7.3.Характеристика сировинних матеріалів та їх вплив на формування споживних властивостей скляних виробів.

Сировинні матеріали скловиробництва поділяють на основні та допоміжні. До основних матеріалів належать речовини, необхідні для введення в скломасу кислотних, лужних та лужноземельних оксидів, які забезпечують отримання виробів з необхідними фізичними і хімічними властивостями. Допоміжні матеріали вводять для зміни властивостей скла: одержання різного кольору скла, забезпечення необхідних умов для одержання високоякісних виробів, а також прискорення процесів варіння і просвітлювання скломаси.

До основних матеріалів належать кварцовий пісок, борна кислота чи бура, польовий шпат, каолін, сода і сульфат натрію, поташ , вапняки і крейда, доломіт, сурик, оксиди цинку, алюмінію, кальцію, магнію і барію, нефелін, скляний бій та ін.

Кварцовий пісок є основною сировиною для введення до складу скла кремнезему, який міститься в ньому від 60 до 75%. Від вмісту SіО₂ залежать властивості скла: підвищується хімічна стійкість, знижується крихкість. Високоякісні піски повинні мати вміст кремнезему не менше 99%. Найшкідливіші домішки — сполуки заліза, які надають склу жовтувато-зелене забарвлення, що погіршує зовнішній вигляд готових виробів.

Для побутових скляних виробів вміст домішок заліза в піску може бути не більше 0,03%, а для кришталевих — до 0,012%. Обмежується також вміст діоксиду титану (0,01—0,2%) і оксиду хрому (0,05—0,1%). Температура плавлення SіО₂ становить 1713°С, а густина — 2,65 г/см³.

Борна кислота чи бура використовується для введення в скло борного ангідриду — В₂0₃, який плавиться при температурі 600°С, а при охолодженні перетворюється в прозору скловидну масу. Борний ангідрид позитивно впливає на хімічну, термічну і механічну стійкість, а також підвищує показник заломлення світла. Таке скло використовують для отримання високоякісних та спеціальних скловиробів, які виробляють механізованим способом

Польовий шпат, каолін, пегматит, обсидіан, чистий глинозем використовують для введення в скло глинозему — Аl₂0₃. З цією метою також застосовують нефелінові сієніти, які, крім глинозему, містять близько 20% лугів, завдяки чому

економиться сода і поташ, що значно дорожчі. Глинозем має температуру

16

плавлення 2050°С, а густину — 3,85 г/см³. Навіть в невеликих кількостях глинозем підвищує термостійкість та механічну міцність, твердість, знижує кристалізаційну здатність скла. Використовують глиноземи при виготовленні сортового, жаростійкого і хімічного посуду та віконного й пляшкового скла.

Сода і поташ — це самі дорогі сировинні матеріали, завдяки яким в склад скла вводяться оксиди натрію та калію (Nа₂0 та К₂0).

Соду отримують обезводненням кальцинованої соди (Nа₂СО₃); плавиться вона при температурі 855°С. В скляній промисловості віддають перевагу сульфату (Nа₂50₄) як більш дешевій сировині і менш дефіцитній порівняно з содою. Поташ (К₂СО₃) застосовують у виробництві найбільш цінного скла — кришталевого та оптичного. Оксид калію надає виробам такі властивості: прозорість, блиск, зменшує кристалізацію скла. Температура плавлення поташу 881 °С.

Вапняк і крейда (СаС0₃) використовуються для введення оксиду кальцію, який сприяє освітленню та прискоренню варіння скломаси і надає склу хімічну стійкість. При температурі понад 600°С вапняки розпадаються з виділенням оксиду кальцію.

Доломіт (СаС0₃«МgС0₃) розпадається при нагріванні з виділенням СаО і МgО. Оксид магнію знижує термічне розширення скла та здатність його до кристалізації, а також підвищує в'язкість, міцність та хімічну стійкість скловиробів.

