Исследования по синтезу хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов

Вид работы:

Курсовая работа (т)
Предмет:

Другое
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

48,82 Кб
Опубликовано:

2015-12-02

Все курсовые работы по другим направлениям

Скачать курсовую работу Читать текст online Заказать курсовую
*Помощь в написании! Посмотреть все курсовые работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Исследования по синтезу хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов

Аннотация

Тема УИРС “Исследования по синтезу хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов”. Выполнила студент группы ХТ-12-7ра Кубесова Н. Научные руководители: д.г-м.н., проф. Есимов Б.О., к.т.н., доцент Адырбаева Т.А. Год защиты - 2015. Объекты исследования: кварцевые пески Аральского месторождения, известняки Састюбинского месторождения, доломиты Карактауского месторождения, полевые шпаты Сарыбулакского месторождения, сода кальцинированная (Россия) составы шихты для синтеза хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов.

Исследован химико-минералогический состав сырьевых материалов отечественных месторождений для синтеза хрусталя. Для варки хрусталя нами выбраны: кварцевые пески Аральского месторождения, известняки Састюбинского месторождения, доломиты Карактауского месторождения, полевые шпаты Сарыбулакского месторождения, сода кальцинированная (Россия). В процессе исследований установлено, что при температуре 1050 ⁰С происходят процессы силикатообразования, начало образование стеклофазы. Изучены особенности технологического процесса производства изделий из стекла. Выполнены патентные исследования по теме УИРС.

Научная новизна: исследования сырьевых материалов отечественных месторождений, подбор состава шихты для синтеза хрусталя исключительно на основе отечественных сырьевых материалов в Казахстане выполняются впервые.

Определения

В настоящей курсовой работе применяют следующие термины с соответствующими определениями:

Прочность - свойство материала сохранять свою целостность под воздействием внешних нагрузок.

Сувенирные изделия - оригинальные изделия, художественно оформленные в традиционном для страны (республики, края, области) стиле, отображающие национальные или местные особенности, выдающиеся события, памятные даты, достижения отечественной науки, культуры, искусства, спорта.

Пузырь в виде капилляра - пузырь вытянутой формы, длина которого, по крайней мере, в десят раз больше его максимальной ширины.

Следы нарушения поверхности - нарушение поверхности изделий в виде царапин, складок, морщин, поверхности посечек.

Царапина - механическое повреждение поверхности изделия в виде матовой линиии.

Прижог - наличие белых или темных полос на шлифованной поверхности.

Следы полировки - рябь, волнистость, остатки «солей» на поверхности изделий.

Хрупкость - свойство твердых материалов разрушаться под действием возникающих в них напряжений без заметной пластической деформации. Хрупкость характеризует неспособность материала к релаксации напряжений, возникающих в нем при деформации изделий.

«Соли» - стеклообразные крупинки на поверхности изделий, не удаленные в процессе полировки.

Следы от форм - нарушение поверхности изделий в виде черчености, кованости, следов от швов форм.

Декоративное покрытие - декор, нанесенный на изделие в виде деколи, живописи, а также в виде рисунка или покрытия (частичного, сплошного) силикатными, люстровыми красками, препаратами драгоценных и других металлов, диффузным окрашиванием, насыпью из легкоплавкого стекла.

Вязкость - характеристика, которая задает параметры процесса варки, формования, отжига и т.д.

Дефекты декорирования препаратами драгоценных и других металлов, люстровыми и силикатными красками - вспученность, просветы, растрескивание декора, подтеки, сине-фиолетовый оттенок при покрытии препаратами золота, матовость, разрывы, помарки, точечное выгорание, расплывчатость, непрочное закрепление декоративного покрытия и др.

Обозначения и сокращения

В настоящей курсовой работе применяют следующие обозначения и сокращения:

ООВС - для особо ответственных изделий высокой светопрозрачности;

ОВС - для ответственных изделий высокой светопрозрачности;

ВС - для изделий высокой светопрозрачности;

С - для изделий светопрозрачных;

Б - для бесцветных изделий;

ПБ - для полубелых изделий;

ПС - для изделий пониженной светопрозрачности;

Т - для изделий из темно-зеленого стекла.

ППП - потери при прокаливании;

ВВС - вертикальное вытягивания стекла;

ЮКО - Южно-Казахстанская область;

КИП - контрольные измерительные приборы;

РФА - рентгенофазовый анализ;

d∕ n - дифракционные максимумы

Введение

Актуальность темы. Хрусталь - разновидность стекла. Чистое, прозрачное, качественное стекло можно называть хрусталём, вне зависимости от состава.

