Производство хрусталя

Содержание. Вступление. 1. Физико – химические процессы. 2. Сырьё. 3. Энергетика. 4. Аппаратура. 5. Конструкторские материалы. 6. Контроль и управление процессами. Вывод. Литература. Вступление.Слово «хрусталь» есть искаженное слово «кристалл», под ко¬торым в древности понимали кварц (горный хрусталь); его при¬нимали за окаменевшую воду. Уже отсюда можно видеть, что основным достоинством хрусталя всегда считали его прозрачность и белизну.

Действительно, именно прозрачность стекол является наиболее ценным и характерным их свойством. В этом отношении стекло нередко сравнивают с алмазом и другими драгоценными минералами. В более позднее время под термином «хрусталь» стали пони¬мать свинцовые стекла (флинты), так как при отсутствии в те времена достаточно чистых материалов только свинцовые стекла удавалось получать вполне бесцветными, тогда как другие стекла имели зеленоватый оттенок.

Именно в связи с этим и теперь не¬редко отождествляют термины «хрусталь» и «свинцовый хрусталь». Более правильно называть хрусталем стекло с высокой степенью прозрачности и белизны, считая эти два свойства основными ха¬рактеристиками хрустальных стекол. Хрустали следует подразде¬лять на отдельные виды, характеризуемые составом и зависящими от него другими свойствами. Свинцовый хрусталь, применяемый для изготовления высоко¬сортных художественных изделий и лучшей столовой посуды, имеет наибольшие белизну, прозрачность и показатели преломления и дисперсии.

Изделия из свинцового хрусталя обычно обрабатываются ал¬мазной гранью, как правило, покрывающей большую часть их по¬верхности, что придает им особую «игру». 1. Физико-химические процессы. Свинец принадлежит к IV группе системы элементов Д.И.Мен¬делеева и по своим свойствам является аналогом олова. Оба эти элемента дают окислы типа RО и R02. Однако наиболее устойчи¬выми являются SnO2 и РЬО. Можно предположить, что часть свинца все же должна находиться в стеклах в виде РЬ02, т. е. что имеется равновесие РЬО2—РЬО+1/2О2 Относительное количество РЬ02 должно быть небольшим, но поскольку окислы свинца вводятся в стекло в больших количествах, весовое содержание РЬ02 может стать заметным, тем более что свинцовые шихты обычно содержат много окислителей.

Белизна стекол зависит также и от освещения: хрустальные стекла должны быть, белыми при дневном свете. Однако многие хрустальные изделия применяются при искусственное освещении т. е. при свете, имеющем слабый желтый оттенок.

В связи с этим весьма часто оказывается полезным давать хрусталю очень слабый синий оттенок, чтобы нейтрализовать желтизну света электроламп. Такой хрусталь при дневном свете имеет едва заметный синий отте¬нок, очень приятный для глаза. Весьма ценным свойством хрустальных стекол является их высокое светопреломление для лучей различных длин волн, что по общепринятой методике характеризуется высокими значениями показателя преломления и дисперсии.

Именно эти свойства и свя¬занное с ними полное внутреннее отражение в основном опреде¬ляют ту игру света, которая так привлекательна в граненых хру¬стальных изделиях и которая состоит в многократном внутреннем отражении и преломлении света. Нанесением на изделие хорошо рассчитанной «алмазной грани» добиваются того, чтобы свет возможно чаще отражался от внутренней поверхности многочисленных граней изделия и вместе с тем возможно чаще преломлялся на них; грани играют также роль призм и отчасти разлагают белый цвет на цветные лучи, местами давая, кроме белых, и все спектральные лучи. Последнее явление усиливается в стеклах с высокой дисперсией. Правильным подбором рисунка, углов гранения и режущего угла абразива можно усилить эти свойства, имеющие большое значение для хрустальных и ювелирных стекол.

Высокое светопреломление оказывается ценным лишь при наличии высокой прозрачности стекол. Стекла с большим светопоглощением даже при наличии высокого показателя преломления имеют тусклый непривлекательный вид и не могут быть названы хрустальными.

С другой стороны, нередко можно видеть хрусталь¬ные стекла весьма высокого качества, несмотря на малый показатель преломления (1,48—1,49); объясняется это их высокой про¬зрачностью и белизной. К числу свойств, издавна ценимых в хрустале, нередко отно¬сили его высокий удельный вес. Однако это свойство само по себе является не столь ценным, как предыдущие.

