Cam komplekslerinin hazırlanmasında kullanılan çeşitli maddeler topluca cam hammaddeleri olarak adlandırılır. Ana hammadde, camın ana yapısını oluşturan ve camın temel fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirleyen, cama çeşitli oksitler katan hammaddedir. Ana hammaddeler kuvars kumu, feldspat, kireç taşı, dolomit, soda külü vb.dir. Bu hammaddeler günümüzde genellikle toz halinde tedarik edilmektedir.(1) Silika hammaddeleri: Silikanın ana hammaddesi, doğada mevcut durumuna göre doğal silika kumu ve işlenmiş silika kumu olarak ayrılabilen silika kumudur (kuvars kumu olarak da bilinir). Oluşum sürecinin karmaşıklığı nedeniyle, doğal silika kumunun kimyasal bileşimi genellikle büyük ölçüde dalgalanır, ancak parçacık boyutu dağılımı nispeten homojendir. Doğal silika kumunun kalitesi için, kimyasal bileşimin, bileşimin dalgalanmasının ve refrakter ağırlık mineralinin kontrolüne dikkat edilmelidir. Kimyasal bileşim esas olarak Fez 03 içeriğini kontrol eder ve kalitesine göre sınıflandırılır ve kullanılır. Silika kumunun kalite sınıflandırması Tablo 2-16.2'de listelenmiştir. Silika kumunun işlenmesi, kuvars kayası veya kumtaşı ham cevherinin belirli bir işleme ve silisli hammadde üretimi işlemidir. Kuvarsit veya kumtaşı cevherinin saflığı genellikle daha yüksek olduğundan, safsızlık içeriği daha az ve stabildir, bu nedenle işleme ile üretilen silika kumunun kalitesi daha yüksek ve stabildir. Bununla birlikte, kuvarsit veya kumtaşı cevherinden belirli bir tane boyutuna sahip silika kumu elde etmek zordur, bu nedenle maliyet yüksektir. Silika kumu genellikle belirli bir nem içeriğiyle ıslak yöntemle işlenir. Silika kumu eritilmesi en zor malzemedir. Parçacık boyutu, parçacık boyutu dağılımı ve parçacık şekli, kompozitin karıştırılması, eritilmesi ve homojenleştirilmesi üzerinde önemli etkilere sahiptir. Parçacık boyutunun azalması camın erimesine faydalıdır, ancak ne kadar ince olursa o kadar iyidir. Silika kumu tozu, kümelenme nedeniyle var olacaktır, tanecikler arasında boşluk vardır. Erime zorluğundan kaynaklanan çok sayıda mikro kabarcık, aynı zamanda silika kum tozunun varlığı, sodyum, kalsiyum, magnezyum gibi malzemelerin reaksiyona girerek erken erimesine ve birincil erime yoğunluğunun, viskozitesinin artmasına neden olabilir; bu da fırın malzemesinin hiyerarşik bir tabaka oluşturmasına ve partideki diğer refrakter hammaddelerin de etkilenmesine yol açabilir. Kum tanelerinin şeklinin köşeli olması daha iyidir, çünkü köşeli şeklin yüzey alanı geniştir ve akı temas olanakları daha fazladır; karıştırma ve taşıma sürecinde tabakalaşma kolay değildir. Silika kumu maden sahasında kontrol edilmeli ve kabul edilmelidir. Silika kumunun nem içeriği, cevher üretilirken %8'in altında, atölyeye yüklenirken ise %5'in altında kontrol edilmelidir. Nem dalgalanma değeri %0,4'tür. Tablo 2-17, silisli hammaddelerin kalite gereksinimlerini göstermektedir.