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.