Это была самая интересная глава всей этой книги. Никогда не подумала бы, что процесс варки стекла настолько сложен и непредсказуем. Неудивительно, что в результате стекла разных цветов настолько отличаются друг от друга в работе.
Введение
Хотя стекла могут быть получены разными методами, но подавляющее количество все еще производится путем плавления шихты при высоких температурах. Эта процедура включает выбор сырья, расчет необходимого количества каждого компонента шихты, взвешивание и смешивание этих материалов для достижения гомогенности шихты. При нагревании в процессе плавления шихтовые материалы претерпевают ряд химических и физических изменений. Превращение расплава в гомогенную жидкость может требовать специальных операций, включая очистку стекломассы от непроваров шихты, примесей и газовых пузырей. Производство промышленных изделий включает стадию формования, а также отжига для устранения напряжений, возникающих при охлаждении, или получения стекол повышенной прочности.
Если коротко...
Получение стекол включает четыре стадии: составление шихты, ее варка (плавление), осветление и гомогенизация стекломассы. Составление шихты включает выбор исходного сырья, расчет концентрации каждого компонента, взвешивание и смешивание порошкообразных веществ, при необходимости применяется увлажнение. В ходе варки происходит разложение шихтовых компонентов и образование собственно расплава. На протяжении всего стекловарения осуществляется контроль температуры и атмосферы над стекломассой. В случае стекол из неоксидных или токсичных веществ необходимы специальные методы варки. Осветление (удаление пузырьков) происходит или при флотации, или при их поглощении стекломассой. Флотация (всплывание пузырька) облегчается образованием крупных пузырей в результате разложения компонентов шихты, низкой вязкостью расплава и использованием шихтовых компонентов соответствующего гранулометрического состава. Часто в шихту добавляются специальные химические соединения — осветлители. И, наконец, для получения однородного стекла необходимо устранить неоднородность, свойственную расплавам, в состав которых входит большое число компонентов с весьма разными свойствами.
Ну а подробнее, очень подробнее...
СырьеСтекла получают как из высококачественных химически чистых компонентов, так и из смесей менее чистых минеральных веществ. Образцы для научных исследований, оптические стекла, стекла, изготавливаемые в небольших объемах и для высокотехнологичных изделий, получают из веществ, встречающихся в любой химической лаборатории. В то же время обычное, производимое в огромных количествах стекло получают из минералов, названия и состав которых известны далеко не всем. Многие из них перечислены в таблице.
Независимо от их источника, шихтовые материалы можно разделить на пять групп по их функции в стекловарении: стеклообразователи, плавни, модификаторы свойств, красители, осветлители. В зависимости от цели применения один и тот же компонент может быть отнесен к разным группам. Оксид алюминия А12О3, например, используется как стеклообразователь в алюминатных стеклах, но в большинстве силикатных стекол он является модификатором свойств. Оксид мышьяка As2O3 может быть как стеклообразователем, так и осветлителем стекломассы в зависимости от цели, с которой он добавляется в шихту.
Самый важный компонент любой стекольной шихты — стеклообразователь. Каждое стекло содержит один или более компонентов, образующих структуру стекла. Обычно их называют сеткообразователями или стеклообразователями, если стекло оксидное. Идентификация стекла осуществляется на основе родового названия таких компонентов. Например, если главным стеклообразователем служит оксид кремния SiO2, то стекло называют силикатным. Если в дополнение к SiO2 присутствует значительное количество В2О3, стекло называют боросиликатным.
В промышленных оксидных стеклах главными стеклообразователями являются оксиды кремния (SiO2), бора (В2О3) и фосфора (Р2О5), которые легко образуют однокомпонентные стекла.
Количество возможных стеклообразующих композиций ничем не ограничено, но подавляющее большинство промышленных стекол получают на основе SiO2. Сам оксид кремния превосходно образует стекло, но его широкому применению для изготовления бутылок, оконного стекла и других изделий препятствует высокая температура плавления (более 2000 °С).
Таблица Сырье для производства стекла |
Название |
Химический состав |
Альбит Глинозем Гидратированный глинозем Анортит |
Na2O-Al2O3-6SiO2 А12О3 А12О3•ЗН2О CaO-AI2O3-2SiO2 |
Аплит |
Щелочноземельный полевой шпат |
Арагонит |
СаСО3 |
Костная мука |
ЗСаО-Р2Р5 или Са3(РО4) 2 |
Барит (тяжелый шпат) |
BaSO4 |
Боракс |
Na2O-2B2O3•10H2O |
Безводный боракс |
Na2O-2B2O3 |
Борная кислота |
В2О3•ЗН2О |
Жженый доломит |
CaO-MgO |
Едкое кали |
КОН |
Едкий натр |
NaOH |
Криолит |
3NaF-AlF3 |
Стеклянный бой |
Осколки стекла |
Доломит |
CaCO3-MgCO3 |
Плавиковый шпат |
CaF2 |
Гипс |
CaSO4•2H2O |
Кианит |
Al2O3-SiO2 |
Известь (негашеная известь) |
СаО |
Известняк (кальцит) |
СаСО3 |
Глёт (желтый оксид свинца) |
РЬО |
Микроклин |
K2O-Al2O3-6SiO2 |
Нефелин |
Na2O-Al2O3-2SiO2 |
Нефелиновый сиенит |
Смесь нефелина и полевого шпата |
Селитра калийная |
KNO3 |
Поташ |
К2О или К2СО3 |
Красный оксид свинца (свинцовый сурик) |
РЬ3О4 |
Сульфат натрия |
Na2SO4 |
Песок (песок для стекловарения гончарный камень) |
SiO2 |
Шлак |
Остеклованные отходы доменного производства |
Гашеная известь |
СаО•Н2О или Са(ОН) 2 |
Известь пушенка (углекислый натрий) |
Na2CО3 |
Нитрат натрия (чилийская селитра) |
NaNO3 |
Сподумен |
Li2O-Al2O3-4SiO2 |
Мел |
СаСО3 |
Источник "Структура, свойства и технология стекла" Дж.Шелби