(2) Sıradan şişe camındaki A12O3 içeriği genellikle %2,0 ~ %5,0'tir. A12O3'ün yüksek beyaz malzeme cam şişeleri esas olarak alümina ve alüminyum hidroksitten oluşur, ancak konteyner camı ve renkli camın kalite gereksinimini düşürür; ayrıca sodyum feldspat, potasyum feldspat veya kalsiyum feldspat kullanılarak da A12O3 elde edilebilir. Aynı zamanda, feldspat Na2O3 veya K2O3'ün bir kısmı soda külünün bir kısmının yerini alabilir ve cam eritme sistemi için avantajlıdır. Bununla birlikte, genel feldspattaki demir içeriği daha yüksektir, Fe2O3 %0,1'den azdır, bu nedenle sadece genel şişe ve teneke kutu camı için kullanılabilir ve daha yüksek kaliteli şişe ve teneke kutu camı için kullanılamaz. Farklı kimyasal bileşimleri potasyum feldispat, sodyum feldispat, kalsiyum feldispat ve baryum feldispat olmak üzere dört türe ayrılabilir. Doğada, dört feldispatın da az sayıda tekil yatağı bulunur ve bunların çoğu farklı oranlarda diğer minerallerle karışmıştır. Tablo 2-18, feldispat malzemeleri için kalite gereksinimlerini listelemektedir.(3) Sodyum oksidin hammaddesi olan Na2O, cam için iyi bir akışkandır. Bu nedenle, cam şişe ve kutuların kimyasal bileşimindeki Na2O içeriği, camın erime koşullarıyla yakından ilişkilidir ve şu anda çoğunlukla %14 ~ %16 aralığındadır. Şişe camındaki Na2O esas olarak soda külünden gelir. Soda külü, ana bileşeni Na2CO3 olan bir tür kimyasal hammaddedir. Soda külü, kristal soda (Na2CO3·10H2O) ve kalsine soda (Na2CO3) olarak ikiye ayrılır. Cam endüstrisinde kullanılan soda külünün çoğu, amonyaklı alkali yöntemiyle üretilen kristal su içermeyen kalsine sodadır. Kalsine soda külü, suda kolayca çözünen, havadan kolayca su emen ve nem çeken, topaklanan beyaz bir tozdur ve kuru bir depoda saklanması gerekir. Soda külü, camın maliyetini etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Şişe camı için ağır alkali tercih edilmelidir. Hafif alkaliye kıyasla, ağır alkali daha iyi gevşekliğe, higroskopikliğe, daha az uçuşma ve katmanlaşma eğilimine sahiptir, bu da bileşiğin homojenliğini ve erime hızını artırabilir. Ancak çok kalın soda külü parçacıkları, malzemedeki diğer refrakter malzemelerle etkili bir şekilde işbirliği yapamaz, erime etkisine eşit şekilde yardımcı olamaz, malzemenin kendi içinde düzensiz bir karışıma neden olur, camın erime ve berraklaşma kalitesini etkiler, bu nedenle uygun parçacık boyutu aralığı 0,22 ~ 0,42 mm'dir. Uzun süre bekletilen soda külü genellikle %5 ila %8 oranında su içerir; kullanım sırasında nem oranı zamanında belirlenmelidir. Cam eritme sırasında soda külünün buharlaşması %0,5 ila %3,2 arasındadır. Kalsine edilmiş soda külü genellikle az miktarda NaCl içerir; çünkü Cl çok aktiftir ve refrakterin aşınması çok ciddidir. Soda külü miktarı fazladır ve cam çözeltisinde Cl birikimi son zamanlarda endüstrinin dikkatini çekmiştir.