Характеристика сырьевых материалов для производства листового стекла

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Расплав, из которого вырабатывают стеклянные изделия, получают из смеси природных или искусственных сырьевых материалов (шихты). Сырьевые материалы, применяемые для производства стекла условно делят на две группы: основные и вспомогательные.

К основным сырьевым материалам относят природные или искусственные вещества, которые служат для введения в стекломассу кислотных, щелочных и щелочно-земельных оксидов и диоксидов, являющихся основой для образования стекол.

В соответствии с химической природой соединений, сплав которых образует промышленные стекла, основные сырьевые материалы делятся на материалы, вводящие в состав стекол кислотные, щелочные и щелочно-земельные оксиды.

К кислотным оксидам, применяемым в составах промышленных стекол, относятся SiO₂, Al₂O₃ и Р₂О₅.

Для введения кремнезема (SiO₂) в состав шихты используют кварцевый песок. Кварцевый песок - продукт разрушения горных пород; состоит из зерен кварца и примесей (глина, полевошпатовые породы, соединения железа и другие). Главное требование к пескам - максимальное содержание SiO₂ и минимальное содержание окрашивающих примесей (соединений железа). Оксиды железа FeO и Fe₂O₃ окрашивают стекло и понижают его общую светопрозрачность. От Fe₂O₃ стекло приобретает желтую окраску, от FeO - голубую. Стекло, сваренное из песков, содержащих одновременно FeO и Fe₂O₃, имеет зеленоватый оттенок.

Большое значение для стекловарения имеет форма зерен кварцевого песка и его зерновой состав. Для ускорения процесса варки стекла применяется песок с зернами остроугольной формы, так как в этом случае увеличивается реакционная поверхность по сравнению с зернами сферической формы.

ГОСТ 22551 - 77 «Песок кварцевый, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц для стекольной промышленности. Технические условия» для производства листового стекла рекомендует песок марок ВС-040-1, ВС-050-1, ВС-050-2, С-070-1. Их основные характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные характеристики стекольных песков

По остаткам на ситах с сетками № 08 и 01 кварцевый песок должен соответствовать нормам, указанным в таблице 2.

Таблица 2 - Зерновой состав стекольных песков

В кварцевом песке не допускается наличие посторонних примесей, видимых невооруженным глазом.

Для ввода оксида алюминия (Al₂O₃) в стекольную шихту используем полевые шпаты. Полевые шпаты - кристаллические природные алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов. По химическому составу они разделяются на три группы:

- калиевые (ортоклаз и микроклин) K₂O·Al₂O₃·6 SiO₂;

- натриевые (альбиты) Na₂O·Al₂O₃·6 SiO₂;

- кальциевые (анортиты) СаО·Al₂O₃·6 SiO_2.

Химический состав полевых шпатов непостоянен. В чистых полевых шпатах содержание Al₂O₃ достигает 30%. Из вредных примесей полевой шпат включает до 0,4% оксидов железа.

Химический состав полевых шпатов приведен в таблице 3.

стекло песок шпат доломит

Таблица 3 - Химический состав полевых шпатов

К щелочным оксидам, применяемым в составах промышленных стекол, относятся Na₂O и К₂O. Присутствие щелочных металлов способствует снижению вязкости расплавов и температуры варки стекол, понижению термической и химической их устойчивости.

Карбонат натрия (кальцинированная сода) - основной материал для ввода в стекло оксида натрия. Кальцинированная безводная сода представляет собой белый пылевидный порошок, который при нагревании разлагается на Na₂O и СО₂, причем Na₂O (примерно 58,5%), переходит в стекломассу, а СО₂ (оставшиеся 41,5%) улетучивается в атмосферу печи. В стекловарении применяют техническую кальцинированную соду марки Б ОКП 21 3111 0120. ГОСТ 5100 - 85 нее следующие нормы физико-химических показателей (таблица 4)

Таблица 4 - Физико-химические показатели технической кальцинированной соды (марка Б ОКП 21 3111 0100)

Оксид натрия, как и оксиды других щелочных металлов, выполняет роль плавней. Он ускоряет стеклообразование и понижает температуру варки стекла. Вместе с тем Na₂O повышает коэффициент термического расширения, снижает термическую и химическую стойкость стекла.

Замена части оксида натрия оксидом калия уменьшает склонность стекла к кристаллизации, повышает его показатель преломления, плотность и термостойкость, улучшает цветовой оттенок (колер) стекла, придает ему блеск.. В качестве сырьевых материалов для ввода К₂О в стекло используют карбонат калия (К₂СО₃).

растворим в воде, сильно гигроскопичен. Поташ бывает кристаллический К₂СО₃·2Н₂О и кальцинированный К₂СО₃. Для стекловарения применяют главным образом кальцинированный поташ, который по стандарту должен содержать не менее 98% по массе К₂СО₃.

Щелочноземельные оксиды СаО, MgO входят в состав большинства стекол. Они повышают их термическую и химическую стойкость, а также механическую прочность.

В состав листового стекла оксид кальция вводится с помощью природных карбонатов кальция - известняка и мела.

Известняк СаСО₃ представляет собой осадочную горную породу, окрашенную в зависимости от содержания в ней оксидов железа в различные цвета. В применяемых для производства стекла известняках содержание СаО должно быть не менее 53% по массе и не более 0,1 -0,2% оксидов железа.

Оксид магния вводят в состав листовых стекол природным материалом - доломитом СаСО₃·МgСО₃.

Доломит - твердая светло-серая осадочная порода, окрашиваемая соединениями железа в желто-коричневый цвет. При варке стекла из доломита в стекломассу переходит 30,4% СаО и 21,9% по массе МgО, а 47,7% СО₂ улетучивается. Химический состав доломита представлен в таблице 5.

Таблица 5 - Химический состав доломита

Оксид магния улучшает кристаллизационные свойства стекла, снижает термический коэффициент линейного расширения, повышает механическую прочность.

Вспомогательные сырьевые материалы представляют собой вещества, которые вводят для изменения характеристик стекла и ускорения процесса стекловарения (красители, обесцвечиватели, глушители, ускорители варки).

Обесцвечиватели применяют для получения бесцветного стекла. В качестве обесцвечивателя используют селитру. Обесцвечивание обычно сводится к уничтожению окраски стекла, вызванной в основном примесями железа и в меньшей степени хрома, титана, ванадия, которые заносятся в стекло вместе с сырьевыми материалами.

Для получения глушенного (непрозрачного) стекла применяют соединения фосфора. Глушение стекла или окраска в молочно-белый цвет достигается путем распределения в стекле мельчайших частичек веществ (0,1-10 мкм), вызывающих рассеяние света. Благодаря различному светопреломлению стекла и глушащих частиц свет многократно отражается и преломляется и таким образом рассеивается.

К осветлителям относятся материалы, способствующие осветлению стекломассы, т.е. освобождению ее от видимых мелких и крупных пузырей. В качестве осветлителей применяют селитру.

Ряд химических соединений ускоряют варку стекла. В производстве листового стекла для ускорения варки стекла применяют соединения фтора. Шихта с добавкой 1% фтора при 1450?С проваривается в 2 раза быстрее, чем шихта без фтора.

Для получения однородных расплавов сырьевые материалы должны иметь постоянный химический состав как в объеме партий, поступающих в производство, так и во времени между последовательно поступающими партиями.

Общее требование ко всем видам стекольного сырья - чистота и однородность состава. Чистота сырьевых материалов определяется, в частности, количеством содержащихся в них оксидов железа, снижающих светопрозрачность стекла.

Таблица 6 - Исходные сырьевые материалы

Размещено на Allbest.ru