Производство декоративного стекла Подготовили: Столбова А., Екшенбаева Д., Ахметова Д., ученицы 9б класса МОУ СОШ 61

Декоративное стекло Приготовление шихты Сырьевые материалы для производства стекла и стеклоизделий условно делят на две группы: основные и вспомогательные. Основные материалы содержат оксиды, образующие основу стекла и определяющие его свойства. Вспомогательные материалы представляют собой вещества, которые вводятся для изменения характеристик стекла и ускорения процесса стекловарения (красители, обесцвечиватели, глушители, окислители и восстановители, ускорители варки). Сырьевые материалы могут быть также разделены на природные и синтетические. В стеклоделии в основном применяют природные материалы: кварцевый песок, известняки, доломиты, нефелины, полевые шпаты. Остальные материалы, как правило, синтетические: кальцинированная сода (карбонат натрия), поташ (карбонат калия), свинцовый сурик и глет (оксиды свинца), красители и др. Качество сырьевых материалов (химический и гранулометрический составы, примеси и т.п.) регламентируются соответствующими государственными стандартами и техническими условиями, которые периодически пересматриваются и уточняются.

Основные материалы Кремнеземсодержащие материалы. Основным материалом для ввода в стекло SiO2 является кварцевый песок. Качество песков оценивают по их химическому и зерновому составу. Главное требование к пескам максимальное содержание SiO2 и минимальное содержание окрашивающих примесей. Для стекловарения применяют пески, содержащие не менее 95% кремнезема и регламентируемое количество окрашивающих примесей, среди которых наиболее распространенными являются оксиды железа. В песках могут содержаться также оксиды титана, ванадия, хрома и сульфиды. При производстве изделий из различных стекол предъявляются различные требования к химическому составу кремнеземсодержащего сырья. Основные из них приводятся в таблице 1:

Таблица 1 Вид стекла Содержание, % SiO2 (не менее)Fе2О3 (не более) Оптическое99,80,01 Свинцовый хрусталь99,80,01-0,015 Полированное и техническое98,50,03-0,07 Оконное95,00,05-0,15 Тарное95,00,05-0,25

Пески с повышенным содержанием примесей обогащают (целесообразно делать на месте добычи), чтобы получить содержание примесей в указанных количествах. Содержание в песках красящих примесей при производстве высококачественных бытовых изделий из свинцового хрусталя и бесцветных Nа-Са-Si- стекол не должно превышать, %: V2О5 0,05; TiO2 0,05; Сr2О3 0,0001, сульфидов 0,01-0,001. При варке стекла важно учитывать размеры зерен песка, особенно количественное соотношение зерен по размерам. В производстве листового стекла, тары и бытовой посуды рекомендуется применять кварцевые пески, в которых содержание фракций размером 0,1-0,5 мм составляет 85-90%. Для ускорения процесса стек-лообразования необходимы мелкие пески с равномерным гранулометрическим составом. Для ускорения процесса варки лучше применять песок с зернами остроугольной формы, так как в этом случае увеличивается реакционная поверхность по сравнению с зернами сферической формы. Для оптического и кварцевого стекол применяют природный, например, жильный кварц высокой чистоты. В последнее время диоксид кремния стали производить искусственно преимущественно для производства особо чистого кварцевого стекла.

Синтетический SiO2 получают следующими способами : 1) парофазным синтезом из тетрахлорида кремния в водородно- кислородном пламени по реакции: 2) прямым окислением тетрахлорида кремния в кислородной низкотемпературной плазме: 3) из геля SiO2 путем его высушивания, термообработки и плавления при 1800°С; 4) выращиванием чистых искусственных кристаллов кварца (в автоклавах при повышенных температурах и давлениях) с последующим термодроблением и кислотной промывкой. Первые два способа совмещают с наплавлением блоков кварцевого стекла.

Вспомогательные материалы Красители и обесцвечиватели. Наибольшую группу вспомогательных материалов представляют красители, которые являются соединениями различных металлов и распределяются в стекле на ионном, молекулярном и коллоидном уровнях. Малые количества некоторых красителей служат физическими обесцвечивателями. Глушители. Для глушения обычно применяют фториды и фосфаты. Соединения фтора могут быть введены с фторидом кальция СаF2, кремнефторидом натрия Na2SiF6, криолитом ЗNаF. АlF3 и хиолитом 5NaF. АlF3. Соединения фосфора применяют в виде костной муки, фосфата кальция Са3(РО4)2, гидрофосфата натрия Nа2НРО4. RН2О, апатита Са4(СаF)(РО4)3 или Са4(СаСl)((РО4)3. Учитывая, что соединения фтора загрязняют окружающую среду, более широко стали применять глушение стекла соединениями фосфора. Заглушенность стекол также достигается за счет кристаллизации соединений (например, ZnS в группе глушеных сульфидноцин- ковых стекол), а также введения в сваренную стекломассу тугоплавких соединений (Аl2О3, ZrО2) или пузырьков газов N2, О2. Реже для глушения используют соединения олова (SnО, SnO2, SnСl2. 2Н2О), мышьяка (Аs2О3) и сурьмы (Sb2О3). Глушение может быть также достигнуто применением составов стекол, склонных к фазовому разделению (ликвации).