(4) Potasyum oksidin (K2O) camdaki rolü Na2O'nunkine benzerdir. Şişe ve teneke cam üretiminde, camın kırılma indeksini artırmak ve ürünlerin parlaklığını ve geçirgenliğini iyileştirmek için az miktarda K2O, Na2O'nun küçük bir kısmının yerine kullanılır. Camda iki alkali oksidin kimyasal kararlılığı, tek bir alkali oksitinkinden daha iyidir. İkisinin oranında optimum bir nokta vardır, bu olaya karışık baz etkisi denir. K2O'nun camın termal genleşme katsayısı üzerindeki etkisi Na2O'nunkinden daha büyüktür. Bu nedenle, Na2O'nun bir kısmının K2O ile değiştirilmesi sırasında, camın termal genleşme katsayısı üzerindeki etki dikkate alınmalıdır. Şişe camındaki K2O genellikle potasyum karbonatın kalsinasyonuyla elde edilir. Potasyum karbonat camda eritildiğinde, K2O'nun uçucu kaybı kendi kütlesinin yaklaşık %12'sidir. Potasyum karbonat için kalite gereksinimleri şunlardır: K2CO3 %96'dan az, Na2O %40,2, KCl+K2SO4 %43,5, suda çözünmezlik < %0,3, su -%3. Potasyum karbonatın fiyatı soda külünden daha yüksektir, çünkü özel gereksinimli şişe ve teneke kutu camları dışında, çoğu şişe ve teneke kutu camı doğrudan potasyum oksit çekmek için potasyum karbonat kullanmaz, bunun yerine feldspatlı potasyum oksit kullanır.(5) Kalsiyum oksit hammaddesinin eklenmesi: Kalsiyum oksit (CaO), camda ana rolü stabilizatördür, yani camın kimyasal stabilitesini ve mekanik mukavemetini artırır, ancak içeriği çok yüksek olduğunda, camın kristalleşme eğilimini artırabilir ve camı kolayca kırılgan hale getirebilir. Sıradan şişe camındaki CaO içeriği %7 ~ %11'dir, genellikle %12,5'i geçmez. Yüksek CaO içeriği Sıcaklık, camın viskozitesini azaltabilir, erimesini ve berraklaşmasını hızlandırabilir; ancak sıcaklık düştüğünde viskozite çok hızlı bir şekilde artar ve kalıplamayı zorlaştırır. Bu nedenle, camdaki CaO içeriğinin miktarı, CaO'nun camın özelliklerine olan etkisinin yanı sıra, cam kalıplama yöntemi ve diğer faktörler de dikkate alınmalıdır. Yüksek CaO içeren camlar, tavlama fırınına hızlıca sokulmalıdır, aksi takdirde ürün kolayca çatlayabilir. Sodyum-kalsiyum cam eritilirken, Na0Ca0 ile 21'e yaklaşmak daha iyidir. Kavanoz camında kullanılan ana hammaddeler kireç taşı, kalsit ve tebeşirdir. %40,015 Fez O3 içeren kireç taşı, mutfak eşyaları ve beyaz malzemelerin üretiminde kullanılır. %0,04'ten az Fez O3 içeren kireç taşı ise renkli cam üretiminde kullanılır. Kireçtaşının su içeriği %1'den az kontrol edilmelidir. Camın bileşiminde demir oksit içeriğinin çok sıkı olması gerektiğinde, kireçtaşından çok daha saf olan ancak çok daha pahalı olan kalsit ile değiştirilebilir.(6) Cam şişe ve teneke kutuların kimyasal bileşimindeki magnezyum oksit (MgO) miktarı genellikle %2'den azdır. Kısmi CaO yerine kısmi MgO kullanıldığında, camsı sıvının yüksek sıcaklıkta viskozitesini artırabilir, camsı sertleşme hızını yavaşlatabilir, kalıcılığını uzatabilir, camsı form özelliğini iyileştirebilir ve kristalleşme eğilimini azaltabilir. Kalsiyum, magnezyum ve 2 değerlikli alkali toprak metal oksitler, camsı malzemenin kimyasal stabilitesini iyileştirebilir ve ürünün uzun süre nemli ortamda kalmasını ve küflenmesini önleyebilir. Genellikle, ikame miktarı %3'ün altında kontrol edilmelidir; ikame miktarı %3'ten fazla olduğunda, camın erimesini