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

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.

Окись калия. Окись калия воздействует на многие свойства стекла аналогично окиси натрия, но при этом у нее имеются свои особенности, к примеру, окись калия больше повышает вязкость стекла, особенно в области формования, Окись калия способствует улучшению колера стекла, придает изделию лучший товарный вид, поэтому ее чаще используют вместо окиси натрия при производстве сортовых, особенно хрустальных стекол. Небольшие добавки иногда используют и в производстве листового стекла.

В качестве сырьевых материалов для введения окиси калия используют в основном поташ. Поташ различают кристаллический и кальцинированный. В производстве стекла применяют главным образом кальцинированный поташ; для введения оксида калия применяется также нитрат калия (селитра) как окислитель для введения окиси калия.

Окись кальция. Для введения окиси кальция в стекло чаще всего используют известняк, мел, реже мрамор.

Оксид кальция, ускоряя реакции силикатообразования, способствует облегчению варки и осветлению, улучшает выработочные свойства стекла, повышает его химическую устойчивость. Оксид кальция вводится обычно через карбонат кальция; для введения оксида кальция в составы высококачественных стекол рекомендуется использование бората кальция.

Окись магния. Окись магния вводят в состав стекломассы преимущественно через доломит, иногда через доломитизированный известняк или магнезит. Доломит представляет собой двойную соль карбоната кальция и магния, таким образом при его применении в состав стекломассы одновременно вводятся окислы кальция и магния, что очень ценно при производстве оконного и полированного стекол. Природные доломиты всегда содержат примеси кремнезема, глинозема и железа. Постоянство состава и минимальное содержание вредных примесей – соединений железа – имеет большое значение для производства высококачественных стеклоизделий.

Щелочноземельные окислы входят в состав большинства промышленных стекол. Они придают стеклам ценные физико-химические свойства – повышают термическую и химическую устойчивость, увеличивают механическую прочность.

5. Сырье для введения в стекломассу окиси алюминия.

Окись алюминия. Окись алюминия вводят в состав стекла с техническим глиноземом, полевыми шпатами и пегматитами. Добавка в составы натрий-кальций-силикатных стекол окиси алюминия снижает коэффициент расширения стекла, повышает химическую стойкость, улучшает механическую и термическую прочность. Технический глинозем получают путем химической переработки алюминийсодержащего стекла. Он является продуктом высокой чистоты, так как содержит в себе мало побочных продуктов. Полевые шпаты по своему химическому составу подразделяются на калиевые, кальциевые и натриевые, называемые соответственно ортоклазом, анортипом и альбитом; полевые шпаты, состоящие из смеси альбита и анортипа, называются плагиоклазами. Химический состав полевых шпатов непостоянен. В чистых полевых шпатах содержание окиси алюминия достигает 30%; из вредных окислов присутствует окислы железа. Пегматиты представляют собой природную смесь полевого шпата и кварца. В стекловарении обычно применяют молотый обогащенный пегматит.

Небольшое количество окиси бария ускоряет варку стекла, улучшает выработочные свойства стекла, особенно при механизированном формовании. Стекло с добавкой окиси бария приобретает блеск, повышаются показатели преломления и плотности такого стекла. Для ввода в стекло окиси бария наиболее подходящим сырьем является углекислый барий, могут также применяться нитраты и сульфаты.

Оксид свинца является основным компонентом хрусталей, определяя их высокие оптические свойства. Основными материалами для введения в стекло окиси свинца является свинцовый сурик и свинцовый глет. При разложении сурика выделяется кислород, который способствует осветлению стекломассы и поддержанию окислительной среды. Условие применения свинецсодержащего сырья – минимальное содержание красящих примесей.

Добавление оксида цинка в стекломассу понижает коэффициент термического расширения стекла, увеличивает коэффициент преломления и химическую устойчивость стекла; оксид цинка является обязательным компонентом селенового рубинового стекла. Для введения в состав шихты оксида цинка используются цинковые белила – промышленное название оксида цинка.

Ускорители варки, введенные в стекломассу, способствуют интенсификации процессов стекловарения.

Среди ускорителей особое место занимают фториды, способствующие появлению жидкой фазы при более низких температурах и увеличению скорости процесса силикатообразования. Фториды – наиболее эффективные ускорители, шихта, содержащая фториды, значительно быстрее проваривается и осветляется; в качестве ускорителя варки обычно применяют кремнефторид натрия.

Ускорению процессов варки также способствует ввод гидратов оксидов натрия и калия, окислителей. К ускорителям варки с известной долей условности можно отнести также осветлители, которые способствуют при высоких температурах освобождению стекломассы от крупных и мелких пузырей.