Оно ценилось лишь как косвенный признак того, что данный хрусталь является свин¬цовым, а потому и более дорогим. К тому же показатель прелом¬ления и плотность являются свойствами, возрастающими в прямой зависимости друг от друга. К числу таких же свойств можно отнести и «звонкость» хру¬сталя: при ударе друг о друга хрустальные изделия издают мело¬дичный звук. Такой хрусталь раньше называли «поющим». Это свойство хрусталя также не имеет первостепенного значения. Итак, требования, предъявляемые к хрустальным стеклам, можно сформулировать следующим образом: 1. Максимальная прозрачность в видимой части спектра, харак¬теризуемая светопоглощением, не превышающим 2% на 1 см (же¬лательно 0,5—1,0% на 1 см). 2. Белизна, т. е. отсутствие цветных оттенков при естествен¬ном дневном свете.

Допустим (иногда и желателен) очень слабый синий оттенок. Совершенно недопустимы фиолетовый, зеленый и сине-зеленый оттенки. Эти два требования являются основными и обязательными для хрустальных стекол.

Остальные требования: высокий показа¬тель преломления (желательно не ниже 1,54), высокая дисперсия и высокий удельный вес (около 3,0), являются лишь желатель¬ными. 2. Сырьё. Кварцевый песок является основным компонентом стекольной шихты (обычно кремнезем составляет от 40 до 77% веса стекло¬массы). По сравнению с другими видами сырья он больше за¬грязнен, так как это природный минерал, а не продукт заводского производства.

Поэтому для хрустальных стекол выбор песка имеет основное значение. Основными вредными примесями в бесцветных стеклах, а в хрустале в особенности, являются соединения железа. К сожа¬лению, они присутствуют во всех видах применяемого сырья. Весьма ощутимое вредное влияние оказывают даже ничтожные количества соединений железа (для учета принято их пересчиты¬вать на эквивалентное количество окиси железа Fе20з). Поэтому для хрустальных стекол играют весьма важную роль выбор вы¬сококачественного сырья и его обогащение.

Можно считать оптимальным сырье, содержащее 0,001— 0,0015% Fе20з. При обычно применяемых огнеупорах большая чистота сырья едва ли нужна, поскольку из огнеупора переходит в стекло несколько тысячных процента окиси железа. Хрусталь хорошего качества обычно содержит 0,010—0,020% Fе20з, вклю¬чая и количество железа, перешедшее из огнеупора. Выше 0,035% содержание окислов железа в хрустальном стекле недопустимо. Не менее вредны соединения хрома и ванадия, которые кра¬сят стекло сильнее, чем железо.

Желательно полное отсутствие в сырье соединений хрома или в крайнем случае наличие его не более 0,0005% в пересчете на Сг2Оз. Соединения хрома попадают в стекло, по-видимому, лишь из песка и поташа; в остальных видах сырья редко приходится считаться с наличием хрома. Существенную роль играют соединения титана. Двуокись ти¬тана слабо красит сама, но значительно усиливает красящее дей¬ствие окислов железа. Титан попадает в стекло из песка и огне-упора, так как в обычных огнеупорных глинах содержится около 1-2% ТіО2. Поскольку на обесцвечивание хрустальной стекломассы влияют даже тысячные доли процента красящих веществ, все производ¬ство хрусталя, начиная от добычи песка и глины и кончая погруз¬кой изделий в вагоны, требует особенного внимания. Перевозка песка в открытых вагонах, хранение его в открытых срубах, сушка на железных трубах могут быть источниками его загрязнений.

Для производства хрусталя используют поташ К2СО3, SіО2, PbO. Все составляющие очищают, смешивают и сплавляют.

Процесс разрушения полевого шпата : К2OAl2O3 *6SiO2 + 2H2O + CO2= Al2O3 *2SiO2 *2H2O + 4SiO2 +K2CO3 3.

Энергетика

Q2,3=K1Q. . Формулу (1) можно представить в следующем виде: Q=Pn+K1Q+w ккал/м2 час... Величина Q2,3 составляет долю величины Q, т. Расход тепла на собственно варку сте¬кломассы при температуре 1 500° с...

Аппаратура

Аппаратура. При таком расположении пламя омывает горшки с боков сверху, продукты г... Кроме того, в этих печах высоки по¬тери тепла в окружающую среду вынос... Иногда применяют печи с постоян¬ным каналом. 5.

Конструкторские материалы

Рекуператоры могут быть керамическими и металлическими. Отметим, что хлориды, сульфаты и фосфаты, содержа¬щиеся в большом коли... Засыпка шихты ведется «на конус». Компоненты Содержание компонентов в стекле SiO2 55,6 55,5 58,0 57,0 57... Центральной стадией производства является высокотемпературная обработк...

Литература. 1. Данилевский В.В. Ломоносов и художественное стекло М: Высшая школа, 1989. 2. Даувальтер А.Н. Хрустальные, цветные и опаловые стёкла М:Просвещение, 1990. 3. Китайгородский В.Т. Изготовление стекла М:Наука, 1995. 4. Мухлёнов И.П. Общая химическая технология М: Высшая школа, 1977.