Производство хрусталя - уникальная историческая технология, практически не претерпевшая изменений за более чем пять тысяч лет существования стеклоделия на Земле. Стекло (хрусталь - его разновидность) - удивительный материал, изобретенный гением человеческого разума. Так же, как и в доисторические времена, его основу составляют природные сырьевые материалы, смесь которых варится в специальных печах при температуре около 1500° С. Затем горячее расплавленное стекло вырабатывается вручную или с помощью стеклоформующих машин. Используются самые различные методы обработки стекла и хрусталя.

Развитие производств по выпуску хрусталя предусмотрено: "Государственной программой индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2015-2019". "Государственная программа индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2015-2019" ставит конкретные задачи по увеличению доли всех отечественных промышленных товаров на рынке, в области стекольной промышленности успешное их решение зависит от дальнейшей технологической модернизации производства и умения создать конкурентоспособные продукции. Все это возможно только на основе научных разработок и ускоренного внедрения инновационных технологий, а также полного обеспечения отрасли доступными, не дорогостоящими высококачественными отечественными сырьевыми материалами [1].

Научная новизна. Исследования сырьевых отечественных месторождений, подбор состава шихты для синтеза хрусталя исключительно на основе отечественных сырьевых материалов в Казахстане выполняются впервые.

Практическая значимость. При достижении цели исследования результаты исследования могут быть рекомендованы для производства хрусталя в ЮКО.

Оценка современного состояния решаемой научной проблемы. Поставленная задача по исследованию химико-минералогического состава сырьевых материалов отечественных месторождений для производства хрусталя будет решаться. Разрабатываются составы шихты для синтеза хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов, состав не синтезирован по техническим причинам. Исследования по теме УИРС будут продолжены.

Цель исследования. Синтез хрусталя на основе сырьевых материалов месторождений ЮКО

Задачи исследования:

исследование химико-минералогического состава сырьевых материалов отечественных месторождений для производства хрусталя;

разработка состава шихты для синтеза хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов..

Объекты исследования: кварцевые пески Аральского месторождения, известняки Састюбинского месторождения, доломиты Карактауского месторождения, полевые шпаты Сарыбулакского месторождения, сода кальцинированная (Россия), составы шихты для синтеза хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов.

Производителями хрусталя в России являются действующие заводы ткие как Дятьковский хрустальный завод (Дятьково), Первомайский стекольный завод (Смоленская область), Гусевской хрустальный завод, (Гусь-Хрустальный).в республике Казахстан можно отметить такие заводы как Компания Crystal Glass - занимается обработкой стекла, рельефный пескоструй, художественное матирование, лакозаливной витраж. Мы занимаемся изготовлением дверей и перегородок из стекла, стеклянных полов и ступеней, а также различных предметов интерьера в г. Алматы, KazGlassCompany (Стекольные заводы и мастерские Алматы - Алматинская область ), Стекольная компания 'САФ', АО (Стекольные заводы и мастерские Алматы - Алматинская область ), Авангард Астана 2010, ТОО (Стекольные заводы и мастерские Астана - Акмолинская область ), SEVA PLAST, ТОО (Стекольные заводы и мастерские Караганды - Карагандинская область), УК Триплекс, ТОО (Стекольные заводы и мастерские Усть-Каменогорск - Восточно-Казахстанская область ), Шымкент - Фасадное остекление: - Цельностеклянные перегородки и двери; - Спайдерное остекление и козырьки; - Стеклянные сантехнические кабины и душевые; - Стеклянный пол, потолок, лестницы, ограждения; - Стеклянные лифты; - Стеклянные фартуки (скинали) - Эксклюзивные изделия.

Мир стекла Агава (Стекольные заводы и мастерские Шымкент - Южно-Казахстанская область ).

1. Методы исследований, метрологическое обеспечение УИРС Химические методы исследования. Спектрофотометрия

Спектрофотометрический метод анализа в ряде случаев имеет существенное преимущество перед другими методами. В частности, Спектрофотометрический метод обеспечивает высокую чувствительность измерений концентрации инертных газов, в то время как для анализа смеси инертных газов химический метод вообще неприменим, а другие физические методы либо также неприменимы, либо имеют ограниченную чувствительность.

Рисунок 1- Спектрофотометры

Спектрофотометрический метод анализа основан на спектрально-избирательном поглощении монохроматического потока световой энергии при прохождении его через исследуемый раствор. Метод позволяет определять концентрации отдельных компонентов смесей окрашенных веществ, имеющих максимум поглощения при различных длинах волн, он более чувствителен и точен, чем фотоэлектроколориметрический метод. Известно, что фотоколориметрический метод анализа применим только для анализа окрашенных растворов, бесцветные растворы в видимой области спектра обладают незначительным коэффициентом поглощения. Однако многие бесцветные и слабо окрашенные соединения (особенно органические) обладают характерными полосами поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, что используют для их количественного определения. Спектрофотометрический метод анализа применим для измерения светопоглощения в различных областях видимого спектра, в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, что значительно расширяет аналитические возможности метода.

