ХІМІЧНИЙ СКЛАД СИЛІКАТНОГО СКЛА

Головною складовою промислового силікатного скла є оксид силіцію SіO₂, і його кількість у більшості складів скла складає 70-73%. Однак, потрібно зазначити, що існує також скло яке на 100% складається із SіO₂. Таке скло називається кварцовим склом. Воно відзначається серед інших складів скла надзвичайно високою міцністю і термостійкістю (якщо таке скло нагріти до червона і занурити у воду то воно не зруйнується). Його застосовують при виробництві космічних літаючих апаратів і інших виробів, що експлуатуються за високих температур та механічних навантажень. Недоліком такого скла є його надзвичайно висока вартість, котра пов’язана із застосуванням хімічно чистої сировини та високою температурою отримання. Температура топлення сировини при отриманні такого скла досягає 2000^ОС, а це створює значні технологічні труднощі.

Для зниження температури варіння скла в його склад вводять оксид натрію Na₂O. Його кількість в багатокомпонентних склах становить в основному 12-14%. Однак, у промисловості виробляють і двохкомпонентне скло, хімічний склад якого можна записати у вигляді формули Na₂O·mSіO₂ (m=2÷4). Таке скло називається силікат глибою. Воно має вигляд звичайного скла, але його недоліком є надзвичайно низька хімічна стійкість. Силікат глиба при обробці в автоклаві повністю розчиняється у воді, і такий розчин називають рідким склом або силікатним клеєм.

Для підвищення хімічної стійкості скла в його склад вводять оксид кальцію СаО. Його кількість переважно знаходиться в межах 5-8%. Скло, що містило три зазначені вище оксиди широко застосовувалося в давнину, однак його недостатком є висока здатність до кристалізації. При кристалізації скло починає тьмяніти і втрачає прозорість, що часто є небажаним у скловиробництві.

Для зниження здатності скла до кристалізації у його склад вводять оксид магнію MgO і алюмінію Al₂O₃. У більшості складів скла кількість цих оксидів становить 3-5% і 1,5-2,5% відповідно. Оксид алюмінію також підвищує хімічну та термічну стійкість скла.

Окрім зазначених вище п’яти оксидів, скла спеціального призначення можуть містити також і інші оксиди. Так, для більш суттєвого підвищення хімічної стійкості, а також для збільшення електричного опору, у склі частину оксиду натрію заміняють на оксид калію К₂O. Явище зростання цих двох властивостей у склі, що містить два різні лужні оксиди називається ефектом двох лугів або полілужним ефектом. Для підвищення електричного опору у склад скла може вводитись і оксид барію ВаО.

Для покращення декоративних властивостей скла, зокрема для підвищення його показника заломлення у склад скла вводять оксид плюмбію PbO. Таке скло називається кришталем і від інших складів скла відрізняється райдужною грою кольорів зумовленою розкладанням білого світла на спектр.

Оксид бору В₂O₃. вводять у склад скла для підвищення його термічної стійкості.

Розрізняють також забарвлюючі оксиди, які забарвлюють скло у той чи інший колір. Так оксид заліза FeO забарвлює скло у зелений колір (цей колір спостерігається при перегляді листового скла у торчак). Більш якісного зеленого кольору надає склу оксид хрому Cr₂O₃ (це колір пляшок для шампанського). Синій колір створюється оксидом кобальту СоО. Певного кольору можуть надавати склу і не оксидні сполуки. Так присутність у склі сульфіду заліза FeS, надає йому коричневого кольору (це колір пляшок для пива), а колоїдні частинки металевої міді забарвлюють скло у червоний колір. Скло, що містить срібло може затемнюватись від дії сонячного світла і просвітлюватись при його недостатній кількості. Таке скло називається фотохромним.

СИРОВИНА ДЛЯ СКЛОВАРІННЯ

Вказані вище оксиди вводяться у склад скла різними сировинними матеріалами. Це можуть бути як самі оксиди так і матеріали, що містять один або декілька зазначених оксидів у вигляді певних хімічних сполук, котрі під час варіння скла розкладаються з утворенням цих оксидів.

