Различные вещества, используемые для получения стеклокомплексов, в совокупности называются стекольным сырьем. Основное сырье — это сырье, которое вводит различные оксиды в стекло, образуя основную структуру стекла, определяющую основные физико-химические свойства стекла. К основным сырьевым материалам относятся кварцевый песок, полевой шпат, известняк, доломит, кальцинированная сода и т. д. В настоящее время эти сырьевые материалы обычно поставляются в виде порошка.(1) Основным сырьевым материалом для получения кремнезема является кремнеземный песок (также известный как кварцевый песок), который в зависимости от его природного состояния можно разделить на природный и переработанный кремнеземный песок. Из-за сложности процесса его образования химический состав природного кремнеземного песка часто сильно колеблется, но его гранулометрический состав относительно однороден. Для контроля качества природного кремнеземного песка следует уделять внимание химическому составу, колебаниям состава и содержанию огнеупорных минералов. Химический состав в основном определяет содержание Fez 03, и сортировка и использование осуществляются в соответствии с его качеством. Классификация кварцевого песка приведена в таблице 2-16.2) Переработка кварцевого песка – это переработка кварцевой породы или песчаника с использованием определенного процесса обработки и производства кремнистого сырья. Поскольку чистота кварцита или песчаника, как правило, выше, содержание примесей меньше и стабильнее, качество получаемого в результате переработки кварцевого песка выше и стабильнее. Однако, от кварцита или песчаника до кварцевого песка с определенным размером зерен трудно контролировать размер зерен, поэтому стоимость высока. Кварцевый песок обычно перерабатывается влажным методом с определенным содержанием влаги. Кварцевый песок – наиболее трудноплавкий материал. Размер частиц, распределение частиц по размерам и форма частиц оказывают важное влияние на смешивание, плавление и гомогенизацию композита. Уменьшение размера частиц способствует плавлению стекла, но чем мельче, тем лучше. Порошок кварцевого песка будет существовать из-за наличия кластеров и зернистых зазоров. Большое количество микропузырьков образуется из-за трудностей плавления, а также из-за присутствия порошка кварцевого песка, что может привести к преждевременной реакции таких материалов, как натрий, кальций, магний, с образованием первичного расплава, повышению его плотности и вязкости, легко вызывая расслоение материала в печи и, как следствие, образование слоев других огнеупорных сырьевых материалов в смеси. Форма песчинок предпочтительнее угловатая, поскольку угловатая форма поверхности обеспечивает большую площадь контакта с флюсом, что затрудняет расслоение в процессе смешивания и транспортировки. Кварцевый песок необходимо проверять и принимать в горнодобывающем районе. Влажность кварцевого песка должна контролироваться на уровне ниже 8% при добыче руды и ниже 5% при погрузке песка в цех. Значение колебаний влажности составляет 0,4%. В таблице 2-17 показаны требования к качеству кремнеземистого сырья. (2) Содержание A12O3 в обычном бутылочном стекле обычно составляет 2,0% ~ 5,0%. Высокобелое стекло из A12O3 в основном состоит из оксида алюминия и гидроксида алюминия, но имеет более низкие требования к качеству, чем тарное и цветное стекло. Также можно использовать натриевый, калиевый или кальциевый полевой шпат для получения высококачественного A12O3, при этом часть полевого шпата Na₂O или K₂O может заменить часть кальцинированной соды, что выгодно для системы плавки стекла. Однако содержание железа в обычном полевом шпате выше, Fe₂O₃ составляет менее 0,1%, поэтому его можно использовать только для обычного бутылочного и баночного стекла и нельзя использовать для бутылочного и баночного стекла более высокого качества. Полевой шпат в соответствии с В зависимости от своего химического состава его можно разделить на четыре вида: калиевый полевой шпат, натриевый полевой шпат, кальциевый полевой шпат и бариевый полевой шпат. В природе существует немного отдельных месторождений этих четырех полевых шпатов, большинство из которых смешаны с другими минералами в различных пропорциях. В таблице 2-18 приведены требования к качеству полевых шпатов.