Основные свойства стёкол и стекломассы

К важнейшим свойствам стекла можно отнести плотность, прочность, твердость, хрупкость, теплопроводность, термическую устойчивость, оптические свойства. Плотность зависит от химического состава стекла и в некоторой степени от температуры, с повышением которой плотность стекла уменьшается. Прочность - способность материала выдерживать нагрузку на сжатие, растяжение и т. д. Твердость способность стекла оказывать сопротивление проникновению в него более твердого материала. Теплопроводность - способность стекла проводить тепло без перемещения вещества этого материала. Тепловое расширение - увеличение линейных размеров тела при его нагревании. Термическая устойчивость - способность стекла выдерживать резкие изменения температуры не разрушаясь. Термостойкость стекла во многом зависит от его химического состава. Оптические свойства подразумевают светопрозрачность, светопоглощение, отражение и преломление света.

Стекломасса представляет собой расплав смеси сырьевых материалов. Свойства стекломассы определяются ее химическим составом и температурой. К свойствам стекломассы относят вязкость, кристаллизацию и поверхностное натяжение. Именно эти свойства определяют технологические процессы изготовления стеклоизделий: варку, формование и отжиг стекла.

Главные сырьевые материалы стекольного производства

Сырьевые материалы вводят в стекольную шихту, как правило, в виде природных соединений. Основным сырьем для изготовления стекла являются кварцевый песок, известняк, сода и сульфат натрия. Высококачественные стекольные белые пески содержат немного примесей, в частности оксида же­леза, придающего стеклу зеленоватую окраску. В стекольную шихту вводят соду, сульфат натрия, поташ, которые понижают температуру варки стекла и ускоряют процесс стеклообразования. При варке смеси чистого песка и соды образуется полупрозрачная стеклообразная масса, растворяющаяся, в воде ("растворимое стекло"). Благодаря введению в шихту оксида кальция в виде известняка или доломита стекло становится нерастворимым в воде.

В процессе изготовления в стекло вводят соединения, придающие ему специальные свойства. Глинозем, вводимый в шихту в виде каолина и поле­вого шпата, повышает механическую прочность, а также термическую и хи­мическую стойкость стекла. При замене части диоксида кремния борным ан­гидридом повышается скорость стекловарения, улучшается осветление и уменьшается склонность к кристаллизации. Оксид свинца, вводимый, глав­ным образом, при изготовлении оптического стекла и хрусталя, повышает показатель светопреломления. Оксид цинка понижает температурный коэф­фициент линейного расширения стекла, благодаря чему повышается его тер­мическая стойкость. В специальные стекла, например, оптическое, лабора­торное, вводят оксиды свинца, бария и цинка.

Вспомогательные материалы стекольного производства

Вспомогательные сырьевые материалы (осветлители, глушители, красители и др.) вводят в шихту для ускорения варки стекла и придания ему требуемых свойств. По назначению их подразделяют на осветлители, обесцвечиватели, глушители, красители, восстановители и окислители. Осветлители (сульфаты натрия и аммония и др.) способствуют удалению из стекломассы газовых пузырьков. Обесцвечиватели погашают или ослабляют нежелательные цветные оттенки. Глушители (соединения фтора, фосфора и др.) делают стекло непрозрачным. К красителям относят соединения кобальта (синий цвет), хрома (зеленый), марганца (фиолетовый), железа (коричневые и сине-зеленые тона) и др.

Подготовка сырьевых материалов в стекольном производстве

Для того чтобы качество сырьевых материалов привести в соответствие с требованиями ГОСТов и ТУ, сырьевые материалы обогащают на месте добычи, на обогатительных фабриках или непосредственно на стекольных заводах. Песок, обогащенный на месте добычи, поступает на завод затаренным в мешки или в вагонах, оклеенных изнутри бумагой. Перед подачей в производство песок подвергают контрольному просеву и при необходимости сушке. Необогащенный песок проходит на заводе следующие виды обработки: обогащение или усреднение, сушку, просеивание. В тех случаях, когда на стекольном заводе используют песок, не однородный по химическому составу и не прошедший обогащение, его целесообразно перемешивать крупными партиями — усреднять. Наилучший способ усреднения — послойный; в этом случае каждую вновь поступившую на завод партию песка равномерно рассыпают поверх ранее прибывшей, образуя таким образом многослойный штабель. Доломит, известняк, поступившие на завод в виде глыб, дробят, сушат, размалывают, просеивают и очищают с помощью магнитной сепарации. Кальцинированная сода поступает в виде мелких гранул, упакованной в бумажные мешки, или россыпью в специальных автомобилях или вагонах-содовозах. Соду, поступившую в мешках, разгружают и перевозят электропогрузчиками, затем на складе растаривают с помощью машин УРМ-1, проводят контрольный просев и направляют в расходный бункер. В тех случаях, когда сода поступает россыпью, ее разгружают и транспортируют с использованием пневмотранспортных установок нагнетающего или вакуумного действия. Просеивают соду на грохотах или виброситах с двойными сетками № 1,3 или № 1,4. Ввиду гигроскопичности сода при длительном хранении слеживается, образуя комки. В этом случае ее дополнительно измельчают на молотковых дробилках, а затем просеивают.

Сульфат натрия поступает на заводы главным образом искусственный, в бумажных мешках, поэтому он подвергается только контрольному просеву через сито № 1,2. Природный сульфат дробят в валково-зубчатой дробилке, после чего сушат в барабане при температуре 650 ... 750°С, а затем вновь измельчают на молотковой дробилке и просеивают.

Пегматит и полевой шпат поступают размолотыми, в бумажных мешках. Их растаривают и просеивают через сито № 07. Для транспортирования материалов в расходные бункера используют преимущественно пневматический транспорт.

Стекольного боя вводят в шихту до 30 %. Подготовка его включает дробление на роторных дробилках ДРС-5 X 5 (размер кусков 30 ... 60 мм), магнитную сепарацию, сортировку и промывку. Транспортируют бой ленточными конвейерами.

Поташ, а также азотнокислые соли натрия, калия, бария и аммония (селитры) поставляют на заводы в бочках. Их растаривают с помощью установки УРБ-1. В связи с тем что материалы комкуются, при просеивании их протирают через сита № 1,4 ... 1,2 с использованием протирочной машины. После просева материалы хранят в плотно закрываемых емкостях.

Токсичные материалы (оксиды мышьяка и др.) обрабатывают по специальным инструкциям.