Стекло и его свойства. Сырьевые материалы для стекловарения. Приготовление шихты - Илья Мельников

Специальное бытовое – натрий-кальций-силикатное стекло, содержащее добавки оксидов и обладающее заданными физико-химическими свойствами.

Хрустальное – бесцветное стекло, содержащее в основном диоксид кремния, а количество оксида свинца, оксида бария, оксида калия, оксида цинка, в отдельности или в сочетании – не менее 10, с показателем преломления не менее 1,520 и плотностью не менее 2400 кг/м куб.

Малосвинцовый хрусталь – хрустальное стекло, содержащее от 18 до 24% оксида свинца, с показателем преломления не менее 1,530 и плотностью не менее 2400 кг/м куб.

Свинцовый хрусталь – хрустальное стекло, содержащее от 24 до 30% оксида свинца, с показателем преломления не менее 1,545 и плотностью не менее 2900 кг/м куб.

Высокосвинцовый хрусталь – хрустальное стекло, содержащее 30% и более оксида свинца, с показателем преломления более 1,545 и плотностью более 2900 кг/м куб.

Бариевый хрусталь – хрустальное стекло, содержащее не менее 20% оксида бария и оксиды щелочноземельных металлов, с показателем преломления не менее 1,530 и плотностью не менее 2700 кг/м куб.

Цветное стекло – прозрачное или непрозрачное, способное пропускать волны определенной длины или диффузно рассеивать свет и содержащее красители, глушители или их смеси.

Сортовые изделия классифицируют по назначению, способам выработки, сложности конфигурации, размерам и вместимости, способам декорирования.

По назначению изделия подразделяются на посуду и декоративные изделия. В ассортиментной структуре сортовой посуды наибольшая доля приходится на стаканы, затем идут изделия на ножке, остальное представлено вазами для цветов, наборами для сервировки стола, салатниками, конфетницами и т.п.

По способам выработки изделия бывают ручного, механизированного выдувания, прессованные, прессовыдувные, сочлененные (многостадийной выработки), центрифугированной выработки, моллированные, из накладного стекла.

По сложности конфигурации выделяют изделия с сосудом простой и сложной конфигурации; на воронкообразной, прямой, фигурной ножке; с утолщенным дном, с заливом; изделия на поддоне, рюмочные на массивной ножке.

По размерам и вместимости изделия классифицируются на мелкие, средние, крупные и особо крупные.

Мелкие изделия имеют высоту и диаметр (или длину) до 140 см включительно и вместимость до 100 см куб. Соответствующие показатели для средних изделий – свыше 150 до 240 см и свыше 105 до 500 см куб, для крупных – свыше 250 до 340 см и свыше 510 до 1500 см куб и для самых крупных изделий – свыше 350 см и свыше 1500 см куб.

По способам декорирования изделия классифицируют на декорированные в горячем и холодном состояниях. К декорированным в горячем состоянии относятся изделия свободного выдувания (гутные), изделия с орнаментом, оптическим эффектом, наводкой, рельефами, газовыми и инородными включениями, «кракле». К декорированным в холодном состоянии относятся изделия с плоской и с алмазной гранью, с матовой шлифовкой, гравированные, с пескоструйной обработкой, декорированные травлением, поверхностными покрытиями : роспись, трафаретная печать, распыление, переводные картинки.

Сырьевые материалы, применяемые в стекловарении

Сырьевые материалы

Сырьевые материалы, используемые для производства стеклоизделий, условно подразделяются на две группы: главные и вспомогательные.

К главным сырьевым материалам относятся вещества, с которыми в стекломассу вводятся кислотные, щелочные и щелочноземельные окислы; они образуют основу стекла и определяют его основные физико-химические свойства.

К вспомогательным сырьевым материалам относятся вещества, способствующие ускорению варки стекла, улучшению качества стекломассы, изменению характеристик стекла – это ускорители варки, окислители и восстановители, глушители, красители и обесцвечиватели.

В стеклоделии используются как природные (кварцевый песок, доломиты, нефелины, полевые шпаты, известняки), так и синтетические материалы – сода, поташ, свинцовый сурик и глет, красители и т.п.

К сырьевым материалам предъявляется ряд требований, касающихся постоянства химического и зернового состава, однородности, влажности и содержания в них нежелательных примесей. Колебания химического состава сырья негативно сказываются на однородности стекла, поэтому в таких случаях необходимо корректировать состав шихты.