Спектрофотометрический метод анализа основан на измерении светопоглощения монохроматических (со строго определенной длиной волны) излучений однородной, нерассеивающей системой в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях или на определении спектропоглощения анализируемого вещества.

Спектрофотометрический метод анализа по своей природе занял пограничную область между чисто химическими и чисто инструментальными методами. С одной стороны, анализируемые этим методом объекты в большинстве случаев представляют собой сложные химические системы, подготовка которых требует от аналитика выполнения надежных и детально разработанных операций. С другой стороны, выполнение измерений требует (за исключением некоторых вариантов визуальной колориметрии) применения фотометрической аппаратуры.

Спектрофотометрический метод анализа с применением дифениламина имеет некоторые ограничения при анализе токсафена. Во-первых, при анализе препаратов вследствие большого фактора разбавления при небольших ошибках в спектрофотометрических определениях получаются большие ошибки в результатах анализа. Во-вторых, при анализе остаточных количеств следы некоторых, экстрагированных из растительной или животной ткани веществ могут создавать значительную фоновую окраску раствора, уменьшая тем самым чувствительность и специфичность метода.

Спектрофотометрический метод анализа в ряде случаев имеет существенное преимущество перед другими методами. В частности, спектрофотометрический метод обеспечивает высокую чувствительность измерений концентрации инертных газов, в то время как для анализа смеси инертных газов химический метод вообще неприменим, а другие физические методы либо также неприменимы, либо имеют ограниченную чувствительность.

Рисунок 2- Спектрофотометры

Спектрофотометрический метод анализа всегда использует монохроматический свет, который может быть получен при применении различных источников излучения (ртутная лампа, водородная лампа, лампа накаливания) и спектрального прибора, который выделяет ту или иную длину волны.

Спектрофотометрический метод анализа сульфидов основан на образовании комплексов с йодом состава R₂S - J₂, обладающих максимумом поглощения при 308 - 310 лшк. К сожалению, для нефтепродуктов этот коэффициент, по заключению тех же авторов, надежно еще не установлен.

Спектрофотометрический метод анализа растворов имеет то преимущество перед колориметрическим, что он не требует сравнительных растворов. Этот метод позволяет непосредственно определять коэффициент пропускания, а следовательно, при известных концентрации и толщине слоя, находить коэффициент погашения е исследуемого раствора. Если коэффициент заранее известен, можно непосредственным измерением определить концентрацию раствора.

Описан спектрофотометрический метод анализа микроколичеств фенольных соединений в промышленных сточных водах. Он основан на батахромном сдвиге полос поглощения в УФ-области спектра, наблюдаемых при переходе фенолов из кислой среды в щелочную.

Сочетание спектрофотометрического метода анализа с расчетами Ящахна основе модели свободного электрона позволяет изучить механизм взаимодействия органического реагента с ионами металлов и установить структуру образующегося соединения. В настоящей работе на примере взаимодействия стильбазо с солями галлия практически показана эффективность совместного применения этих методов.

Рисунок 3- Приборы для спектрофотометрического анализа

При спектрофотометрическом методе анализа измеряют поглощение монохроматического света. Это усложняет конструкцию приборов, но дает большие аналитические возможности по сравнению с колориметрическим методом. Спектрофотометрический метод используется не только для видимой, но и для ультрафиолетовой и инфракрасной областей спектра.

В обычном спектрофотометрическом методе анализа нуль регистрирующего устройства соответствует 0 % пропускания и устанавливается при выключенном источнике света, а вся шкала прибора соответствует 100 % пропускания и устанавливается по раствору контрольного опыта, помещаемому в кювету. В дифференциальных методах крайние положения регистрирующего прибора устанавливаются по растворам известной концентрации с.

В обычном спектрофотометрическом методе анализа раствор сравнения практически не поглощает при той длине волны, при которой проводят измерение. Этот метод измерения называют методом абсолютной или непосредственной спектрофотометрии. Точность определения концентраций при таком методе измерений невелика, что не позволяет проводить определение компонентов, содержащихся в пробе в высоком процентном отношении. Кроме того, интервал оптических плотностей, а следовательно, и определяемых концентраций, которые могут быть измерены методом непосредственной спектрофотометрии с достаточной точностью.

При фотометрическом или спектрофотометрическом методе анализа к раствору катиона металла прибавляют лиганд, что приводит к образованию интенсивно окрашенного комплекса. Затем измеряют светопоглощение раствора комплекса с помощью спектрофотометра, работающего в УФ - и видимой областях. Концентрацию иона металла определяют по ранее полученной градуировочной характеристике, представляющей зависимость светопоглощения от концентрации иона металла.

