно широкого, поистине - универсального диапазона применения, чему служат и присущие изначально и не свойственные ранее стеклу - синтезированные его качества. Различные виды стёкол используется во всех сферах человеческой деятельности: от строительства, изобразительного искусства, оптики, медицины - до измерительной техники, высоких технологий и космонавтики, авиации и военной техники.

Увеличение  спроса  на  стекольную  продукцию  влечет  за  собой расширение  стекольного  производства,  а,  следовательно,  увеличение энерго-,  водо-  и ресурсопотребления.  Технологический процесс производства  стеклоизделий несовершенен  в плане создания  условий труда работающим  и оздоровления  окружающей  среды (ОС).  Рост мощностей стекольных  заводов,  использование разнообразных сырьевых материалов,  высокопроизводительного оборудования,  применение химических  процессов привели к тому,  что стекольные  заводы  стали источниками загрязнения атмосферного воздуха, водных объектов, почвы, а также источниками шума  и вибрации.  Поэтому дальнейшее  развитие стекольной промышленности должно быть тесно связано с решением задач повышения экологической безопасности производств.

Целью контрольной работы является изучение токсикологической  оценки стекольной промышленности.

 

1 Структура, свойства и основные технологии стекол

 

Стеклами называют аморфные вещества, получаемые путем переохлаждения жидких расплавов неорганических кислородсодеращих соединений и их смесей. Особенностью аморфного состояния твердого тела является отсутствие регулярности и периодичности в пространственном расположении ионов, атомов и атомных групп, составляющих данное тело. Стекло в жидком состоянии представляет собой сложный расплав, имеющий высокую вязкость и состоящий из ионов и химических соединений кислых и основных окислов со свойственным жидкости хаотическим их взаимным расположением. При охлаждении расплава вязкость стекла очень быстро и резко увеличивается, вследствие чего упорядочения расположения атомов и ионов не происходит и в твердом состоянии стекло состоит из микрообластей с различной пространственной структурой и химически неоднородным строением. Главными стеклообразующими окислами являются SiO₂, В₂О₃, P₂O₅, а также окислы германия и мышьяка. Эти окислы в чистом виде образуют стекловидную структуру, представляющую собой беспорядочную, пространственную трехмерную сетку, в узлах которой расположены ионизированные окислы соответствующих металлов. В любом неорганическом стекле обязательно должен присутствовать хотя бы один стеклообразующий окисел.

Окислы алюминия, железа, титана, циркония не дают стабильной стекловидной структуры, но способны замещать часть  стеклообразующих окислов в структурной  сетке стекла. Окислы щелочных, щелочноземельных и двухвалентных тяжелых металлов также не могут образовывать структурной  сетки стекла. При сплавлении этих окислов со стеклообразующими окислами они взаимодействуют друг с другом с образованием силикатов, боратов, алюминатов и других соединений.

Состав и свойства основных электровакуумных стекол.

 

Таблица 1 – Состав и свойства стекол

 

Группа	Марка	Химический состав, %
		SiO2	B2O3	Al2O3	CaO	MgO	BaO	PbO	ZnO	Na2O	K2O
Вольфрамовые	С-39-9(3С-9) С-37-40(№40) С-39-17(№17)	68,6 57,6 73,0	26,5 - 16,5	1,55 25,0 -	- 7,4 -	- 8,0 -	- - -	- - 6,0	- - -	2,44 - 3,0	0,5 2,0 1,5
Молибденовые	С-48-8(3С-8) С-47-46(№46) С-49-5Л(3С-5К)	66,5 68,5 66,9	23,0 17,2 20,3	3,0 2,5 3,5	- - -	- - -	- - -	- - -	- 5,0 -	3,7 6,8 3,9	3,8 - 5,4
Платиновые	С-88-4(3С-4) С-90-1(БД-1)	55,3 69,5	- -	1,7 -	- 5,5	- 3,5	- 5,0	30,0 -	- -	3,8 12,5	9,2 4,0
Кварцевое	-	98,8	-	0,1	0,1	-	-	-	-	-	-

 

Стекла не имеют определенной температуры плавления. Переход из одного агрегатного состояния в другое происходит в некотором температурном интервале, различном для стекол разного химическою состава и называемом интервалом размягчения. Стекла могут подвергаться многократному переплаву без изменения их свойств.