Высокие требования предъявляются к сырьевым материалам по допустимому содержанию вредных примесей, главным образом окрашиваемых окислов. Окислы железа, содержащиеся в песке и других сырьевых материалах, значительно ухудшают прозрачность стекла и придают ему неприятный желто-зеленый цвет. В зависимости от видов стекла устанавливаются различные допустимые пределы содержания окислов железа в сырьевых материалах.

Значительную роль играет также постоянство зернового состава шихты, например, шихта, состоящая из окатанных зерен песка, более склонна к расслаиванию, чем шихта, состоящая из пластинчатых остроугольных зерен.

Качество сырьевых материалов (химический и гранулометрический составы, примеси и т.п.) регламентируются соответствующими стандартами и техническими условиями, которые периодически пересматриваются и уточняются.

Сырье для введения в стекломассу кислотных окислов

Двуокись кремния (кремнезем). Основным материалом для введения двуокиси кремния является кварцевый песок (однако используются также кварциты и горный хрусталь, как правило в производстве оптического и кварцевого стекла). Качество песков оценивают по их химическому и зерновому составам. Главное требование: максимально высокое содержание кремнезема и минимальное содержание окрашивающих примесей. В производстве свинцового хрусталя применяются обогащенные кварцевые пески высшего сорта с содержанием 0,01-0,02% оксидов железа.

Борный ангидрит. Окись бора широко применяется при производстве химико-лабораторной посуды, термостойких и ряда специальных стекол и стекловолокна. Исходные материалы для введения борного ангидрита – борная кислота и бура, исходя из состава в стекло вместе с бурой вводится окись натрия.

Введение в состав стекла незначительно количества оксида бора (до 2%) содействует облегчению варки и осветлению стекла, позволяет снизить температуру варки, улучшить физико-химические данные стекла. Для введения оксида бора применяется борная кислота, бура и борат кальция.

Сырье для введения в стекломассу щелочных окислов

Окись натрия. Наряду с кремнеземом окись натрия – одна из важнейших составных частей стекла. Окись натрия ускоряет стеклообразование и снижает температуру варки стекла, облегчает процесс осветления. В состав стекла окись натрия вводится посредством кальцинированной соды и сульфата натрия. Кальцинированная сода – это углекислый натрий; различают безводную, или кальцинированную, соду и кристаллическую соду. В стекловарении кристаллическую соду не применяют, так как она содержит слишком много воды; в производстве стекла используют главным образом кальцинированную соду. Сульфат натрия – это натриевая соль серной кислоты; различают два вида сульфата – природный и искусственный. В стеклоделии используют преимущественно природный сульфат натрия.

Основными материалами для ввода в стекло оксида натрия являются карбонат натрия (сода), сульфат и нитрат натрия (селитра). Сульфат натрия используется в производстве сортовых стекол в небольших количествах в качестве ускорителя варки и осветлителя. Введение окиси натрия через сульфат при варке хрустальных и цветных стекол нежелательно из-за образования интенсивно красящих сульфидов металлов.

Окись калия. Окись калия воздействует на многие свойства стекла аналогично окиси натрия, но при этом у нее имеются свои особенности, к примеру, окись калия больше повышает вязкость стекла, особенно в области формования, Окись калия способствует улучшению колера стекла, придает изделию лучший товарный вид, поэтому ее чаще используют вместо окиси натрия при производстве сортовых, особенно хрустальных стекол. Небольшие добавки иногда используют и в производстве листового стекла.

В качестве сырьевых материалов для введения окиси калия используют в основном поташ. Поташ различают кристаллический и кальцинированный. В производстве стекла применяют главным образом кальцинированный поташ; для введения оксида калия применяется также нитрат калия (селитра) как окислитель для введения окиси калия.

Сырье для введения в стекломассу щелочноземельных окислов

Окись кальция. Для введения окиси кальция в стекло чаще всего используют известняк, мел, реже мрамор.

Оксид кальция, ускоряя реакции силикатообразования, способствует облегчению варки и осветлению, улучшает выработочные свойства стекла, повышает его химическую устойчивость. Оксид кальция вводится обычно через карбонат кальция; для введения оксида кальция в составы высококачественных стекол рекомендуется использование бората кальция.