Наиболее острой потребностью применения спектрофотометрических методов анализа в промышленности СК является количественное определение дивинила в контактных газах и в шихте для полимеризации, а также анализ альдегидов.

Двумя главными направлениями в развитии современных спектрофотометрических методов анализа являются повышение чувствительности и селективности фотометрических реагентов. В настоящее время высокочувствительные реагенты известны для большинства элементов и, по-видимому, наиболее важным следует считать разработку селективных методов анализа как за счет повышения избирательности фотометрических реагентов, так и за счет изменения условий проведения анализа.

Для определения бензола в этиловом спирте спектрофотометрическим методом анализа измерены оптические плотности семи стандартных растворов в УФ-области, по которым построен градуировочный график.

К реакциям, которые используются в спектрофотометрическом методе анализа, предъявляются в основном те же требования, что и к любым другим, применяемым в аналитической химии. Но критерии оценки того или иного свойства реакций в спектрофотометрическом методе обладают своими особенностями, поскольку метод основан на поглощении электромагнитных излучений растворами окрашенных соединений. При выборе реакций оцениваются такие свойства, как специфичность и чувствительность. Кроме того, они должны удовлетворять еще двум требованиям: хорошей воспроизводимости окраски и ее устойчивости во времени. Существенно, чтобы закон Бера для растворов изучаемого соединения соблюдался в широком интервале концентраций, хотя это требование в отдельных случаях может и не выполняться.

Для устранения влияния сопутствующих компонентов и повышения специфичности спектрофотометрических методов анализа применяют различные способы.

По данным исследования искусственных смесей некоторых анионоактивных ПАВ, спектрофотометрический метод анализа позволяет довольно точно оценить содержание компонентов в двойных и тройных смесях. При анализе тройных смесей, содержащих мыла жирных кислот, несколько уменьшается точность определения как мыл, так и других компонентов смеси.

Прежде всего нужно было выбрать оптимальные условия растворения проб для спектрофотометрического метода анализа.

Несмотря на возникновение и развитие новых инструментальных физических методов, спектрофотометрическому методу анализа придается важное значение.

Выполнено много работ, в которых электролиз сочетается с колориметрическим или спектрофотометрическим методом анализа концентрата. Например, в работе разработаны методы электролитического выделения основного компонента с последующим определением примесей фотометрически или полярографически. Однако, с нашей точки зрения, наиболее целесообразно комбинирование электролиза со спектральным эмиссионным методом анализа концентрата, позволяющим проводить одновременное определение многих элементов с достаточно высокой абсолютной чувствительностью. Дополнительным преимуществом такого сочетания является возможность выделения примесей на твердые электроды, которые в дальнейшем непосредственно используются при проведении дугового или искрового возбуждения спектра. К сожалению, работ такого рода сравнительно немного, и они не систематизированы. Содержание и результаты этих работ изложены ниже.

Если эмиссионный спектр вызван переходом электрона из возбужденного состояния в основное, то в принципе спектрофотометрического метода анализа лежит переход электрона из основного состояния в возбужденное под действием поглощенного веществом света. Количество энергии, необходимое для осуществления такого перехода, зависит от электронного строения окрашенного вещества. Оптическая плотность раствора окрашенного соединения максимальна при определенной длине волны света; эта длина волны соответствует энергии, при которой переход электрона наиболее вероятен.

В отличие от других оптических методов (эмиссионной спектроскопии, люминесценции и др.), в которых измеряется интенсивность излучения, испускаемого предварительно возбужденной системой, спектрофотометрический метод анализа основан на избирательном поглощении однородной нерассеивающей системой электромагнитных излучений различных участков спектра. Поэтому при использовании монохроматических излучений его называют методом абсорбционной спектроскопии.

Взаимное перекрытие спектров излучения многих газов и паров и затруднительность технического осуществления СФ-газоанализаторов, работающих на единичной спектральной линии или полосе, является причиной того, что практически спектрофотометрический метод анализа газов является неизбирательным или малоизбирательным. Поэтому его применение целесообразно только в случаях бинарных газовых смесей, и притом таких, для которых другие методы использовать затруднительно или невозможно.

Величина и, природа катиона соли и температура влияют на устойчивость комплексов, о чем в цитированных работах имеются обширные данные. Для расчетов констант широко используют результаты спектрофотометрического метода анализа.

Это затрудняет проведение качественного анализа на основании молекулярных спектров (за исключением ИК-спектров), поэтому спектрофотометрический метод обычно используют как метод количественного анализа. В отличие от других оптических методов (эмиссионная спектроскопия, люминесценция и др.), в которых измеряют интенсивность излучения предварительно возбужденной системы, спектрофотометрический метод анализа основан на избирательном поглощении однородной нерассеивающей системой электромагнитных излучений различных участков спектра. Если имеют дело с однородными средами, например растворами соединений, то количество поглощенной энергии будет пропорционально концентрации поглощаемого вещества в растворе. Если среда неоднородна, то при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом помимо поглощения будет происходить также его рассеяние. На этом явлении основаны такие методы количественного анализа, как нефелометрия и турбидиметрия.

