Сырьевые материалы для производства строительного стекла

Технологическая схема производства стекла включает следующие стадии:

• обработка и дозирование сырьевых материалов;
• подготовка шихты;
• варка стекломассы;
• формование ленты стекла;
• отжиг;
• резка ленты стекла;
• сортировка;
• маркировка;
• упаковка.

Качество сырья оказывает исключительно большое влияние на процесс стекловарения и на качество готовых изделий.

Сырьевые материалы – это вещества, которые используются для введения того или иного оксида в стекло.

Существует следующая классификация оксидов в стекле:

1. стеклообразователи: SiO₂, B₂O₃, P₂O₅;
2. промежуточные: Al₂O₃, PbO, ZnO, BeO, TiO₂;
3. модификаторы: Li₂O, K₂O, Na₂O, CaO, MgO.

Сырьевые материалы можно разделить на основные и вспомогательные. Основные вступают в процессе стекловарения в химическое и физическое взаимодействие между собой, образуя стекломассы. Эти материалы содержат необходимые компоненты для получения стекла. Вспомогательные облегчают процессы стекловарения, придают стекломассе и стеклу дополнительные свойства.

Соответственно сырьевые материалы классифицируют следующим образом:

• основные (главные) – используются для ввода кислых, щелочных и щелочно-земельных оксидов (1-я, 2-я, 3-я группы оксидов);
• вспомогательные – используются для ввода оксидов, которые придают стекломассе дополнительные свойства. К ним относятся красители, обесцвечиватели, окислители, восстановители, осветлители, ускорители варки стекла.

Желательно, чтобы сырьевой материал содержал возможно большее количество оксидов, поэтому его используют в максимальной концентрации. Природные материалы, как правило, содержат несколько полезных оксидов.

Сырьевые материалы делятся на группы:

1. природные – кварцевый песок, доломит – являются достаточно дешевыми;
2. синтетические – продукты химической промышленности, сода, свинцовый сурик – являются дорогостоящими;
3. отходы производства – шлаки, стеклобой, шламы. Применение стеклобоя не только облегчает процесс стекловарения, но и позволяет утилизировать битое стекло, возникающее на различных стадиях выработки и обработки стеклоизделий.

Для ввода SiO₂ в качества сырья в стекольной промышленности используют в основном кварцевые пески месторождений. Для большинства стеклянных изделий кварцевый песок является основным сырьевым компонентом, содержание его в шихте составляет 60–70%.

Для ввода B₂O₃ в качестве основного сырья используется борная кислота H₃BO₃, а также бура безводная Na₂B₄O₇ и водная Na₂B₄O₇∙10Н₂О. Все это дорогостоящие сырьевые материалы, так как получают их искусственным путем из природных минералов – колеманита, пондермита, борокальцита, бората кальция. Борную кислоту, в частности, производят на Волховском комбинате (Ленинградская область).

Для введения Al₂O₃ используют полевой шпат. Полевошпатное сырье выпускают Вишневогорская фабрика (Челябинск), Малышевское рудоуправление (Асбест), Чупинская фабрика (Владимирская область), Белгородский обогатительный комбинат (Амурская область).

CaO и MgO – важнейшие оксиды для изготовления стекла. Суммарное содержание в стекле ≈ 10%. CaO улучшает варочные свойства, способствует осветлению стекломассы, повышает химическую устойчивость и механическую прочность стекла. MgO повышает механическую прочность и химическую устойчивость стекла. При замене CaO на MgO снижается склонность стекол к кристаллизации. Изменяя соотношение CaO:MgO, можно регулировать «длину» стекла: чем больше содержание MgO, тем стекла «длиннее» и тем выше их термическая устойчивость. Для ввода CaO и MgO используются основные сырьевые материалы.

Основные месторождения: известняк – Невьянское (Свердловская область), мел – Вольское (Саратовская область), мрамор – Калчинское и Прохорово-Баладинское (Челябинская область), доломит – Таборское (Свердловская область), Щелковское (Московская область), Мелихово-Федоровское (Владимирская область). Содержание в доломите CaO – 31, 30, 29%, MgO – 21, 19, 19,5% соответственно.

Для ввода Na₂O и K₂O используются сырьевые материалы, в основном синтетические сода и поташ. Из соды в стекло переходит 58,5% Na₂O, а из сульфата лишь 43,7%, т. е. для введения одного и того же количества Na₂O необходимо взять сульфата на 34% по массе больше, чем соды. При использовании сульфата увеличиваются расходы на измельчение, просеивание, хранение и транспортировку. Поташ (К₂СО₃) получают на Березниковском химическом комбинате из природных минералов, содержащих соединения калия, и из золы растений (подсолнечника, сахарной свеклы и т. п.). Безводный поташ очень гигроскопичен, поэтому перед употреблением необходимо проверять содержание в нем К₂СО₃ и воды.