К числу основных физико-химических свойств стекол относятся вязкость, линейный коэффициент теплового расширения, термостойкость, механические и электрические свойства. Для некоторых технических стекол важное значение имеют также оптические свойства, газопроницаемость и химическая стойкость.

В большинстве конструкций  радиотехнических устройств и приборов стеклянные детали жестко сопрягаются (спаиваются) с металлическими деталями. При сопряжении должны быть сохранены  электрофизические и другие необходимые  свойства стекла и металла и одновременно должна обеспечиваться механическая прочность  и герметичность спая. Эти требования могут быть соблюдены в том случае, если значения а стекла и металла равны или очень близки друг к другу во всем диапазоне температур твердого состояния стекла (до начала размягчения). При несовпадении коэффициентов теплового расширения стекла и металла в спае и в стекле возникают внутренние напряжения, превышающие механическую прочность стекла.

Механические свойства стекол зависят от их химического  состава. Предел прочности при растяжении и статический изгиб составляют 6-8 кгс/мм², предел прочности при сжатии для разных сортов стекол 60-120 кгс/мм². Прочность стекла существенно понижается при наличии в нем остаточных внутренних напряжений, а также при нарушении целостности поверхностного слоя (царапины). При больших линейных размерах и малой толщине стеклянное изделие может разрушиться вследствие изгиба под действием собственного веса.

Термостойкость стекол определяется разностью температур, которую стекло выдерживает без  растрескивания при резком охлаждении. Для большинства многокомпонентных технических стекол термостойкость находится в пределах 100-260° С. Наивысшую термостойкость 700-800°С имеет кварцевое стекло.

Варка стекла производится сплавлением шихтовых материалов (кварцевый  песок, каолин, сода, мел, доломит и  др.) в многотонных стекловаренных печах ванного типа. Варку оптических и других специальных стекол для  ручной выработки ведут в горшках- тиглях различной емкости. Прозрачное кварцевое стекло получают плавлением горного хрусталя, который предварительно измельчают и спекают в вакууме  для удаления пузырьков воздуха. Температура варки стекол колеблется в пределах 1000-1500°С, для кварцевых стекол 1800-2000°С.

Полученную жидкую однородную стеклянную массу перерабатывают в  изделия различными методами. Листовое стекло, трубки и стержни (дрот) получают вытягиванием и прокаткой на специальных  машинах. Сущность вытягивания листа заключается в следующем. В стекломассу, охлаждаемую до температуры выработки, погружают так называемую лодочку со сквозной продольной прорезью, через которую стекломасса вытягивается асбестовыми валками. При прокатке горячую стекломассу пропускают между двумя валками, вращающимися навстречу друг другу.

Толстостенные изделия  и заготовки изготовляют методом  прессования. Определенное количество расплавленной стекломассы помещают в матрицу, рабочая полость которой  соответствует наружной форме прессуемого  изделия. Стекломассу в матрице  сдавливают при помощи пуансона, имеющего форму внутренней поверхности изделия. После охлаждения готовое изделие  извлекают из прессформы. Тонкостенные изделия сложной конфигурации, например баллоны ламп, электроннолучевых трубок и других электровакуумных приборов, получают выдуванием вручную и при помощи высокопроизводительных специализированных станков. При выдувании расплавленную стекломассу набирают на выдувальную металлическую трубку и помещают в специальную металлическую форму. Трубка с находящейся на ней стекломассой вращается при постепенной подаче воздуха, раздувающего массу. Через некоторое время стекломасса принимает конфигурацию, соответствующую полости металлической формы.

Детали, эксплуатируемые  в условиях больших тепловых нагрузок, изготавливают методом спекания из стеклопорошков. Порошок получают из стеклянных заготовок (например, трубок) путем помола на шнековых или валковых дробилках с последующим измельчением на шаровых мельницах. Спекание производят на специальных установках в графитовых формах, так как графит не смачивается стеклом. Нагревают порошок до температуры спекания обычно током высокой частоты. Получают изделия сложной формы с большим числом вводов. В этом случае в форме предусматриваются отверстия для вводов. Вводы перед установкой в формы покрывают стеклянной оболочкой.