Это затрудняет проведение качественного анализа на основании молекулярных спектров (за исключением ИК-спектров), поэтому спектрофотометрический метод обычно используют как метод количественного анализа. В отличие от других оптических методов (эмиссионная спектроскопия, люминесценция и др.), в которых измеряют интенсивность излучения предварительно возбужденной системы, спектрофотометрический метод анализа основан на избирательном поглощении однородной нерассеивающей системой электромагнитных излучений различных участков спектра. Если имеют дело с однородными средами, например растворами соединений, то количество поглощенной энергии будет пропорционально концентрации поглощаемого вещества в растворе. На этом явлении основаны такие методы количественного анализа, как нефелометрия и турбидиметрия.

Спектрофотометрический метод применяют в постадийном контроле, при производстве особо чистых химических веществ, для входного контроля качества сырья, а также в качестве арбитражного метода. Широкое распространение метода обусловлено его надежностью, простотой выполнения и аппаратурного оформления, экспрессностью при высокой чувствительности.

Рисунок 4-Спектрофотометр Cary - 50

Уникальный по своим конструктивным особенностям и техническим параметрам спектрофотометр Сагу 50 сразу после появления на мировом рынке привлек внимание исследователей. Фурор на Pittcon'e 98 и премия за выдающиеся инженерные достижения прекрасно характеризуют этот недорогой прибор, состоящий из 6 блоков, не имеющий блока питания и обеспечивающий снятие спектра со скоростью 24000 нм/мин в диапазоне 190-1100 нм с разрешением 1.5 нм и потребляющий всего 6 Вт только в момент сканирования.

Это - первый в мире серийный прибор с такими параметрами, использующий в качестве единственного источника света пульсирующую ксеноновую лампу.

Сочетание принципа сканирования Stop-and-Go с центральным компьютерным контролем делает новые спектрофотометры Сагу уникальными среди оборудования этого класса. Возможности приборов существенно расширены за счет применения разнообразных приставок для анализа как жидких, так и твердых образцов. К их числу относятся приставки для сканирования тонких пленок, измерения диффузного и полного отражения, суммарной флуоресценции, проведения кинетических измерений в термостатируемых кюветах с перемешиванием, автосэмплер с возможностью подготовки проб и проточной кюветы.

Программное обеспечение Cary Win, наряду с Cary DOS и Cary OS/2 обеспечивает исследователя всеми необходимыми возможностями в привычной для него операционной среде.

Технические параметры

Оптическая схема:

Прибор имеет двухлучевую схему на основе высокоотражающих оптических компонентов с диэлектрическим покрытием и высокоскоростной монохроматор (Stop - and - Go).

Стабилизированные оптические потоки, монохроматор Черни-Турнера 25 см, оптический диапазон 190 - 1100 нм, щель 1.5 нм, пульсирующая ксеноновая лампа, два сбалансированных силиконовых диода.

Максимальная скорость сканирования до 24000 нм/мин, шаг от 0.15 до 5 нм, частота сбора кинетических данных-80 точек/сек, время интегрирования от 0.0125 до 999 сек., возможность работы с открытым кюветным отделением.

Центральный компьютерный контроль (Сагу WIN).

Фотометрические характеристики:

Рассеивание света: 0.05% (220 и 370 нм)

Абсолютная погрешность установки длин волн, нм (на 486.0 и 1968.3 нм): 0.5 нм (541.9 нм)

Воспроизводимость установки длин волн, нм: 0.1 нм

Фотометрический диапазон, А: 3.3

Фотометрическая точность: ASTM фильтр 930D, 1 A ±0.005

Фотометрическая воспроизводимость, А: A - фильтр 930D, 465 нм, время усреднения 2 сек 0.004

.5А-фильтр 930D, 546.1 нм, время усреднения 2 сек 0.003

Фотометрический шум, А:

нм, время интегрирования сигнала 1 сек

.0001 (0А) 0.00050 (1А) 0.005 (2А)

Дрейф нуля, А/час:

нм, время интегрирования 1 сек

.0004 (прогрев 30 мин)

Физические характеристики:

Вес, кг (без компьютера): 21

Габаритные размеры, мм (Ширина х Глубина х Высота): 500 х 590 х 205

Энергопотребление:

питание от блока питания компьютера через плату интерфейса, максимальная мощность 26 Вт

Параметры ПК:

один свободный слот PCI, 128 Mb RAM, 10-20 Gb HDD, CD-ROM, 3.5" FDD, Video > 4 Mb (лучше 8), 15”/17” монитор, принтер (лучше цветной), операционная система Windows 98 или 2000.