Цинкові білила (Zn0) вводять до лабораторного, технічного та деяких інших спеціальних видів скла. Оксид цинку підвищує хімічну і термічну стійкість скла, а також його міцність. Крім того, скляні вироби, які містять Zn0, відрізняються підвищеним блиском і прозорістю, грою світла.

Сурик (Рb0₄) використовують для виробництва кришталю та оптичного скла з високою густиною, характерним блиском та грою світла. Температура плавлення сурику 880°С. Вироби з вмістом оксидів свинцю легко піддаються грануванню, шліфуванню, поліруванню. Особливістю кришталевих виробів є їх мелодійний та тривалий звук при постукуванні. Недоліком кришталю є його висока чутливість до окислювально-відновних умов варіння. Цього недоліку позбавлений баритовий кришталь, для отримання якого в скломасу вводять ВаО, застосовуючи мінерал вітерит (ВаС0₃).

Скляний бій вводять до складу шихти від 15 до 30%, що сприяє прискоренню варіння скломаси. Важливою вимогою є відповідність хімічного складу скляного бою і основної шихти.

Допоміжні матеріали — це барвники, глушники, знебарвники, освітлювачі, окисники, відновники і прискорювачі варіння скла.

Барвники скла, в залежності від того, чи в процесі варіння скла вони розчиняються і утворюють з кремнеземом забарвлені силікати, чи зберігаються у вигляді колоїдно-дисперсних частинок, мають відповідно назву молекулярні та колоїдно-дисперсні.

17

Молекулярні барвники — це оксиди металів (СО, Nі, Мn, Сr, Сu), які надають склу певний колір без додаткової теплової обробки. Колір скла залежить від виду і кількості барвника, хімічного складу скломаси, середовища та умов варіння. Так, оксид кобальту при невеликій кількості (0,1-0,5%) надає склу синій колір, при великій -фіолетово-синій з червоним відтінком. Сумісне введення сполук кобальту і пероксиду марганцю надають скловиробам пурпурового, фіолетового і чорного кольорів. Калієве скло при цьому забарвлюється інтенсивніше, ніж натрієве. Перекис марганцю (МnО₂) забарвлює звичайне скло (натрій — кальцій силікатне) в червоно-фіолетовий колір; оксид нікелю це скло теж забарвлює в фіолетовий колір з коричневим відтінком, а калієве — в червоно-фіолетовий. Оксид міді надає склу блакитного (при вмісті 1—2%) чи зеленого кольору, а оксид хрому — зеленого. Жовтий колір одержуємо при введенні в скломасу сульфід кадмію, сульфіду заліза, оксиду урану. Крім того, широко застосовуються комбіновані барвники для збільшення кольорової гами скла. Білий колір надає поєднання двоксиду олова і кріоліту, чорний — оксиду марганцю (12-13%) і сульфіду заліза. Оксид заліза забарвлює скло в синьо-зелений колір, оксид заліза — в жовтий, а в комбінації вони дають скло зеленого кольору; змішуючи жовті і червоні барвники, отримують скло коричневого кольору тощо. В якості молекулярних барвників в останні десятиліття широко використовують оксиди рідкоземельних елементів: діоксид церію, оксид неодиму і празеодиму, оксид ербію, комбінацію оксидів неодиму та празеодиму (дидим). Ці барвники надають склу такі споживні властивості: високий показник світлозаломлення, світло-проникнення, стійке і рівномірне забарвлення. Так, скло, яке містить діоксид церію в присутності оксиду титану, має лимонно-жовтий колір з незначним червоним відтінком, а оксид неодиму надає склу фіолетово-бузкового кольору. Красивий колір скла — фіолетово-червоний — одержуєм при введенні оксиду празеодиму. Дидим забарвлює скло в синьо-блакитний колір, а оксид ербію — в рожевий.

