Технология изготовления листового стекла

Пригодность песка для  варки того или иного стекла обусловливается главным образом степенью его чистоты, т. е. Содержанием двуокиси кремния и количеством вредных примесей.

Наиболее  вредной примесью являются окислы железа, присутствие которых в песке придает стеклу желтовато-зеленоватую окраску.

Требования  к химическому составу  листового  стекла             Таблица 1.3

Наименование  стеклоизделий	Стеклообразующие  окислы в вес. %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O
Тянутое	71-73	0,5 – 1,5		8 – 10	1,5 – 3,5	14 – 16
Прокатное и  узорчатое	70,5 – 72,5	0,5 – 1,5		11 – 14	0 – 2	12 – 14
Зеркальное	70,5 – 73	0,5 – 1,5		13- 14	0 – 1	12 – 14
Прокатное армированное	72,5 – 74	0,3 – 0,5	0,1 – 0,3	10,5- 12	0,1 – 0,3	14 – 15
Полированное	73	1,2	0,1	7,6	3,8	13,6

Беларусь  располагает большим количеством  кварцевых песков разнообразного химического и гранулометрического состава. В недрах Беларуси на настоящее время выявлено 220 тыс.т стекольных песков.

    Этот химически стойкий, однородный, чистый материал выделяется из песчано-гравийной смеси месторождения «Веснянка» (карьер Крапужино, Логойский район). Сначала ее промывают, удаляют глину, затем с помощью дополнительного технологического оборудования со специальными просеивающими поверхностями фильтруют песок. Известным месторождением кварцевых песков является Городное в Столинском районе Брестской обл. Производство кварцевого песка начало столичное предприятие «Нерудпром».

Борная кислота

Борная кислота является сырьем, посредством которого в стекло вводится окись бора (борный ангидрид). Этот окисел вводится обычно в состав стекол, от которых требуется высокая химическая и термическая стойкость.

Борный ангидрид в  составе стекла делает его более  легкоплавким, понижает вязкость стекломассы, ускоряет варку и облегчает очистку стекла, понижает склонность стекломассы к кристаллизации, увеличивает показатель преломления стекла. Борная кислота – кристаллическое вещество, имеющее вид жирных, блестящих чешуек или бесцветных мелких кристаллов, она хорошо растворима в воде; теоретический состав ее следующий: 56,45% В₂Оз и 43,55% Н₂О.

Основным сырьевым источником для производства борной кислоты является боратовая руда. Посредством боратовой руды можно также непосредственно вводить в состав стекла В₂О₃.

Для введения в состав стекла борного ангидрида может применяться также бура, являющаяся натриевой солью пироборной кислоты.

Главное применение в  стекловарении имеет безводная  или кальцинированная бура Na₂B₄O₇, получаемая прокаливанием водной (кристаллической) буры..

  В соответствии с Постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 12.12.2003г. № 1615 Государственное предприятие «Белреахим» определено основным поставщиком без проведения тендерных торгов борной кислоты.

Сода и сульфат натрия

Сода и сульфат натрия служат основными материалами для введения в стекло окиси натрия.

В стекловарении применяют  только безводную соду Nа₂Соз, получаемую путем обезвоживания  водной соды Na₂CO₃^.10H₂O; она представляет собой по внешнему виду белый рыхлый порошок.

Сода очень легко впитывает влагу из воздуха. Влажная сода легко комкуется и затрудняет приготовление однородной шихты и последующую варку стекла. Поэтому соду необходимо хранить в сухих складах и не допускать ее увлажнения.

Кальцинированная сода должна быть белой, порошкообразной и растворяться в воде; при растворении допускается легкая муть.

Сульфат натрия бывает различных  видов — водный, безводный, естественный и искусственный.

Водный сульфат —  мирабилит (Na₂SO₄^.10H₂O) содержится в заливах и озерах, вода которых представляет очень концентрированный раствор сернокислого натрия.

Мирабилит по внешнему виду представляет собой бесцветное, кристаллическое прозрачное вещество горько-соленого вкуса с незначительной твердостью, теряющее на воздухе до восьми частей кристаллизационной воды. Из водных растворов он выделяется в кристаллах.