(3) Na2O, сырье для производства оксида натрия, является хорошим флюсом для стекла. Поэтому содержание Na2O в химическом составе стеклянных бутылок и банок тесно связано с условиями плавления стекла и в настоящее время в основном находится в диапазоне 14% ~ 16%. Na2O в бутылочном стекле в основном вводится с помощью кальцинированной соды. Кальцинированная сода — это химическое сырье, ее основным компонентом является Na2CO3. Кальцинированная сода делится на кристаллическую соду (Na2CO3·10H2O) и кальцинированную соду (Na2CO3). Большая часть кальцинированной соды, используемой в стекольной промышленности, представляет собой прокаленную соду без кристаллизационной воды, полученную аммиачно-щелочным методом. Прокаленная кальцинированная сода представляет собой белый порошок, легко растворимый в воде, легко впитывающий влагу из воздуха, расплывающийся и комкующийся, поэтому ее необходимо хранить в сухом складском помещении. Кальцинированная сода является одним из важнейших факторов, влияющих на стоимость стекла. Для производства бутылочного стекла следует отдавать предпочтение тяжелым щелочам. По сравнению с легкими щелочами, тяжелые щелочи обладают лучшей рыхлостью, гигроскопичностью, меньшей склонностью к расслоению и разлетающимся частицам, что улучшает однородность и скорость плавления смеси. Однако слишком крупные частицы кальцинированной соды не могут эффективно взаимодействовать с другими огнеупорными материалами, равномерно способствуя эффекту плавления, что приводит к неравномерности смешивания с самим материалом, влияя на качество плавления и осветления стекла. Поэтому оптимальный диапазон размеров частиц составляет 0,22–0,42 мм. Долгое время в стеклянной кальцинированной соде содержалось 5–8% воды, поэтому при использовании необходимо своевременно определять содержание влаги. Испарение кальцинированной соды при плавлении стекла составляет 0,5–3,2%. Прокаленная кальцинированная сода часто содержит небольшое количество NaCl, поскольку хлор очень активен, что приводит к серьезной эрозии огнеупора. Большое количество кальцинированной соды и накопление хлора в стеклянном растворе в последнее время привлекают внимание промышленности. (4) Роль оксида калия (K2O) в стекле аналогична роли Na2O. При производстве бутылочного и баночного стекла небольшое количество K2O используется для замены небольшой части Na2O, что позволяет повысить показатель преломления стекла и улучшить блеск и светопропускание изделий. Химическая стабильность двух щелочных оксидов в стекле лучше, чем у одного щелочного оксида. В соотношении этих двух элементов существует оптимальная точка, и наблюдается эффект смешанного основания. Влияние K2O на коэффициент теплового расширения стекла больше, чем влияние Na2O. Поэтому при замене части Na2O на K2O следует учитывать влияние на коэффициент теплового расширения стекла. K2O в бутылочном стекле обычно вводят путем прокаливания карбоната калия. При плавлении карбоната калия в стекле летучие потери K2O составляют около 12% от его собственной массы. Требования к качеству карбоната калия следующие: K2CO3 менее 96%, Na2O 40,2%, KCl + K2SO4 43,5%, водонерастворимость < 0,3%, содержание воды -3%. Цена калийной соли выше, чем кальцинированной соды, поэтому, за исключением бутылочного и баночного стекла со специальными требованиями, в большинстве бутылочных и баночных стекол оксид калия не получают напрямую, а используют оксид калия с полевым шпатом. (5) Введение оксида кальция (Ca0) в стекло играет основную роль стабилизатора, то есть повышает химическую стабильность и механическую прочность стекла, но при слишком высоком содержании может усилиться тенденция к кристаллизации стекла и сделать его хрупким. Содержание Ca0 в обычном бутылочном стекле составляет 7% ~ 11%, обычно не более 12,5%. Ca0 при высоких температурах может снизить вязкость Стекло способствует плавлению и осветлению, но при понижении температуры вязкость очень быстро возрастает, что затрудняет формование. Поэтому, помимо влияния CaO на свойства стекла, следует учитывать и метод формования, а также другие факторы. Стекло с высоким содержанием CaO следует быстро помещать в печь для отжига, иначе изделие легко лопнет. При плавлении натриево-кальциевого стекла лучше приблизить его концентрацию к 21% Na0Ca0. Основными сырьевыми материалами, используемыми в производстве стеклянных банок, являются известняк, кальцит и мел. Известняк, содержащий 40,015% Fez O3, используется в производстве посуды и белых изделий. Известняк, содержащий менее 0,04% Fez O3, используется в производстве цветного стекла. Содержание воды в известняке должно контролироваться как менее 1%. Когда состав стекла требует очень строгого содержания оксида железа, его можно заменить кальцитом, который намного чище известняка, но и намного дороже.