Suroviny pro výrobu skla | Plán lekce na téma: | Vzdělávací sociální síť

Suroviny pro výrobu skla a skleněných výrobků se běžně dělí do dvou skupin:

Základní materiály obsahují oxidy, které tvoří základ skla a určují jeho vlastnosti.

Pomocné látky jsou látky, které se přidávají za účelem změny vlastností skla a urychlení procesu výroby skla (barviva, odbarvovače, kalidla, oxidační činidla a redukční činidla, urychlovače tání).

Suroviny lze také rozdělit na:

Ve sklářství se používají především přírodní materiály: křemenný písek, vápenec, dolomit, nefelín, živec. Zbývající materiály jsou obvykle syntetické: soda (uhličitan sodný), potaš (uhličitan draselný), červené olovo a litharge (oxidy olova), barviva atd.

Kvalita surovin (chemické a granulometrické složení, nečistoty atd.) je regulována příslušnými státními normami a technickými podmínkami, které jsou periodicky revidovány a upřesňovány.

Materiály obsahující oxid křemičitý. Hlavním materiálem pro zavádění SiO2 do skla je křemenný písek. Kvalita písku se posuzuje podle jeho chemického a zrnitostního složení. Hlavním požadavkem na písek je maximální obsah SiO2 a minimální obsah barvících nečistot. Pro výrobu skla se používají písky obsahující minimálně 95 % oxidu křemičitého a regulované množství barevných nečistot, z nichž nejběžnější jsou oxidy železa. Písky mohou také obsahovat titan, vanad, oxidy chrómu a sulfidy. Při výrobě výrobků z různých druhů skla jsou kladeny různé požadavky na chemické složení surovin obsahujících oxid křemičitý.

Písky s vysokým obsahem nečistot se obohacují (je vhodné to provést na místě těžby), aby se získal obsah nečistot ve stanoveném množství. Obsah barvících nečistot v píscích při výrobě kvalitních výrobků pro domácnost z olovnatého křišťálu a bezbarvého Na-Ca-Si skla by neměl překročit, %: V2O5 — 0,05; Ti2 – 0,05; Cr2O3 – 0,0001, sulfidy – 0,01-0,001.

Při tavení skla je důležité zvážit velikost zrn písku, zejména kvantitativní poměr zrn podle velikosti. Při výrobě tabulového skla, nádob a domácích potřeb se doporučuje používat křemenné písky, ve kterých je obsah frakcí o velikosti 0,1-0,5 mm 85-90%. Pro urychlení procesu tvorby skla jsou zapotřebí jemné písky s jednotným granulometrickým složením. Pro urychlení procesu vaření je lepší použít písek s ostrými zrny, protože v tomto případě se reakční plocha ve srovnání s kulovitými zrny zvětšuje. Pro optické a křemenné sklo se používá přírodní křemen, jako je vysoce čistý žilný křemen. V poslední době se oxid křemičitý vyrábí uměle, především pro výrobu ultračistého křemenného skla.

Materiály obsahující oxid hlinitý. Zavedení Al2O3 do sodno-vápenato-křemičitých skel snižuje tepelný koeficient lineární roztažnosti, zvyšuje chemickou odolnost a zlepšuje mechanickou a tepelnou pevnost. Při výrobě tabulového skla a skleněných obalů se k zavedení Al 2 O 3 obvykle používají vícesložkové materiály s obsahem oxidu hlinitého. K vnášení Al 2 O 3 se ve většině případů používají koncentráty živcových, pegmatitových a nefelinických hornin.

Ve složení vysoce kvalitních skel je Al2O3 nejčastěji zaváděn s čistým technickým oxidem hlinitým a někdy s hydrátem oxidu hlinitého.

Materiály obsahující bor. Zavedení malého množství (do 2 %) oxidu boritého do skla výrazně usnadňuje tavení a zesvětlení skla, snižuje teplotu tavení a zlepšuje fyzikální a chemické vlastnosti skla, jako je tepelná a chemická odolnost.

Materiály obsahující sodík. Hlavními materiály pro zavádění oxidu sodného do skla jsou uhličitan sodný (soda), síran sodný a dusičnan sodný (ledek).

Materiály obsahující draslík. Oxid draselný, zaváděný do sodno-vápenato-křemičitého skla místo oxidu sodného, ​​zlepšuje jeho optické a výkonnostní charakteristiky, chemickou odolnost a barevné charakteristiky. Suroviny pro zavedení K2O jsou potaš (uhličitan draselný) a ledek (dusičnan draselný). Pro zlepšení kvality skla je nutné, aby obsah barvících nečistot a síranu draselného v potaši byl minimální.

Materiály obsahující vápník. Oxid vápenatý tím, že urychluje reakce tvorby silikátu, usnadňuje tavení a bělení skla, zlepšuje jeho pracovní vlastnosti a zvyšuje jeho chemickou odolnost. Oxid vápenatý se obvykle zavádí s uhličitanem vápenatým CaCO3, obsahujícím 56 % CaO a 44 % CO2. Z mineralogických odrůd uhličitanu vápenatého se ve sklárnách používá vápenec, křída, mramor a vápno.

Materiály obsahující hořčík. Oxid hořečnatý zlepšuje krystalizační vlastnosti skla. Dolomit CaCO3 se obvykle používá jako surovina pro zavádění do skla. MgCO3. Přírodní dolomity vždy obsahují nečistoty písku, oxidu hlinitého a železa. Konzistence složení a minimální obsah škodlivých nečistot (sloučenin železa) mají velký význam pro výrobu domácího nádobí a skleněných nádob se změněnou barvou.

