Сырьевые материалы стекольного производства

Стекло – это один из самых востребованных материалов в современной архитектуре, в современном дизайне и современном искусстве. Оно изобретено больше двух тысячелетий назад, а в архитектуре широко применяется несколько веков.

Сырьевые материалы влияют на свойства и качество стекла. Кремнезем SiO₂ в природе встречается в виде кварца, скопления которого образуют кварцевые пески; высококачественные стекольные белые пески содержат не­значительное количество примесей, в частности окиси железа, которая при­дает стеклу зеленоватую окраску. Небольшое содержание окислов натрия, калия, кальция и алюминия не ухудшает качества стекла. Чистый кварц пла­вится при температуре около 1700° С, образуется кварцевое стекло, которое характеризуется высокой температурой размягчения, большой стойкостью к воздействию химикатов и резкой смене температур. Оно пригодно для изго­товления колб ртутно-кварцевых ламп, так как хорошо пропускает ультра­фиолетовые лучи. Для обычного стекла не требуется такая высокая темпера­тура размягчения, поэтому в стекольную шихту вводят материалы (сода, по­таш и др.), которые ускоряют процесс стеклообразования и понижают темпе­ратуру варки стекла.

Борный ангидрид В₂0₃. При замене части двуокиси кремния борным ан­гидридом повышается скорость стекловарения, улучшается осветление и уменьшается склонность ее к кристаллизации. Окись свинца РlО, введенная в стекло, повышает его показатель преломления; ее применяют, главным об­разом, при изготовлении оптического стекла и хрусталя. Окись цинка ZnO понижает температурный коэффициент линейного расширения стекла, вследствие чего повышается его термическая стойкость. Вспомогательные сырьевые материалы для окраски стекла здесь не рассматриваются.

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 сырьевые материалы (осветлители, глушители, краси­тели и др.) вводят в шихту для ускорения варки стекла и придания ему тре­буемых свойств. Осветлители (сульфаты натрия и аммония и др.) способст­вуют удалению из стекломассы газовых пузырьков. 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.