Оксид силіцію (SіO₂) в більшості випадків вводиться у склад скла через кварцовий пісок. Це є продукт руйнування гірських порід, що складається в основному із зерен кварцу хоча й містить різні домішки. Такі домішки можуть бути шкідливими і нешкідливими. Шкідливі домішки містять оксиди заліза, хрому, титану, марганцю (ці оксиди забарвлюють скло). Нешкідливі домішки містять оксиди алюмінію, кальцію, магнію, натрію (ці оксиди засвоюються склом і їх кількості просто необхідно враховувати при складанні рецепту сировинної суміші). Для скловаріння застосовують піски, які містять не менше 95% SіO₂ .

Найбільшими родовищами пісків на Україні є Новоселівське родовище (Харківська обл.) Авдіївське родовище (Донецька обл.) Новомихайлівське (Донецька обл.) Глібівське (Чернігівська обл.) Старо-Сільське та Велико-Глібовицьке (Львівська обл.).

Згідно із стандартом вміст оксидів заліза у склі для різних скловиробів повинен складати (мас%):

Оптичне скло ≤ 0,01

Кришталь 0,01 - 0,015

Технічне скло 0,03 - 0,07

Віконне скло 0,05 - 0,15

Склотара 0,05 - 0,25

Для покращення якості пісків використовують різні методи збагачення: промивання (відділяє глинисті частинки); відтирання (відділяє плівку навколо зерна кварцу); хімічне оброблення (відділяє плівки, що не відтираються); електромагнітна сепарація (відділяє магнітні домішки); флотація (відділяє мінерали, що відрізняються від кварцу змочувальною здатністю); флотовідтирання (поєднує флотацію з відтиранням).

У скловарінні важливим є зерновий склад сировини. Найкраще коли розмір зерен піску становить 0,1-0,4 мм. Це є найкращий розмір і для всіх інших матеріалів. Великі зерна погано проварюються, а пилоподібні, грудкуються і заважають виділенню газів із скломаси.

Борний ангідрид (B₂О₃) у склад скла вводять в основному борною кислотою Н₃ВО₃. Вона містить 56,45% В₂О₃ і 43,55% Н₂О і розкладається за формулою:

2Н₃ВО₃ = В₂О₂ + 3Н₂О

Оксид алюмінію (Аl₂О₃) вводять у склад скла з допомогою технічного глинозему, який містить до 99% Al₂О₃. Застосовують також природні сировинні матеріали, що містять цей оксид у вигляді сполук. Це польові шпати, пегматити, каоліни, цеоліти, а також відпадки гірничо-збагачувальних фабрик.

Оксид натрію (Nа₂О) Вводиться, в основному, двома штучними сировинними матеріалами. Це кальцинована сода Nа₂СО₃ і сульфат натрію Nа₂SО₄, при цьому через соду вводиться 95% оксиду натрію, а через сульфат – 5%. Сода в чистому виді містить 58,5% Nа₂О. Технічна сода містить 55,6% Nа₂О. Сульфат натрію містить 43,7% Nа₂О і 56,3% SО₃

Оксид калію (К₂О) Для його введення застосовують поташ К₂СО₃, який в чистому виді містить 68,2% К₂О. Це дуже гігроскопічний продукт, котрий містить 15-17% вологи.

Оксид кальцію (СаО) Основний мінерал кальцит CaCO3 в чистому виді містить СаО - 56%, СО2 – 44%. Він є в складі вапняків (найбільш поширені), крейд і мармурів (найчистіша порода, що містить 99% кальциту).

Оксид магнію (MgО) Мінерал магнезит MgСО₃ в чистому виді містить МgО - 47,82%, СО₂ - 52,18% але зустрічається рідко. Тому, в основному, використовують доломіт СаСО₃·МgСО₃ в чистому вигляд і містить СаО - 30,4%, МgО - 21,8%.

Оксид барію (ВаО) Застосовують барит ВаSО₄, що містить ВаО - 65,7%, може бути природній і штучний. Потрібно використовувати сумісно з відновником (4-7%)

Оксид свинцю (РbО) Найчастіше застосовують свинцевий сурик 2РbО·РbО₂ (Рb₃О₄) технічний продукт червоного кольору, що містить 97,7% РbО. Під час варіння скла він розкладається за формулою: 2Рb₃О₄ = 6РbО + О₂. При цьому виділяється 2,3% О₂, що покращує якість скла.