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

Осветлители. Осветителями называются сырьевые материалы, вводимые в шихту для интенсификации процесса освобождения стекломассы от пузырей, т.е. для ее осветления. Действие осветлителей заключается в том, что при нагревании они разлагаются с выделением большого количества газообразных продуктов, которые, бурно выделяясь из стекломассы, способствуют удалению из нее и других газов (пузырей). Как осветлители применяются азотнокислый, хлористый и сернокислый аммоний, хлористый натрий, сульфат натрия и натриевая селитра.

Некоторые осветлители вводятся в стекло основными компонентами, к примеру, сульфатом натрия, селитрами, другие вводятся в состав шихты специально, например, оксиды мышьяка и сурьмы, оксид церия, хлористый натрий; в качестве ускорителей применяют также соли аммония.

Для облегчения процессов варки применяется также стекольный бой в количестве 20-50% к массе шихты. Стекольный бой должен быть чистым, свободным от загрязняющих примесей, желательно однородный по величине кусков, Целесообразно применять бой, одинаковый по составу с применяемым стеклом. Это условие применяется в производстве сортовой посуды, где имеется значительное количество отходов после резки колпачка.

Красители. Красители входят в группу вспомогательных материалов. Обычно в качестве красителей используют различные соединения металлов; эти соединения распределяются в стекле на ионном, молекулярном и коллоидном уровнях.

К молекулярным относятся те красители, которые при введении в стекломассу растворяются в ней. Окраска таких стекол не изменяется при повторной тепловой обработке. К этой группе красителей относятся главным образом окислы тяжелых металлов: марганца, кобальта, никеля, урана, хрома и др.

К коллоидным красителям относятся те, которые при введении в стекломассу равномерно распределяются в виде мельчайших коллоидных частиц; к ним относятся соединения серебра, золота, меди, селена и др.

Соединения марганца в виде окиси марганца или перекиси марганца придают стеклу различные оттенки фиолетового цвета; в качестве исходного сырья используют пиролюзит и марганцовокалиевую соль.

Соединения кобальта придают стеклу синий цвет; чаще всего для этого используется закись кобальта, являющуюся сильным красителем, поэтому ее вводят в стекломассу в весьма небольших количествах. Закись кобальта является стойким красителем, на нее не влияют условия варки стекла.

Соединения хрома придают стеклу зеленый цвет; в качестве красителей используется окись хрома, хромокалиевая соль и хромонатриевая соль.

Соединения железа в зависимости от его вида придают различную окраску стеклу. Закись железа окрашивает стекло в сине-зеленый цвет; окись железа дает желтый или коричневый, а в смеси с углем и серой – в оранжевый свет; смесь окиси и закиси железа придают стеклу зеленый цвет.

Соединения никеля окрашивают стекло в красно-фиолетовый цвет; для этого используется закись никеля, окись никеля и гидрат закиси никеля.

Соединения урана придают стеклу желто-зеленый цвет; для придания желто-зеленого цвета используется закись урана, треокись урана и натриевая соль урановой кислоты.

Окись меди окрашивает стекло в зеленовато-голубой цвет.

В качестве красителей при производстве сортовых стекол применяются окислы редкоземельных элементов. Чаще других используется двуокись церия, дающая золотисто-желтый цвет; окись празеодима окрашивает стекло в зелено-золотистый цвет; окись неодима окрашивает стекло в пурпурно-красный цвет.

Соединения серебра придают стеклу золотисто-желтый цвет; в качестве красителей обычно используют азотнокислое серебро.

Соединения золота окрашивают стекло от нежно-розового до темно-красного цвета (так называемый золотой рубин); в качестве красителя чаще всего применяют хлорное золото, содержащее 4,96% чистого золота; розовую окраску стекла получают уже при введении 0,01% металлического золота, а для получения темно-красного цвета (золотого рубина) вводят 0,02% золота.

Закись меди в восстановительных условиях варки придает стеклу ярко-красный цвет (медный рубин), а в окислительных условиях варки окрашивает стекло в синий цвет.

Обесцвечиватели. Обесцвечиватели вводят в стекломассу для устранения нежелательного сине-зеленого или желто-зеленого цвета стекла, который придают ему соединения железа, присутствующие в сырьевых материалах.

Закисная форма железа окрашивает стекло в десятки раз сильнее, чем окисная. Для обесцвечивания стекла при его образовании необходимо перевести закисную форму железа в окисную. Для этого применяют такие сырьевые материалы, которые при нагревании разлагаются с выделением свободного кислорода. Наличие кислорода является непременным условием успешного протекания основной реакции обесцвечивания.

В качестве обесцвечивателей применяют перекись мышьяка, селитру, сульфат натрия, двуокись церия и др. Наиболее часто для химического обесцвечивания стекла применяются комбинации оксида мышьяка: трехокись мышьяка при нагревании при сравнительно низкой температуре поглощает кислород, превращаясь в пятиокись азота; затем – уже при высоких температурах, близких к температурам осветления стекломассы – пятиокись разлагается на трехокись с выделением свободного кислорода, который и обеспечивает протекание реакции обесцвечивания. Для обесцвечивания стекла таким способом достаточно ввести в стекломассу 0,3-0,5% трехокиси мышьяка.

Селитра разлагается с выделением кислорода уже при температуре 400 градусов С; ее вводят совместно с трехокисью мышьяка.

Соединения мышьяка ввиду их большой ядовитости часто заменяют оксидом сурьмы.

В качестве химического обесцвечивателя применяю также оксид церия. Двуокись церия разлагается при высокой температуре с выделением кислорода. Оксид церия является весьма эффективным обесцвечивателем, к тому же его применение исключает использование ядовитых соединений мышьяка и сурьмы.

Физическое обесцвечивание состоит в том, что в стекломассу вводят вещества, которые окрашивают стекло в цвет, дополнительный к существующему, т.е. как бы накладывают один цвет на другой. Подбор цветов ведется таким образом, чтобы уменьшить интенсивность окраски стекла, при этом с уменьшением интенсивности окраски стекла снижается общая светопрозрачность стекла. В качестве физических обесцвечивателей используют оксиды марганца, кобальта, никеля, неодима и эрбия, элементарный селен.

Глушители. Для придания стеклу светорассеивающих свойств в стекломассу вводят глушители. Так называемые глушеные стекла широко применяются в светотехнике: стеклянные абажуры, колпаки и т.д. В качестве глушителей обычно применяются фтористые или фосфорнокислые соединения.