Оксиды для хрустальных и специальных стекол
В производстве оптического стекла, изделий из хрусталя, искусственных драгоценных камней применяют оксид свинца РbО — тяжелый легкоплавкий материал, который увеличивает показатель преломления стекла, придает блеск и повышает плотность, снижает теплоемкость и температуру плавления стекла, способствует лучшему растворению и распределению красителей в стекле. Свинцовые стекла легче поддаются гранению, шлифованию и полированию.
Вводят оксид свинца в стекло в составе свинцового сурика Рb3O4 или свинцового глета РbО. На стекольных заводах чаще всего используют свинцовый сурик, представляющий собой порошок ярко-оранжевого цвета, который получают, прокаливая глет при 360 ... 380°С. В сурике есть примеси SiO2, Al2O3, СаО и Fe2O3. Содержание оксида железа не должно превышать 0,01 %, а соединений меди, никеля и кобальта в сурике не должно быть совсем. Оксиды свинца легко восстанавливаются до металлического свинца, поэтому вводить в шихту их следует вместе с веществами, выделяющими кислород (окислителями).
Оксид цинка ZnO применяют в производстве сортовой посуды, светотехнических изделий, а также механически прочных, термостойких и химически устойчивых технических стекол. Оксид цинка придает стеклу значительную термическую и химическую устойчивость, в связи с чем цинковые стекла весьма устойчивы к резким изменениям температуры и применяются для производства лабораторной посуды.
Вводят оксид цинка в стекло через цинковые белила (ГОСТ 202 - 84), содержащие не менее 96 % ZnO; в отдельных случаях - в виде углекислого цинка ZnCO3, встречающегося в природе в качестве минерала галмея (цинковый шпат) или азотнокислого цинка Zn(NO3)2.
Оксид бария ВаО повышает блеск и показатель преломления стекла, улучшает диэлектрические свойства, поэтому его применяют в производстве оптических и специальных стекол, а также при производстве бариевого хрусталя. Частичная замена СаО оксидом бария уменьшает вязкость и склонность расплава стекла к кристаллизации.
Вводят оксид бария в стекло карбонатом бария ВаСO3, сульфатом бария BaSO4 или нитратом бария Ba(NO3)2. Карбонат бария — белый кристаллический, нерастворимый в воде порошок, вырабатывается химическим путем и содержит 77,7 % ВаО. Природный карбонат (витерий) встречается очень редко.
Сульфат бария бывает природный (минерал барит или тяжелый шпат) и искусственный. На стекольных заводах BaSO4 применяют редко, так как он очень трудно разлагается. Если в состав шихты вводят более 5 % ВаО с помощью BaSO4, то в этом случае в шихту добавляют углерод (5 ... 7 % по массе от массы BaSO4).
Нитрат бария применяют главным образом при варке оптического стекла. Это синтетический продукт, легкоплавкий, растворимый в воде, при разложении в стекло переходит 56,6 % ВаО и выделяется кислород. Однако стекломасса с бариевыми соединениями сильно разъедает огнеупор.
За последние годы в стеклоделии находят применение новые виды сырья. Щелочесодержащие горные породы являются комплексным недефицитным сырьем. Один из недостатков этих горных пород — колебание химического состава, а также наличие значительного количества оксидов железа.
Нефелиновый концентрат содержит по массе не менее 29 % Al2O3, но благодаря тому, что в него входит 18 ... 19 % по массе щелочных оксидов, он легко переходит в расплав. Нефелиновый концентрат — продукт обогащения апатито-нефелиновой руды в виде тонкозернистого порошка серого цвета со сравнительно постоянным зерновым и химическим составом. В связи с высоким содержанием оксидов железа (3 % по массе) его не применяют при производстве изделий из бесцветного стекла.
В качестве сырьевых материалов используют также пемзу, вулканический пепел, липарит и ряд других горных пород.
Полевые шпаты - кристаллические природные алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов. В чистом виде в стекольной промышленности почти не используют, а применяют главным образом полевошпатовые концентраты, содержащие 97 % полевых шпатов и около 5 % примесей (кварц, слюда и др.). Поступают они на стекольные заводы измельченными и упакованными в мешки.
Пегматиты состоят из 75 % полевого шпата и 25 % кварца и представляют собой прочную крупнокристаллическую породу. Для использования при производстве стекла пегматиты должны содержать по массе не менее 15 % Al2O3, не менее 8 % Na2O + K2O и не более 0,25 % Fe2O3 (в расчете на сухое вещество). На заводы пегматиты поступают в измельченном виде, причем 75 ... 80 % зерен имеют размеры 0,1 ... 0,8 мм.
Каолины состоят из минерала каолинита Al2O3·2SiO2·2H2O, который содержит 38,0 % Al2O3; 46,5 % SiO2; 14 % H2O. Каолины представляют собой выветрившиеся горные породы чешуйчатого строения. На стекольные заводы поступают в обогащенном виде с месторождений. Содержание оксида железа составляет 0,4 ... 1,0 % по массе. Вводят каолин в состав шихты предварительно хорошо смешанным с содой из-за его тугоплавкости и комкуемости.
Отходы производства (металлургические шлаки, отходы обогащения) также находят применение в стекольной промышленности. Доменные шлаки в своем составе содержат, % по массе: SiO2 — 35 ...65; СаО - 30 ... 40; Al2O3 - 5 ... 20; S - 2 ... 4; Fe2O3 - до 5; Mn - до 2; щелочей - до 2. Доменные шлаки применяют преимущественно для производства шлакоситаллов, однако могут быть использованы и в производстве стеклянной тары зеленого и оранжевого цветов.
При производстве бутылок из зеленого стекла применяют комплексный краситель на основе феррохромовых шлаков следующего состава, % по массе. SiO2 - 25 ... 30; Al2O3 - 5 ... 10; СаО - 50 ... 55; MgO -5 ... 15; Cr2O3 - 2 ... 7. В стекольной промышленности около 80 % окрашенных бутылок выпускают из хромсодержащих стекол.
Использование промышленных отходов имеет важное значение в повышении эффективности производства и охраны окружающей среды.