ve şekillenmesini etkiler. Eskiden ince parçacıklı dolomit ve kireçtaşının eridiği düşünülürdü. Ancak yüksek sıcaklıkta cam üretim mekanizması üzerine yapılan araştırmalar derinleştikçe, büyük silika parçacıklarının etrafında dolomit parçacıklarının adsorbe olduğu, kumun reaksiyona katılmasını engellediği, daha iri kireçtaşı parçacıklarının ise silikat reaksiyonunun başlangıcında birincil faz tarafından ıslatılmadığı, bu nedenle birincil sıvının büyük taneli dolomit, kireçtaşı ve silika kumu arasındaki boşluklardan sorunsuz bir şekilde geçerek çevreyi ıslattığı ve silikat reaksiyon hızını daha da artırdığı bulunmuştur. Bununla birlikte, daha sonraki aşamada, bunların hızlı ayrışması ve erimesiyle açığa çıkan gazlar, cam sıvısının berraklaşmasına ve homojenleşmesine katkıda bulunur. İki malzemenin parçacık boyutları 2,5 mm'ye ulaştığında camın erime ve berraklaşma özelliklerinin önemli ölçüde iyileştiği, parçacık boyutu 3 mm'den büyük olduğunda ise erime ve berraklaşma özelliklerinin önemli ölçüde azaldığı bulunmuştur. Bu nedenle, dolomit ve kireçtaşı parçacıklarının üst sınırı belirli bir aralıkta kontrol edilmelidir. Şu anda, daha büyük taneli dolomit ve kireçtaşı kullanımı bir eğilimdir. Gerçek üretimde, cam formülü hesaplanırken, dolomit MgO'yu eklemek için kullanılır ve yetersiz CaO kısmı kireçtaşı veya kalsit ile tamamlanır. Cam bileşimi CaO içermiyorsa, dolomit camda MgO'yu çekmek için kullanılamaz, MgO'yu çekmek için magnezyum karbonat seçilmelidir. Dolomit için kalite gereksinimleri Mg0≥20%, Cao < 32%, Fe2O3 < 0.15%'tir.(7) Baryum oksit hammaddesinin tanıtımı: Baryum oksit (BaO), camın rolü açısından CaO ve MgO ile temelde aynıdır, ancak baryum içeren cam ve CaO içeren cam, iyi bir parlaklığa ve yüksek yoğunluk derecesine sahiptir. Genellikle renkli şişe camının bileşiminde, camın parlaklığını artırmak için %0,5 ~ %1 BaO kullanılır. BaO, erimeyi hızlandırabilir, berraklaştırabilir ve cam kristalleşmesini önleyebilir, ancak dozaj çok fazla olduğunda, 2Ba0 1002 2Ba02 reaksiyonu meydana geldiği için camın berraklaştırılması zorlaşır ve pota ve refrakter malzemeler daha fazla aşınmaya maruz kalır. Barit olarak bilinen doğal baryum sülfat (BaS04), BaS04 büyük miktarda dalgalanma içerir ve safsızlık içeriği de yüksektir, sadece camın kalitesi için kullanılır. Gereksinimler yüksek değildir. Endüstriyel BaSO4 esas olarak florlu opak cam ve şişe camında kullanılan imitasyon yeşim camında kullanılır ve cama nispeten zayıf bir opaklık etkisi kazandırır. Ancak çok fazla kullanıldığında, su geçirmez cam, refrakter malzemeler, pota, kalıplama ve ürün kalitesi üzerinde bir dizi olumsuz etkiye yol açar. Şişe ve teneke cam üretiminde, genellikle endüstriyel baryum karbonat kullanılır. Ayrıca, baryum içeren hammaddelerin belirli bir toksisitesi vardır, bu nedenle karıştırma işleminde korumaya dikkat edilmelidir. Endüstriyel baryum karbonat için kalite gereksinimleri %97 BaSO4, %40,1 Fe2O3 ve %3 asit çözünmezliğidir.
Yayın tarihi: 14 Nisan 2020