ИТС 5-2015 Производство стекла

     2.1.1 Сырьевые материалы и подготовка шихты

Наиболее распространённым в массовом производстве тарного, листового и сортового стекла является базовый пятикомпонентный натрий-кальций-алюмосиликатный состав, представленный следующими оксидами, масс. %: - 68-73, - 0-3, - 14-17, CaO - 0-10, MgO - 0-5 [30, 32].

Сырьевые материалы, которые используются для производства стекла, делятся на основные и вспомогательные. К основным относятся искусственные и природные материалы, которые содержат компоненты, обеспечивающие оксидный состав, температурно-временной режим варки, способ формования стекла, режим отжига и физико-химические свойства изделий. К вспомогательным относятся соединения, отвечающие за процессы осветления (осветлители), окрашивания и глушения (красители и глушители), а также регулирования кислотно-основных и цветовых характеристик (окислители и восстановители) стекломассы и изделий.

Критериями выбора того или иного сырьевого материала для производства стекла служат содержание в нём основного компонента, содержание вредных (красящих, тугоплавких и т.п.) примесей и гранулометрический состав. В производстве бесцветных стёкол повышенного качества правильнее использовать синтетические и искусственные сырьевые материалы (сода, поташ, технический глинозём, борная кислота, оксид свинца и т.д.), тогда как при изготовлении изделий из полубелых и цветных стёкол более рационально использовать природное сырьё (полевые шпаты, нефелин, каолин, мел, мрамор, известняк и т.п.). Природное сырьё дешевле синтетического и искусственного, но отклонения как в содержании основного компонента, так и в составе примесей может резко отличаться от партии к партии, что следует учитывать при выборе того или иного вида сырья.

Основными сырьевыми материалами для стекольного производства являются [29]:

- кварцевый песок - источник оксида кремния () - основного компонента в составе стекла;

- кальцинированная сода (карбонат натрия ) - для введения оксида натрия (), который снижает температуру варки;

- поташ (карбонат калия ) - для введения оксида калия (), увеличивающего "длину" (вязкостную характеристику при формовании) стекла;

- мел, известняк, мрамор (карбонаты кальция ) - источники оксида кальция (СаО);

- доломит (двойной карбонат кальция и магния ) - введением оксидов кальция (СаО) и магния (MgO) можно регулировать температуру плавления и вязкость; они улучшают механические и химические свойства;

- глинозём (оксид алюминия ) - добавляют, чтобы улучшить стойкость к химическому воздействию.

К основным сырьевым материалам также относят свинцовый глёт или свинцовый сурик (PbO и ), которые используют для получения хрустальных стёкол с высокими показателями белизны и преломления.

Среди сырьевых материалов для специальных видов стёкол, например для выработки стекловолокна, необходимо использовать борную кислоту (), поскольку оксид бора () повышает химическую стойкость к агрессивным средам, а также оксиды титана и циркония.

Вспомогательные сырьевые материалы для стекольного производства. [29] Осветлители, окислители и восстановители - это соединения, выделяющие газовую фазу при высоких температурах за счёт реакций разложения или окисления-восстановления. Наиболее распространённые соединения, которые используют в качестве осветлителей и окислителей, - это нитрат и сульфат натрия, хлорид натрия, оксид сурьмы. Восстановители - уголь, сажа, виннокислый калий.

Процесс окрашивания стекла основывается на протекании окислительно-восстановительных реакций, переводе красящих ионов в необходимое валентно-координационное состояние, а также стабилизации размеров атомов и молекул в составе стекла. Существует широкий ряд оксидов, бескислородных солей и металлов, которые используют для окрашивания силикатных, фосфатных свинцовых и других видов стёкол. Так, в присутствии оксида меди стекло окрашивается в голубой цвет, кобальта - в синий, хрома - в зелёный, сульфоселенида кадмия - в красный, а металлического серебра - в жёлтый. Наибольший интерес среди красящих ионов представляют ионы железа, поскольку большинство природных сырьевых материалов содержат примесные количества оксида железа: Fe (III) даёт интенсивную янтарно-жёлтую окраску, a Fe (II) - более слабую зелёную.

Для получения полупрозрачных (опалесцирующих) или непрозрачных (глушеных) стёкол используют соединения фтора и фосфора криолит (), фтористый кальций , кремнефтористый натрий .

Сырьевые материалы поступают на склад россыпью, в баулах, мешках или бочках и подвергаются входному контролю химического и гранулометрического состава в соответствии с требованиями, заложенными в технологическом регламенте. Природное сырьё, как правило, требует дополнительной обработки. Пески очищают от посторонних примесей при помощи магнитной обработки, просеивают и сушат; известняк, мел, доломит, полевой шпат дробят и просеивают; соду, поташ и другие компоненты растаривают и при необходимости просеивают. Однако современные стекольные предприятия отказываются от практики дополнительной обработки, предпочитая закупать уже готовые к использованию сырьевые материалы.

Подготовленные сырьевые материалы поступают в расходные бункера весовой линии и взвешиваются в соответствии с заданной рецептурой шихты. После взвешивания они направляются в смеситель для равномерного распределения всех компонентов по всему объёму порции. При необходимости введения в состав вспомогательного материала его предварительно смешивают с одним из основных компонентов шихты и затем загружают в смеситель. Контроль однородности перемешивания осуществляется заводской лабораторией в соответствии с регламентом выпуска продукции.

Для облегчения процесса варки стекла часть шихты, необходимой для получения 100 массовых частей стекломассы заменяют стекольным боем (далее - стеклобой). Соотношение шихты к стеклобою устанавливается предприятием и зависит от конструкционных особенностей и продолжительности кампании печи, требований к качеству стекломассы, экономических показателей производства. Соотношение шихта: бой варьирует в широких пределах. На стеклотарных заводах России оно, как правило, составляет 50:50. Характерный показатель использования боя в производстве листового стекла - (90-75):(10-25). Предприятие может применять как собственный, так и привозной стеклобой. Основным способом подготовки стеклобоя к использованию является его очистка от посторонних примесей (керамики, металлов, органических веществ и т.д.) и измельчение. Многие современные стекольные предприятия отказываются от практики дополнительной обработки, предпочитая закупать уже готовый к использованию стеклобой. Использование стеклобоя позволяет снизить себестоимость продукции, продлить кампанию печи, уменьшить количество вредных выбросов [25].