(6) Количество оксида магния (MgO) в химическом составе стеклянных бутылок и банок обычно составляет менее 2%. При частичной замене кальция оксидом магния (MgO) может увеличить вязкость стеклообразного вещества при высокой температуре, замедлить скорость затвердевания стеклообразного вещества, увеличить время затвердевания, улучшить свойства стеклообразования и уменьшить его склонность к кристаллизации. Оксиды кальция, магния и двухвалентных щелочноземельных металлов могут улучшить химическую стабильность стеклообразного вещества, предотвратить длительное воздействие влаги на изделие и появление плесени. Как правило, количество замещения должно контролироваться как менее 3%, тогда как количество замещения более 3% повлияет на плавление и формирование стекла. Раньше считалось, что доломит и известняк плавятся в виде мелких частиц, но с... Углубленное исследование механизма высокотемпературной стеклования покажет, что адсорбция частиц доломита вокруг крупных частиц кремнезема препятствует участию песка в реакции, в то время как более крупные частицы известняка в начале силикатной реакции не смачиваются первичной фазой, первичная жидкость может беспрепятственно проходить через зазоры между крупными зернами доломита, известняка и кремнеземного песка, смачивая их и, таким образом, дополнительно увеличивая скорость силикатной реакции. Однако на более поздней стадии выделение газов в результате их быстрого разложения и плавления способствует осветлению и гомогенизации стеклообразной жидкости. Установлено, что при увеличении размера частиц до 2,5 мм свойства плавления и осветления стекла значительно улучшаются, а при размере частиц более 3 мм эти свойства значительно снижаются. Поэтому верхний предел содержания частиц доломита и известняка следует контролировать в определенном диапазоне. В настоящее время использование более крупных зерен доломита и известняка является тенденцией. В реальном производстве при расчете формулы стекла доломит используется для введения MgO, а недостающая часть CaO дополняется известняком или кальцитом. Если состав стекла не содержит CaO, доломит не может использоваться для притягивания MgO, следует использовать карбонат магния для притягивания MgO. Требования к качеству доломита: Mg0≥20%, CaO < 32%, Fe2O3 < 0,15%.(7) В качестве сырья используется оксид бария (BaO), роль которого в производстве стекла в основном одинакова с CaO и Mgo, но стекло, содержащее барий и CaO, обладает хорошим блеском и высокой плотностью. Обычно в состав цветного бутылочного стекла добавляют 0,5% ~ 1% BaO для улучшения блеска. BaO ускоряет плавление, осветление и предотвращает кристаллизацию стекла, но при слишком большой дозировке из-за реакции 2Ba0 1002 2Ba02 осветление стекла затруднено, а тигель и огнеупорные материалы подвергаются большей эрозии. Природный сульфат бария (BaSO4), известный как барит, содержит большое количество примесей и имеет высокую концентрацию примесей, поэтому его использование не соответствует требованиям к качеству стекла. Высокое содержание BaSO4 в промышленности в основном используется в стекле с фторсодержащей непрозрачностью и в имитации нефритового стекла в бутылочном стекле, что позволяет получить относительно слабый эффект непрозрачности. Однако при чрезмерном использовании в производстве стекла для воды это может привести к ряду неблагоприятных последствий для огнеупорных материалов, тиглей, формовок и качества продукции. В производстве бутылочного и баночного стекла BaSO4 обычно используется в качестве промышленного карбоната бария. Кроме того, сырье, содержащее барий, обладает определенной токсичностью, поэтому при производстве следует соблюдать меры предосторожности. Требования к качеству промышленного карбоната бария: содержание BaSO4 97%, Fe2O3 40,1% и кислотонерастворимость 3%.
Дата публикации: 14 апреля 2020 г.