Стеклянные изделия  и полуфабрикаты после изготовления подвергают отжигу для снятия внутренних напряжений. Для большинства стекол, за исключением кварцевых, температура отжига находится в интервале 400-600°С . Длительность отжига назначается с учетом толщины стенки изделия ввиду низкой теплопроводности стекла. В холодном состоянии стекло обрабатывают механическими методами с применением абразивного и алмазного инструмента, лучевыми методами и при помощи ультразвука.

Стекла спаивают друг с  другом и металлами. Спай двух стекол осуществляется путем нагрева и  механического сдавливания. В результате этого происходит взаимное смешивание и в процессе охлаждения возникает  прочное соединение.

Если недопустимо даже незначительное окисление электродов в вакуумированных изделиях и деформация стеклянных деталей, применяют спаивание стекол методом молекулярной диффузии. Последовательность спаивания следующая. Участки, подлежащие соединению, полируют и плотно прижимают друг к другу. Затем место будущего спая нагревают в вакууме. Вследствие взаимной диффузии спаиваемых стекол образуется спай.

Для получения вакуумплотных спаев заготовки из металла и стекла помещают в специальные оправки и подвергают совместному нагреву. В этих условиях тонкие окисные пленки на поверхности металла взаимодействуют с окислами структурной сетки стекла с образованием большого количества мелких кристаллов сложных соединений типа шпинелей, например NiO·Al₂O₃. Процесс кристаллизации идет в направлении от металла в стекло. После затвердевания в зоне контакта образуется тонкий промежуточный слой со сложной кристаллической структурой, прочно сцепляющий металл и стекло друг с другом.

Нагрев для получения  спая производят либо в печах с  нейтральной или восстановительной  атмосферой, с последующим медленным  охлаждением, либо газовым пламенем со сдавливанием разогретого спая небольшим  усилием. После остывания спай подвергают отжигу для снятия напряжений.

Чистая медь хорошо спаивается с любым стеклом. Для спаев  с платинитом (биметаллическая проволока) используют щелочные силикатные стекла платиновой группы.

Чистый молибден и сплав  ковар (29НК) хорошо спаиваются с боросиликатными стеклами (например, С49-1).

Кварцевое стекло, имеющее  самый низкий коэффициент термического расширения, непосредственно с металлами  не дает прочного соединения и для  получения спаев с кварцем  применяют набор специальных  переходных стекол, обеспечивающих постепенное  увеличение, а в зоне спая по его  сечению до согласования с металлом.

Ковар после предварительного отжига в водороде при 1100°С спаивают с боросиликатным стеклом при температурах 1000-1080°С. В зависимости от состава ковара, его коэффициента линейного расширения используют молибденовое или вольфрамовое стекла. Полученный спай, допускает температуру нагрева 450°С.

Более высокую температуру  нагрева (~700°С) выдерживают спаи со сплавом, содержащим 96%Zr, 3% W и 1% Ti. Этот сплав хорошо обрабатывается и поддается вытяжке и штамповке. Перед пайкой детали из этого сплава отжигают в вакууме не ниже 10 ⁴ мм рт. ст. с последующим нагревом на воздухе до температуры 350°С для образования на поверхности окисной пленки темно-синего цвета. Спаивание производят в атмосфере азота с индукционным нагревом. После спаивания узлы отжигают в вакууме при 720° С.

Для соединения молибдена с тугоплавким стеклом молибден предварительно отжигают в водороде, а затем окисляют на воздухе при 600" С. На поверхности образуется двуокись молибдена MoO₂, прочно связанная с металлом и хорошо смачиваемая стеклом, и техокись MoO₃, ухудшающая условия адгезии к стеклу. Поскольку MoO₃ летуча, то ее отгоняют в атмосфере аргона при 1000^о С. Спай получают индукционным нагревом в аргоне или азоте. Допустимая температура нагрева спая 700^о С.