Особенности:

Принцип сканирования Stop-and-Go:

Традиционный принцип, применяемый в спектрофотометрах UV-Vis-NIR, основан на непрерывном одновременном вращении чоппера и дифракционной решетки. Это приводит к отрицательным эффектам: появлению волнового сдвига, подавлению интенсивности сигнала, нестабильности работы. Принцип сканирования "Stop-and-Go” (остановка дифракционной решетки на время цикла вращения чоппера) позволяет получать адекватные результаты и не перекалибровывать спектрофотометр при любых скоростях сканирования, вплоть до 3000 нм/мин в УФ-видимой и до 8000 нм/мин в ближней ИК части спектра. Корректные условия снятия спектра гарантируют правильность получаемого аналитического результата.

2 Исследование химико-минералогического состава сырьевых материалов

.1 Кремнеземистое сырье

Сырьевые материалы для производства стекла делятся на две группы.

Первая группа содержит главные материалы, посредством которых в стекломассу вводят кислотные, щелочные и щелочноземельные окислы (эти окислы являются основой в процессе образования стекла).

Вторая группа содержит вспомогательные материалы, применяемые для придания стекломассе тех или иных необходимых свойств и для ускорения варки.

Кремнезем (двуокись кремния) SiO₂. Молекулярный вес 60,06. Удельный вес 2,65.

Кремнезем - важнейшая составная часть промышленных стекол; он встречается в природе в кристаллической и аморфной формах. Кристаллический кремнезем существует главным образом в виде кварца, представляющий собой бесцветные кристаллы, плавящиеся при 1713⁰ + 5. Температура кипения SiO₂-2590⁰.

Содержание кремнезема в обычных стеклах достигает 60-75%; поэтому, естественно, кварцевый песок играет первостепенную роль в процессе стекловарения. От качества песка в значительной мере зависит и качество стеклянных изделий.

Минеральный состав песков, % по массе: легкая фракция представлена кварцем до 80-90 (редко 75-92), полевыми шпатами (ортоклаз, микроклин, реже плагиоклаз) от 2-3 до 10-12, глинистым веществом до 3-6 (редко 8-15); а тяжелая фракция - магнетитом, гидрооксидами железа, нередко цементирующими зерна кварца, пироксенами, амфиболами, турмалином, фосфоритами, баритом, цирконом, алевролитом и единичными зернами ильменита, сфена, рулита, лейкоксена, дистена, анатаза, граната, пирита, силлиманита, в сумме не превышающих 1% [3].

Гранулометрический и химический составы кварцевых песков приведены в табл.1 и 2

Таблица 1. Гранулометрический состав, % по массе

Значения	Размер фракции, мм/содержание,% по массе
	до 0,05	0,05-0,075	0,075-0,10	0,10-0,16	0,16-0,20	0,20-0,25	0,25-0,40	0,40-0,63	0,63-1,00	От 1,00
Предельные	1,02-10,68	0,60-3,79	0,61-8,97	2,97-72,93	10,71-38,72	16,65-52,27	3,21-49,7	0,27-15,29	0,04-2,81	0,02-0,75
Средние	4,64	2,08	4,20	13,36	25,01	30,38	15,20	4,44	0,52	0,05

Таблица 2 Химический состав, % по массе

Значения	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂0	Cr₂O₃	п.п.п
Предельные	91,04-97,30	0,02-0,21	0,92-4,68	0,05-0,58	0,06-0,99	0,02-0,60	0,28-1,61	До 0,005	0,29-0,98
Средние	94,32	0,11	2,36	0,21	0,22	0,15	0,99	0,001	0,57

Грунчбулакское месторождение кварцевых песков находится в Казыгуртском районе, в 50 км к югу от Шымкента и в 2 км от с. Каратас (Шарапхана). Открыто в 1934 г. Е.Л. Колчневым. Мощность пласта кварцевого песка 13-16 м, а подстилающего пласта кварцево-слюдистых песков более 12 м [3].

Таблица 3. Химический состав песка Грунчбулакского месторождения

Наименование материала	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O+K₂O
Песок кварцевый	92,7	4,24	0,59	0,26	0,27	1,48

Кварцевый песок - основной компонент стекольной шихты и известково-кремнеземистых вяжущих, как добавка вводится в керамические массы и в цементные сырьевые смеси. Это продукт разрушения горных пород, состоящих в основном из зерен кварца, отличающийся высоким содержанием , малым количеством примесей и мелкозернистостью. Пригодность песков для стекловарения определяется их химическим и зерновым составом. Основное требование - высокая степень его чистоты: содержание в стекольных песках составляет 98,5-98,8%. Примесями в песках часто являются , CaO, MgO и другие, при этом наиболее вредными является,, которые окрашивают стекло и снижают его светопропускание. Предельное содержание красящих примесей в песке определяется видом изделий. Песок состоит из зерен размером 0,1-2мм. Наиболее пригодны для стекловарения пески со средним размером зерен от 0,15 до 0,4мм, при этом количество зерен с размером более 0,8 и менее 0,1 мм должно быть минимальным. Кварцевые пески представляет собой рыхлую обломочную породу, состоящую из цементированных обломков кварца разных форм, размеров и окатанностей. Они образуются за счет механического разрушения ранее существовавших обогащенных кварцем горных пород.