Jako materiály pro zavádění MgO lze také použít magnezit MgCO3, dolomitizovaný vápenec atd. (za předpokladu konstantního složení).

Materiály obsahující stroncium. Oxid strontnatý, když nahrazuje část oxidů alkalických zemin, zlepšuje výkonnostní charakteristiky, optické vlastnosti a chemickou odolnost skla. Až 6% oxidu strontnatého lze přidat do skla pro výrobky pro domácnost a odbarvené lahve, zejména malé kapacity. Oxid strontnatý lze zavést do skla pomocí uhličitanu strontnatého SrCO3 (strontianit) a síranu strontnatého SrSO4 (celestin). Hlavním požadavkem na tuto surovinu je nízký obsah oxidů železa. Za předpokladu, že jsou použity čisté suroviny, může být oxid strontnatý zaveden do kompozice bezolovnatých krystalů pro výrobky pro domácnost.

Materiály obsahující baryum. Zavedením malého množství BaO se urychlí vaření a zlepší se výrobní vlastnosti, zejména při mechanizovaném lisování. BaO zvyšuje index lomu a hustotu. Pro zavádění oxidu barnatého do skla je nejvhodnější surovinou uhličitan barnatý BaCO3 nebo lze použít i minerál witherit, dusičnany a sírany. U uhličitanu barnatého se zavádí 77,7 % BaO a u dusičnanu barnatého 58,6 % BaO.

Materiály obsahující olovo. Oxid olovnatý je hlavní složkou optických a křišťálových skel a určuje jejich vysoké optické vlastnosti. K zavedení PbO do skla se používá červené olovo Pb3O4 a olovo vápenaté PbO. Při rozkladu červeného olova se uvolňuje kyslík, který zesvětluje skleněnou hmotu a udržuje oxidační prostředí. Výhodami použití minia olova oproti olověnému litharge je nepřítomnost kovových nečistot olova a minimální možnost redukce oxidů olova.

Materiály obsahující zinek. Přídavek oxidu zinečnatého do skla snižuje koeficient tepelné roztažnosti, zvyšuje index lomu a chemickou odolnost. Oxid zinečnatý je základní složkou selenového rubínového skla. K zavedení oxidu zinečnatého do vsázky se používá zinková běloba (průmyslový název pro oxid zinečnatý).

Barviva a bělidla. Největší skupinou pomocných materiálů jsou barviva, což jsou sloučeniny různých kovů a jsou ve skle distribuovány na iontové, molekulární a koloidní úrovni. Malá množství některých barviv působí jako fyzikální bělidla.

Tlumiče. K potlačení se obvykle používají fluoridy a fosfáty. Opacifikaci lze také dosáhnout použitím skleněných kompozic, které jsou náchylné k fázové separaci (likvaci).

Oxidační a redukční činidla. Používá se při tavení skla k vytvoření oxidačních nebo redukčních podmínek. Při tavení olovnatých optických skel a olovnatého křišťálu je nutné vytvořit oxidační podmínky, aby nedocházelo k redukci oxidů olova. Oxidační prostředí hraje důležitou roli při změně barvy a zvýšení tepelné průhlednosti skel obsahujících oxidy železa.

Jako oxidační činidla se používají dusičnany (NaNO3, KNO3), oxidy arsenu, manganu, ceru atd. Při tavení obalového skla síranem sodným se zavádějí redukční činidla pro urychlení rozkladu Na2SO4 a jeho zbarvení do jantaru. Při varu měděného rubínu se vytvářejí redukční podmínky.

Jako redukční činidla se používají látky obsahující uhlík (piliny, uhlí, topný olej), sloučeniny cínu a vinná sůl.

Akcelerátory. Mezi urychlovači tavení skla zaujímají zvláštní místo fluoridy, které podporují vznik kapalné fáze při nižších teplotách a zvyšují rychlost procesu tvorby silikátu. Fluoridy snižují teplotu dokončení reakcí tvorby silikátu o 100 až 200 °C. Předpokládá se, že přidání 0,5 až 1 % F urychluje procesy homogenizace a čiření skla o 15 až 18 %. Jako urychlovač vaření se obvykle používá fluorokřemičitan sodný Na2SiF6.

Fluoridy však ničí žáruvzdorný materiál sklářských pecí. Při obsahu větším než 1,5 % zesilují krystalizaci skleněné hmoty a pro svou vysokou těkavost se dostávají do prostředí spolu se spalinami. Proto použití fluoridů vyžaduje řádné posouzení ekonomických a environmentálních faktorů.

Rozbité sklo. Pro usnadnění procesu tavení skla a úsporu materiálových a energetických zdrojů se 20–50 % rozbitého skla vkládá do sklářských tavicích pecí. Rozbité sklo se také používá při svařování pánve pece po opravách za studena nebo dokončení její konstrukce. Skleněný odpad vložený do pece musí být čistý a zbavený nečistot. Je vhodné použít rozbité sklo stejného složení jako použité sklo. Tato podmínka je splněna při výrobě domácích potřeb, kde po oddělení uzávěru a tabulového skla vzniká značné množství odpadu. Při výrobě skleněných obalů, zejména barevných, se však někdy dostává rozbité sklo různého chemického složení a barev, často znečištěné různými nečistotami. Takové rozbití zhoršuje technologické a ekonomické ukazatele výroby a snižuje provozní vlastnosti skleněných obalů. V poslední době je věnována velká pozornost využití a přípravě rozbitého skla při výrobě skleněných obalů. Zároveň se řeší technologické, ekonomické a ekologické problémy. Je organizován centralizovaný sběr rozbitého skla, jeho důkladné čištění a drcení. Stále více továren na skleněné obaly používá vyšší obsah skleněných střepů, a to až o 100 %.