Сульфат натрия должен иметь  белый цвет, в крайнем случае допускается слегка зеленоватый оттенок. В сульфате возможны примеси хлористого натрия, свободной серной кислоты, сернокислого кальция, сернокислого магния, сернокислого железа и т. п.

Хлористый натрий и свободная  серная кислота — примеси безвредные, так как они улетучиваются при варке стекла; сернокислое железо, а также сернокислые кальций и магний являются вредными примесями, поэтому их содержание регламентируется техническими условиями на сырье.

По сравнению с содой  сульфат натрия имеет свои особенности. Сода плавится при температуре 853°, а сульфат — при 884°. Для введения в стекло одинакового количества Na₂O сульфата требуется (по весу) на 34% больше, чем соды. Сульфат натрия взаимодействует с кварцевым песком медленнее, чем сода, поэтому температура в печи при варке стекла из сульфатной шихты должна быть выше.

Термическое разложение сульфата натрия при варке стекла происходит очень медленно. Неразложившийся расплавленный сульфат плохо растворяется в стекломассе и, обладая меньшим, чем она, удельным весом, всплывает на ее поверхность, образуя при варке стекла так называемый щелок. Чтобы облегчить разложение сульфата натрия и предотвратить появление щелока, в стекольную шихту обычно вводят восстановитель — углерод в виде древесного угля, кокса, антрацита, иногда древесных опилок.

Сульфат натрия является более дешевым и менее дефицитным щелочным сырьем, чем сода, поэтому его широко применяют в стекольной промышленности.

В связи с ограниченностью  минерально-сырьевой базы республика ввозит из других регионов значительное количество кальцинированной соды. В небольших количествах сода производится в Беларуси. В Припятском прогибе обнаружены бокситдавсонитовые руды, являющиеся сырьем для получения соды. В соответствии с Постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 12.12.2003г. № 1615 Государственное предприятие «Белреахим» определено основным поставщиком без проведения тендерных торгов соды кальцинированной.

Поставки природного сульфата натрия в Беларусь осуществляет  компания Химкотрейд (Россия).

Поташ

Поташ (К₂Соз) является основным материалом, посредством которого в состав стекла вводится окись калия.

Калиевые стекла отличаются чистотой, блеском и прозрачностью, остывают медленнее, чем натриевые, что облегчает горячую обработку сложных стеклоизделий, на изготовление которых затрачивается продолжительное время. Окись калия уменьшает склонность стекла к кристаллизации.

Поташ в качестве природного минерального образования неизвестен. Его получают электролизом из калиевых минералов, главным образом из минерала сильвина. Так называемый растительный поташ поучают из золы растений (стеблей и шелухи подсолнуха, деревьев) путем ее выщелачивания. Поташ представляет собой по внешнему виду белое кристаллическое вещество, хорошо растворяющееся в воде. Чистый поташ плавится при температуре 895°; удельный вес безводного поташа 2,26. Поташ очень гигроскопичен. Т. е. Способен жадно поглощать влагу из воздуха, поэтому его необходимо хранить в сухом, хорошо вентилируемом помещении.

Известняк и мел

Для введения окиси кальция  в состав стекла чаще всего применяются углекальциевые соли — известняк и мел.

Окись кальция придает  стеклу химическую устойчивость.

Мел и известняк (СаСО₃) по химическому составу практически одинаковы, но отличаются своим внешним видом, что является результатом различного характера их образования в природе.

Известняк — осадочная  горная порода значительной твердости. Мел — мягкая рыхлая разновидность минерала кальцита.

В недрах Беларуси на настоящее  время выявлено 3,6 млн.т мела. Одним из месторождении мела является Хостиславское и др.

Обнаружено  новое месторождение известняка в Сланцах.

Доломит

Доломит — природная двойная углекислая соль кальция и магния CaCO₃^.MgCO₃— в чистом виде содержит 54,25% СаСО₃ и 45,65% MgCO₃. При нагревании доломит разлагается по уравнению

СаСО₃ ^. MgCO₃ = СаО + MgO – 2CO₂.

При повышенном содержании глины доломит переходит в  доломитовый мергель, а при повышенном содержании СаСО₃ в доломитизированный известняк.

