Илья Мельников - Стекло и его свойства. Сырьевые материалы для стекловарения. Приготовление шихты

Сырьевые материалы, используемые для производства стеклоизделий, условно подразделяются на две группы: главные и вспомогательные.

К главным сырьевым материалам относятся вещества, с которыми в стекломассу вводятся кислотные, щелочные и щелочноземельные окислы; они образуют основу стекла и определяют его основные физико-химические свойства.

К вспомогательным сырьевым материалам относятся вещества, способствующие ускорению варки стекла, улучшению качества стекломассы, изменению характеристик стекла – это ускорители варки, окислители и восстановители, глушители, красители и обесцвечиватели.

В стеклоделии используются как природные (кварцевый песок, доломиты, нефелины, полевые шпаты, известняки), так и синтетические материалы – сода, поташ, свинцовый сурик и глет, красители и т.п.

К сырьевым материалам предъявляется ряд требований, касающихся постоянства химического и зернового состава, однородности, влажности и содержания в них нежелательных примесей. Колебания химического состава сырья негативно сказываются на однородности стекла, поэтому в таких случаях необходимо корректировать состав шихты.

Высокие требования предъявляются к сырьевым материалам по допустимому содержанию вредных примесей, главным образом окрашиваемых окислов. Окислы железа, содержащиеся в песке и других сырьевых материалах, значительно ухудшают прозрачность стекла и придают ему неприятный желто-зеленый цвет. В зависимости от видов стекла устанавливаются различные допустимые пределы содержания окислов железа в сырьевых материалах.

Значительную роль играет также постоянство зернового состава шихты, например, шихта, состоящая из окатанных зерен песка, более склонна к расслаиванию, чем шихта, состоящая из пластинчатых остроугольных зерен.

Качество сырьевых материалов (химический и гранулометрический составы, примеси и т.п.) регламентируются соответствующими стандартами и техническими условиями, которые периодически пересматриваются и уточняются.

Двуокись кремния (кремнезем). Основным материалом для введения двуокиси кремния является кварцевый песок (однако используются также кварциты и горный хрусталь, как правило в производстве оптического и кварцевого стекла). Качество песков оценивают по их химическому и зерновому составам. Главное требование: максимально высокое содержание кремнезема и минимальное содержание окрашивающих примесей. В производстве свинцового хрусталя применяются обогащенные кварцевые пески высшего сорта с содержанием 0,01-0,02% оксидов железа.

Борный ангидрит. Окись бора широко применяется при производстве химико-лабораторной посуды, термостойких и ряда специальных стекол и стекловолокна. Исходные материалы для введения борного ангидрита – борная кислота и бура, исходя из состава в стекло вместе с бурой вводится окись натрия.

Введение в состав стекла незначительно количества оксида бора (до 2%) содействует облегчению варки и осветлению стекла, позволяет снизить температуру варки, улучшить физико-химические данные стекла. Для введения оксида бора применяется борная кислота, бура и борат кальция.

Окись натрия. Наряду с кремнеземом окись натрия – одна из важнейших составных частей стекла. Окись натрия ускоряет стеклообразование и снижает температуру варки стекла, облегчает процесс осветления. В состав стекла окись натрия вводится посредством кальцинированной соды и сульфата натрия. Кальцинированная сода – это углекислый натрий; различают безводную, или кальцинированную, соду и кристаллическую соду. В стекловарении кристаллическую соду не применяют, так как она содержит слишком много воды; в производстве стекла используют главным образом кальцинированную соду. Сульфат натрия – это натриевая соль серной кислоты; различают два вида сульфата – природный и искусственный. В стеклоделии используют преимущественно природный сульфат натрия.

Основными материалами для ввода в стекло оксида натрия являются карбонат натрия (сода), сульфат и нитрат натрия (селитра). Сульфат натрия используется в производстве сортовых стекол в небольших количествах в качестве ускорителя варки и осветлителя. Введение окиси натрия через сульфат при варке хрустальных и цветных стекол нежелательно из-за образования интенсивно красящих сульфидов металлов.