Южно-Казахстанская область обладает значительными запасами высококачественных стекольных и формовочных кварцевых песков. Их месторождения локализованы в основном в Южной части региона и приурочены к отложениям среднего эоцена палеогеновой системы [6].

Среднее содержание кремнезема в кварцевых песках известных месторождений нашей областей колеблется от 91,7 до 95,6%. Кварцевые пески имеют очень широкий диапазон применения. Эти пески прекрасное сырье для стекольной промышленности (листовое оконное стекло, техническое стекло, лабораторное, медицинское, парфюмерное стекло, консервная тара и бутылки, авто и витринное стекло, жидкое стекло).

Стекольная промышленность является одним из основных потребителей кварцевого песка. К качеству кварцевого песка для стекольной промышленности предъявляются определенные требования [6], согласно которым минимальное содержание SiO₂ допускается в пределах от 95,0 % для низких марок и до 99,8 % для высоких марок; Fe₂O₃ - 0,01 - 0,25 %; Al₂O₃ - 0,1 - 4,0 %; тяжелой фракции для высоких марок - 0,05 %, для низких марок содержание тяжелой фракции не нормируется. Ограничивается также зерновой состав песка. Кроме того, лимитируется содержание CaO, MgO, Cr₂O₃, TiO₂, K₂O и Na₂O, пылеватых и глинистых частиц, равномерность зернового состава. В наиболее чистых природных кварцевых песках содержание SiO₂ достигает 99,8 %, однако такие разности в природе встречаются сравнительно редко, и в большинстве случаев сырье для стекольной промышленности получают путем обогащения песков. Для этой цели чаще всего применяются флотооттирка, иногда оттирка с промывкой, реже - эти методы в сочетании с электромагнитной сепарацией.

В зависимости от физико-химического состава кварцевый песок для стекольной промышленности выпускают нескольких марок [6]. Марки стекольных кварцевых песков: марки стекольных кварцевых песков для производства листового, оконного и технического стекла, лабораторного, медицинского и парфюмерного стекла, стекловолокна для электротехники, силиката натрия (катализаторов), ВС-040-1, ВС-050-1, ВС-050-2, С-070-1, Б-100-1, Б-100-2, ПБ-150-1.

Кварцевые пески месторождения Мугоджарское

Кварцевые пески месторождения Мугоджарское исследованы на пригодность использования в качестве сырья для производства. Для определения количественного минералогического состава применена комплексная методика, основанная на использовании данных рентгеновского, термографического, физико-химических анализов.

Химический состав песков: SiO₂ - 97,84-98,65 (98,11); TiO₂ - 0-0,017 (0,05); Al₂O₃ - 0,19-0,69 (0,39); Fe₂O₃ - 0,02-0,48(0,15); CaO - 0-0,7 (0,16); MgO - 0-0,44 (0,11); MnO - 0,02-0,39 (0,04); Na₂O - 0,03-0,47 (0,13); K₂O - 0,12-0,48 (0,14) [10].

По данным рентгеноспектрального анализа химический состав необогащенного песка: SiO₂ - 98,55; TiO₂ - 0,066; Al₂O₃ - 0,72; CaO - 0,04; MgO - 0,05; MnO - 0,01; Na₂O - 0,04; K₂O - 0,01.

Минеральный состав по данным [3] : кварц 98-99 %: полевой шпат 0,5-1 %; редко - ильменит, турмалин, амфибол, эпидот, обломки кремнистых пород. Средняя плотность песков 1,64-1,7 (1,66) г/см³, влажность естественная 1,3-1,84 %.

На рентгенограмме необогащенного кварцевого песка Мугоджарского месторождения (рисунок 1) четко фиксируется кварц, где его линии: d/n = 1,534; 1,665; 1,814; 1,978; 2,125; 2,225; 2,279; 3,337; 4,236; 4,36; Кроме того присутствует небольшое количество ортоклаза и микроклина с линиями d/n = 1,6183; 2,4306; 3,475; 3,5762; 3,78; 4,26

Рисунок 5-. Рентгенограмма песка необогащенного Мугоджарского месторождения

Аральское месторождение кварцевых песков

Месторождение Аральское расположено в Аральском районе Кызылординской области. Химический состав песков Аральского месторождения приведен в таблице 4.