В недрах Беларуси на настоящее  время выявлено 3,2 млн.т доломитов. Разведано крупное месторождение доломитов Руба с промышленными запасами свыше 746 млн.т, являющееся сырьевой базой ПО “Доломит”

Сурик

Сурик является основным сырьевым материалом, посредством которого в состав стекла вводится окись свинца.

Окись свинца значительно  повышает удальный вес стекла, делает его более легкоплавким, легко поддающимся механической обработке— гранению, шлифовке, полировке и т. д. Многие красящие вещества в стеклах, содержащих окись свинца, дают лучшую окраску и более красивую игру цвета, чем в обычных известково-натриевых стеклах.

Химический состав сурика выражается формулой Рb₃О₄ или 2РbО^.РbО₂. По внешнему виду это порошок от ярко-красного до оранжево-красного цвета в зависимости oт способов получения. При варке стекла сурик разлагается на окись свинца (97,7%) и кислород (2,3%).

Соединения цинка

Соединения цинка служат в стекловарении для введения в состав стекла окиси цинка.

Окись цинка, введенная  в стекло, сообщает ему большую  химическую устойчивость. ZnO повышает также и термическую стойкость стекла, цинковые стекла могут переносить сравнительно резкие изменения температуры. Механические свойства содержащих окись цинка стекол тоже очень высоки: их сопротивляемость растяжению, сжатию выше, чем других стекол. Цинковые стекла очень чисты, прозрачны, сильно преломляют лучи света, имеют характерный блеск. Удельный вес их сравнительно велик, но он значительно меньше, чем свинцовых стекол.

Углекислый газ

Бариевые соединения применяют в стеклоделии для  получения оптического и хрустального стекла, а также посудного и ряда других. Окись бария заменяет окись свинца и в отличие от нее в восстановительном пламени не дает темных стекол.

Окись бария вводится в стекло главным образом посредством  углебариевой соли ВаСО₃, встречающейся в природе в виде минерала витерита.

Заменители щелочей  в стекловарении

Недостаток щелочей  в стекольной промышленности побуждает  изыскивать сырьевые материалы, содержащие в своем составе окислы щелочных металлов и главным образом окись натрия. К таким сырьевым материалам обычно относят различные горные породы: нефелиновый сиенит, трахит, вулканический пепел, пемзу, обсидиан, андезит, легкоплавкие глины, металлургические (доменные, мартеновские и др.) шлаки, золы древесного топлива, побочные продукты химической промышленности, например бисульфат натрия и т. п.

Из всех известных  заменителей главное место занимают горные породы. Нефелиновые сиениты представляют собой полную бескварцевую глубинную породу вулканического происхождения. Нефелин—минерал, являющийся главной составной частью различных нефелиновых горных пород. Его состав отвечает формуле Na₂O ^. А1₂О₃ ^. 2SiO₂. Нефелин может быть окрашен в серые, желтоватые, белые тона. Он легко разлагается кислотами, даже слабыми, такими, как уксусная, и т. п. Температура плавления невелика, около 1200°. При плавлении образует белую непрозрачную массу. Главная ценность нефелина заключается в том, что он содержит большое количество щелочей (до 20—30%).

Стекольный бой

Для ускорения варки  стекломассы (плавления шихты) в  нее вводят стекольный бой в количестве от 20 до 40%, получаемый в производстве (обратный бой) или приобретаемый на стороне.

Стекольный бой, вводимый в шихту, должен быть однородным по составу, промыт от пыли и очищен от посторонних примесей.

Вспомогательные сырьевые красители

Для получения цветных  стекол в шихту добавляют различные  красители.

При окраске стекла путем  растворения красителей применяют главным образом окислы различных металлов, образующие в стекле с кремнеземом окрашенные силикаты.

Окись меди, например, в  известково-натриевом стекле дает голубой  цвет,  а  в  цинково-калиевом —  зеленый.  Окись  марганца в первом стекле дает красно-фиолетовую окраску, а во втором – сине-фиолетовую. Окись свинца чрезвычайно усиливает цвет стекла и дает особенно яркие оттенки. Наиболее ярко   окрашиваются свинцово-калиевые стекла. Борная кислота также сильно изменяет цвет окрашенных  стекол.  Закись    никеля,   окрашивающая   обычные стекла в фиолетовый цвет, борные стекла окрашивает в коричневый.