8.6 Производство строительных материалов

8.6.1 Производство стекла

Стеклами называют переохлажденные расплавы смесей оксидов и бескислородных соединений с высокой вязкостью, обладающих после охлаждения механическими свойствами твердого тела.

Состав силикатных стекол может быть выражен формулой:

nR₂O*mRO*pR₂O₃*qRO₂ ,

где n, m, p, q – переменные величины;

R₂O – оксиды щелочных металлов Na₂O, K₂O, Li₂O;

RO - оксиды щелочноземельных и других двухвалентных металлов CaO,

BaO, MgO, PbO, ZnO, SrO, FeO;

R₂O₃ – кислотные оксиды Al₂O_3, B₂O_3, Fe₂O_3;

RO₂ – оксид кремния SiO₂, составляющий до 75% массы.

Всем стеклам присущи некоторые общие свойства: прозрачность, низкая теплопроводность, химическая стойкость к кислотным реагентам, диэлектрические свойства. Эти свойства зависят от состава стекол, от соотношения основных и кислотных оксидов.

По назначению стекла делятся на строительное, тарное, бытовое, художественное (хрусталь, цветное стекло), химическое, оптическое и стекла специального назначения. В строительстве широко используется листовое стекло: оконное и архитектурно-строительное (узорчатое, армированное) и др.

Простейшее силикатное стекло имеет состав, описываемый формулой:

Na₂O*CaO*6SiO₂. Состав некоторых стекол приведен в таблице 8.1

Таблица 8.1

Состав стекол

(содержание оксидов, % мас.)

Тип стекла	SiO2	Al2O3	CaO	MaO	NaO2	K2O	PbO
Строительное	70-73	1,5-2	8-10	3-4	14-15	-	-
Тарное	69-72	3-4	9-10	2-4	15-16	-	-
Химическое	68-70	3-5	6-8	1-2	8-10	5-6	-
Оптическое	47-65	-	-	-	-	6	45
Хрусталь	81	2	0,5	-	4,5	-	-

Примечание: В химическое стекло входит также оксид бора

Сырьем для производства стекол служат природные и синтетические материалы. Все они делятся на 5 групп:

1. Стеклообразователи – создают основу стекла: оксиды кремния и свинца, карбонаты натрия, калия и кальция и др.

2. Красители – придают стеклу необходимый цвет: оксиды и соли металлов, образующие в стекле коллоидные растворы: меди, железа, кобальта, хрома и др.

3. Глушители – делают стекло матовым или молочным: оксиды мышьяка, олова и др.

4. Обесцвечиватели – устраняют желтую и зеленоватую окраску стекла: оксид марганца и др.

5. Осветители – удаляют из стекломассы газовые включения: нитрат натрия, хлорид аммония, оксид мышьяка и др.

Технология производства стекла

Процесс производства стекла показан на рис.8.2

В подготовку компонентов входят операции промывки, сушки, измельчения, классификации и брикетирования исходного сырья.

С

Подготовка компонентов

Приготовление шихты

Варка стекломассы

ЫРЬЕ

СТЕКЛЯННОЕ ИЗДЕЛИЕ

Формование изделия

Рис.8.2 Схема производства стеклянных изделий

Подготовленные таким образом материалы смешиваются в нужных пропорциях для образования однородной смеси – шихты. Рецепт шихты рассчитывается исходя из заданного состава стекла с учетом химического состава сырьевых компонентов (для листового стекла: кварцевого песка, кальцинированной соды, доломита, карбоната кальция, полевого шпата, сульфита натрия, гранулированного угля). По технологии допускается добавлять в шихту определенное количество стеклобоя.

Шихта увлажняется до 4-5%, что уменьшает пыление и предупреждает расслоение шихты при ее хранении и транспортировке.

Для варки стекломассы используют стекловаренные печи различной конструкции. Максимальной производительностью (300 т/сутки) обладают печи пламенного типа непрерывного действия. В них шихта разогревается факелами пламени сгорающего в печи газа, направленными перпендикулярно движению шихты.

Варка стекломассы – это совокупность сложных физико-химических процессов, протекающих в гетерогенной системе через стадии собственно варки, осветления (гомогенизации) массы и ее охлаждения. В твердой фазе протекают реакции образования силикатов, в жидкой при температуре 1200 – 1240 ⁰ С – процессы стеклообразования.

В зависимости от состава стекломассы формирование изделий производят в температурном диапазоне 800 – 1100 ⁰ С. Для получения листового стекла используется метод вытягивания на автоматических машинах лодочного или безлодочного типа со скоростью от 80 до 110 м/час.

Для получения других изделий используются методы выдувания (тарная посуда), прессования (линзы), отливки (художественные изделия) и проката (толстое листовое стекло).

Из специальных видов стеклянных изделий широкое применение нашли следующие:

• закаленное (небьющееся) стекло, получаемое термической обработкой в печах обычного стекла с последующим охлаждением его обдувкой воздухом;

• пеностекло (пористое стекло), получаемое сплавлением стеклянного порошка с порообразователями (MnO₂, СaCo_3, кокс) при температуре 800 ⁰ C ;

• стеклянное волокно (текстильное и теплоизоляционное), получаемое продавливанием стекломассы через фильтры или методом дутья путем расчленения струек стекломассы паром на отдельные волокна.

Пеностекло и стеклянное волокно широко используются в качестве конструкционного тепло- и звукоизоляцонного материала в строительстве.

Промышленная переработка стекла /на примере «Российской стекольной компании», Осиновая Роща, С.Петербург/

Среди множества продуктов промышленной переработки стекла значительное место занимают стеклопакеты и закаленное стекло. Последнее применяется для изготовления безопасных видов остекления и внутреннего оформления. Стеклопакеты же используются в архитектурном остеклении и при возведении жилых домов.

Завод в Осиновой Роще выпускает сложные стеклопакеты с использованием энергосберегающих, солнцезащитных и многофункциональных стекол, стеклопакеты для структурного и планерного остекления (когда элементы стекла соединены между собой деталями из нержавеющей стали). Кроме этого выпускается закаленное, ламинированное и пожаростойкое стекло.

Уникальное оборудование завода позволяет не только шлифовать, полировать и сверлить стекло, но и изгибать его, делать из него триплекс, закаливать, красить, ламинировать, собирать в сложные изделия.

Продукция завода ярко представлена на фасадах здания банка «Санкт-Петербург» на Малой Охте. Стекла на этом здании необычной изогнутой формы размером 4.5 на 2.4 метра. На фасаде здания нет ни одного прямого стеклопакета. Очевидно, поэтому здание победило в конкурсе «Стекло в архитектуре».

Технологически выполнение этого заказа предусматривало: сначала из стекла размером 3 на 6 метров вырезалась трапеция, она обрабатывалась, изгибалась и закалялась на специальном оборудовании; из этой заготовки делался триплекс, который собирался в составе с другими стеклами и комплектующими в стеклопакет.

Из других крупных заказов компании следует назвать объекты в Санкт-Петербурге – Ледовый дворец и Ладожский вокзал.

Вполне очевидно, что толстое изогнутое стекло большого размера и сложной формы с энергосберегающим покрытием будет стоить в несколько раз дороже, чем стандартный стеклопакет.