Колоїдно-дисперсні барвники надають склу певного кольору після теплової обробки (наводка), в результаті якої мікрочастинки барвника збільшуються до необхідного розміру (10—55 мкм). До таких барвників належать золото, срібло, мідь, селен, сурма, а також сульфіди свинцю, заліза, міді, кадмію, селену тощо. Так, для одержання скла рубінового кольору використовують 0,02% хлорного золота і діоксиду олова. В результаті реакції золото відновлюється до металевого і при наводці кристали його збільшуються, надаючи склу червоний (розмір кристалів золота 10— 13мкм), рожевий (5-10 мкм) або коричневий (більше 13 мкм) колір. Таким методом наводиться мідний і селеновий рубіни, авантюрин та сульфідне скло, що містить сполуки сірки, які здатні утворювати широку гаму кольорів — від світло-жовтого до чорного. Особливе місце серед кольорового скла належить сульфідно-цинковому, в якому роль барвника виконує сульфід цинку (ZnS), що

18

утворюється при взаємодії оксиду цинку і сірки, які спеціально вводять в шихту.

Реакція забарвлення сульфідно-цинкового скла представлена формулою:

F еО + ZnS ZnO + FеS

Кожний компонент є барвником або глушником, оскільки це скло молочного чи блакитно-жовтого кольору, напівпрозоро-опалове. Якщо в склі, крім сульфіду цинку, міститься сульфід заліза (другий барвник), то скло набуває різноманітних відтінків — від блідо-рожевого до темно-коричневого.

Співвідношення барвників, склад шихти, режим часу, температури і характеру реакції в процесі скловаріння обумовлюють різнокольорову гаму сульфідно-цинкового скла.

Глушники додаються для одержання молочно-білого непрозорого, напівпрозорого (опалового) чи ледь заглушеного скла, в якості яких використовують фосфорнокислі солі (солі амонію і кальцію), сполуки фтору (кріоліт, кремнефтористий натрій) оксид олова, тальк та ін.

Глушники в процесі варіння скла або не розчиняються в ньому, або розчиняються, при подальшому охолодженні виділяються у вигляді дрібних кристалів. Коефіцієнт світлозаломлення їх різко відрізняється від коефіцієнта інших компонентів шихти, що і створює ефект заглушеного скла, який обумовлений розсіюванням світла частинками глушника.

Знебарвники застосовуються для усунення небажаних зеленуватих чи жовтуватих відтінків, причиною яких є домішки оксидів заліза в скломасі. Існує два основних методи знебарвлення скломаси: фізичний і хімічний.

При фізичному знебарвленні в скло вводять речовини, які забарвлюють його в колір, додатковий до зеленого (селен, оксид нікелю, оксид неодиму й ін.), що створює ефект безбарвного скла.

Ступінь застосування хімічних знебарвників (селітра, триоксид миш'яку, триоксид сурми й ін.) зводиться до того, що ці речовини при розпаданні виділяють велику кількість атомарного кисню, який сприяє переходу закису заліза в оксид. При цьому інтенсивність забарвлення скла знижується в десятки разів і зеленуватий колір переходить в жовтуватий.

Освітлювачі сприяють видаленню із скломаси видимих різних газових та повітряних включень, які понижують якість готових виробів. Це триоксид миш'яку і селітра, амонійні солі, іноді сира деревина та інші паро- і газоутворюючі речовини, які через товщу скломаси рухаються наверх у вигляді великих бульбашок. При цьому скломаса активно переміщується (кипить) і дрібні бульбашки газу збираються в більш круглі; які легше видаляються з скломаси.

Прискорювачі варіння скломаси, окисники, відновники вводять в склад для одержання відповідного ефекту. Так, прискорювачі (фтористоамонійні й інші сполуки) інтенсифікують процес скловаріння; окисники, наприклад селітра,

19

миш'яковий ангідрид тощо, необхідні для варіння кольорового скла, забарвленого молекулярними барвниками, і для обезбарвлення скла. Відновники (тирса, вугілля, сполуки олова й ін.) необхідні при варінні скла, колір якого одержаний завдяки колоїдним барвникам