Окислители и восстановители. Применяют при варке стекла для создания окислительных или восстановительных условий. При варке свинцовых оптических стекол и свинцового хрусталя необходимо создать окислительные условия для предотвращения восстановления оксидов свинца. Окислительная среда играет важную роль при обесцвечивании и повышении теплопрозрачности стекол, содержащих оксиды железа. В качестве окислителей применяют нитраты (NaNО3, КNО3), оксиды мышьяка, марганца, церия и др. При варке тарных стекол с сульфатом натрия восстановители вводят для ускорения разложения Na2SО4 и окрашивания в янтарный цвет. Восстановительные условия создают при варке медного рубина. В качестве восстановителей используют углеродсодержащие вещества (опилки, уголь, мазут), соединения олова, виннокаменную соль. Ускорители. Среди ускорителей варки стекла особое место занимают фториды, которые способствуют появлению жидкой фазы при более низких температурах и увеличивают скорость процесса силикатообразования. Фториды снижают температуру завершения реакций силикатообразования на °С Считается, что добавка 0,5-1% F ускоряет процессы гомогенизации и осветления стекла на 15-18%. В качестве ускорителя варки обычно применяют кремнефторид натрия Nа2SiF6. Однако фториды разрушают огнеупорный материал стекловаренных печей. При содержании более 1,5% они усиливают кристаллизацию стекломассы и, вследствие сильной летучести, вместе с дымовыми газами поступают в окружающую среду. Следовательно, применение фторидов требует правильной оценки экономических факторов и факторов охраны окружающей среды. Ввод 1,5% В2О3, гидроксидов натрия и калия, окислителей ускоряет процесс варки на %. К числу ускорителей варки можно также отнести осветлители, которые при высоких температурах способствуют освобождению стекломассы от крупных и мелких пузырей. Некоторые компоненты шихты (например, сульфат натрия, нитраты натрия и калия) являются осветлителями. Другие осветлители (например, оксиды мышьяка, сурьмы, церия, хлорид натрия, сульфаты натрия и бария, фториды) вводят в состав шихты специально. Для бесцветных стекол сульфаты натрия и бария не являются основными компонентами шихты. Их вводят в состав шихты до 0,7%. В зависимости от состава стекла и съемов стекломассы в шихту вводят 0,05-0,5% оксидов мышьяка и сурьмы. Хлорид натрия вводят в шихту в количестве 0,5-1%. В качестве ускорителей применяют также соли аммония в количестве 0,25-1% массы шихты: нитраты NН4NО3, сульфаты (NН4)2SО4, хлориды NН4Сl. Значительным ускоряющим действием обладают доменные шлаки и материалы на их основе (калумит), которые применяются в производстве окрашенной стеклянной тары.

Глиноземсодержащие материалы. Ввод Аl2О3 в натрий-кальций-силикатные стекла снижает температурный коэффициент линейного расширения, повышает химическую устойчивость, улучшает механическую и термическую прочность. В производстве листового стекла и стеклотары для ввода Аl2О3 обычно применяют многокомпонентные глиноземсодержащие материалы. В большинстве случаев для ввода Аl2О3 используют концентраты полевошпатовых, пегматитовых и нефелиновых горных пород. В состав высококачественных стекол Аl2О3 вводят чаще всего чистым техническим глиноземом и иногда гидратом глинозема

Примеры декоративного стекла

Результаты научно- исследовательской работы Для получения декоративного стекла используется шихта, включающая нефелинполевошпатовые (нефилин или пегматит), магнезиально-кальцыевые (диобсид или мелилитид, или мел). Породы, кварц и аппатит. Технологический процесс получения декоративного стекла состоит из плавления шихты при t С, изотермической выдержки не менее одного часа, формирование расплава литьем при одновременном его охлаждении до С. Яркость окраски и контрастность рисунка зависит от t оджига. Декоративное стекло, полученное по данной технологии, отличается тем, что нормативный минеральный состав отвечает системе пироксены-кварц-полевые шпаты, при этом содержании пироксенов составляет 64,62 – 73,93%, а соотношение кварца и полевых шпатов 0,78 – 1,52 : 1