Илья Мельников - Стекло и его свойства. Сырьевые материалы для стекловарения. Приготовление шихты
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.
Соединения фтора вводятся через фторид кальция, камнефторид натрия, криолит и хиолит. Соединения фосфора применяются в виде костной муки, фосфата кальция, кислой фосфорнонатриевой соли, апатита.
Заглушенность в стеклах достигается также за счет кристаллизации определенных соединений, а также введением в сваренную стекломассу тугоплавких соединений или пузырьков воздуха.
Приготовление шихты
Подготовка сырья
Сырьевые материалы, используемые для производства стекла, нуждаются в дальнейшей обработке. К примеру, пески подвергают обогащению – из них извлекаются и удаляются железистые примеси, затем их сушат и просевают; доломит и известняк предварительно дробят и смалывают и т.д.
Подготовка песков. Используемые в стекловарении пески обычно подвергают обработке: обогащению, сушке и просеву.
Процесс обогащения состоит в обезжелезивании песка, т.е. удалении из него железистых примесей или уменьшения их содержания до необходимых параметров. Включения железа в песке могут быть разнообразных видов: это глинистые примеси, примеси легких и тяжелых железистых минералов, поверхностных пленок, а также скоплений внутри кварцевого зерна песка. Гравитационный метод обогащения песка основан на разделении частиц минералов в водной или воздушной среде по их удельному весу. Флотационный метод обогащения песков состоит в разделении минералов, смачиваемых и не смачиваемых водой; при засасывании в пульпу пузырьков воздуха минералы, поверхность которых не смачивается, прилипают к пузырькам и вместе с ними всплывают вверх, т.е. флотируются (рис. 10).
Минерализованные воздушные пузырьки всплывают и увлекают вредные примеси в пену, которая в дальнейшем легко отделяется от песка. Для образования устойчивых пузырьков в пульпу вводят реагенты;в качестве реагентов может использоваться, например, сульфатное мыло. Флотооттирочный метод обогащения песков включает в себя три процесса: флотацию, оттирку пленки и промывку. Оттирка основана на взаимном трении зерен песка в водной среде; при трении друг о друга пленка гидроокислов железа, имеющая меньшую твердость по сравнению с кварцем, оттирается. Метод электромагнитной сепарации основан на способности различных минералов по-разному притягиваться магнитом. Для обогащения песков методом электромагнитной сепарации в стекольной промышленности применяют магнитные сепараторы; для удаления из сырьевых материалов аппаратурного железа применяют дисковые, индукционно-роликовые и барабанные сепараторы. Магнитную сепарацию проходят пески, предназначенные для производства высококачественного бесцветного стекла, особенно свинцового хрусталя.
Сушка песка необходима для доведения сырья до нужной кондиции. Влажный песок, поступающий с места добычи или прошедший процесс обогащения, трудно поддается перемешиванию с другими компонентами шихты, он плохо пересыпается, комкуется и т.д.;сушат песок в сушильных барабанах. Температура сушки песка 700-800 градусов С.
Просеиванию подвергаются все без исключения материалы, применяемые при подготовке шихты. При просеивании удаляются крупные зерна и включения.
Подготовка известняка, доломита и мела заключается в дроблении, сушке, помоле и просеве.
Дробление состоит в измельчении материалов до кусков размером 2-3 см. Это делается для облегчения их дальнейшей обработки – помола и сушки.
Сушка известняка, доломита и мела производится в сушильных барабанах при температуре 400-450 градусов С (при более высоких температурах они будут разлагаться).
Помол является следующим этапом подготовки материалов к стекловарению.
Просеивание известняка, доломита и мела производится на том же оборудование, что и просеивание песка.
Подготовка сульфата натрия сводится к сушке, помолу и просеву. Сушат сульфат натрия в сушильных барабанах при температуре 650-700 градусов С. Помол производят в молотковых мельницах. Просев производят аналогично с другими материалами. Ввиду того, что поступающий на производство сульфат натрия имеет непостоянный химический состав, его подвергают усреднению.
Прочие сырьевые материалы подвергаются аналогичной обработке.Приготовление шихты
Шихта – это однородная смесь предварительно подготовленных и отвешенных по заданному рецепту; шихта должна быть однородной, соотношение сырьевых материалов в ней должно быть одинаковым и соответствовать заданному составу. Основными условиями получения правильно подготовленной шихты являются применение обогащенных и подготовленных материалов, точная дозировка, тщательное перемешивание до полной однородности, подача и загрузка, исключающая возможность ее расслаивания. Рекомендуемая влажность шихты – 2-7%.
Сырьевые материалы перемешивают в специальных смесителях. Наибольшее распространение в производстве сортовой посуды получили контейнерные и тарельчатые смесители. Контейнерные смесители исключают операцию выгрузки шихты. Их применяют при небольшом объеме производства, к примеру, при варке окрашенных стекол в горшковой печи или варке свинцового хрусталя. Но наибольшее распространение в производстве сортовой посуды имеют тарельчатые смесители.
Гранулирование шихты производят с целью сохранения ее однородности при транспортировке, загрузке в печь и ускорении процесса стекловарения. В результате гранулирования устраняется пыление шихты, а также расслаивание, ускоряется провар, улучшается качество стекломассы. Технология гранулирования сводится к получению гранул достаточной прочности и необходимого размера. В качестве связующего используется жидкое стекло или вода. Для получения гранул используют барабанные, тарельчатые или другие грануляторы.
Контроль качества заключается в своевременной проверке качества шихты и обнаружении нарушений при ее приготовлении. Готовая шихта контролируется на соответствие заданному химическому составу, влажности, однородности, гранулометрическому составу, а также на комкование. В смену проводят один полный анализ и четыре на определение щелочности и нерастворимого остатка.