Таблица 4. Химический состав кварцевых песков Аральского месторождения

Содержание оксидов, % по массе
				CaO	MgO	MnO		Oп.п.п
95,4-98,84	0,042-0,114	0,16-1,01	0,09-1,7	0,16-0,95	<0,5	0,004-0,009	до 0,5	0,02-0,26	до 0,108	0,05-0,15	0,17-0,41	до 0,49

Песок в основном кварцевый, содержание обломков кремнистых пород со сростками халцедона - до 0,009%, слюда - единичные знаки. Модуль крупности песка 1,07;массовая доля тяжелых минералов 0,115.

В результате технологических и лабораторных исследований получены пески марок ВС-050-2, Б-100-2, пригодные для стекольной промышленности.

Запасы песков, учтенные балансом на 01.01.96 г., по категории -18060тыс.т.

Месторождение среднее по запасам, предполагается отработка его карьером с проектной глубиной 12,5м, при коэффициенте вскрыши 0,37.Средняя мощность обводненной части полезной толщи 0,13м.

Грунтовые воды вскрыты на глубине 6-8,3 м.

Для производства стеклотары и оконного стекла Сарыагашский завод стеклотары АО"Айпексо" используют Аральский кварцевых песков.

Фогелевское месторождение кварцевых песков находится в Казыгуртском районе. Месторождения простирается на 2,5 км в юго-западном направлении при ширине полосы 30-60м. Мощность пласта песка составляет в среднем 24м, а средняя мощность вскрыши - от 2 до 5м. Пески среднезернистые, белые, в основании пласта переходят в мелкозернистые, слегка глинистые. Запасы кварцевого песка по категориям +В+ в количестве более 1,5 млн т.

Минеральный состав песков фракции крупнее 0,63 мм представлен в основном агрегатами зерен кварца, щелочных полевых шпатов, мусковита, слабо сцементированных карбонатным и частично глинистым цементом, который сильно пропитан гидратами оксиды железа (лимонитом). Наряду с ними встречаются отдельные зерна турмалина, биотита, халцедона, опала и единичные зерна граната и рутила.

Фракции песка 0,63-0,1 мм состоят главным образом из не окатанных угловатых зерен кварца. В незначительном количестве наблюдаются зерна щелочных полевых шпатов, мусковита, биотита, халцедона, опала, кальцита, лимонита, и единичные зерна гематита, рутила, апатита, циркона.

В составе тяжелой фракции, как и в Грунчбулакском и других аналогичных месторождениях присутствуют: турмалин, роговая обманка, сидерит, апатит, рутил, лимонит, силлиманит, гранат, циркон, топаз.

Химический и гранулометрический составы месторождения кварцевых песков свидетельствуют о перспективности в сфере использования их в качестве сырья для стекольного производства, для изготовления стекломозаичных плиток, растворимого стекла, силикатного кирпича.

Гранулометрический и химический составы кварцевых песков Фогелевского месторождения приведены в таблицах 5 и 6.

Таблица 5. Гранулометрический состав песков Фогелевского месторождения

Вид песка, значения	Размер фракций, мм, содержание ,% по массе
	до 0,01	0,01-0,05	0,05-0,1	0,1-0,25	0,25-0,5	0,5-1,0
Кварцевый, предельные	0,3-17,8	1,0-3,5	1,54-4,50	23,2-64,5	23,8-63,7	0,4-8,0
Полевошпатокварцевые, предельные	5,6-10,0	4,6-10,5	3,7-14,8	59,0-76,6	0,3-7,4	0,2-0,4
Полевошпатокварцевые, средние	7,2	7,1	7,8	67,5	5,6	0,3

Таблица 6 Химический состав песков Фогелевского месторождения, % по массе

Вид песка, значение				CaO	MgO	OSCп.п.п
Кварцевый, предельные	90,53-95,82	2,82-6,91	0,15-0,35	0,12-0,67	0,17-0,24	0,47-0,70	0,38-0,57	-	0,03-0,1	0,33-0,87
Кварцевый, средние	93,5	4,3	0,18	0,38	0,20	0,60	0,39	-	0,06	0,5
Полевошпато кварцевый, предельные	83,15-84,59	9,97-10,21	нет данных	0,52-0,7	0,16-0,32	0,72-0,76	0,54-0,65	0,001-0,003	0,12-0,17	1,94-2,48
Полевошпато кварцевый средние	83,6	10,0	1,01	0,6	0,20	0,74	0,58	0,002	0,14	2,2

Дарбазинское месторождение кварцевых песков

Дарбазинское месторождения находится в Сарыагашском районе, в 2км к востоку от ж∕д ст. Дарбаза.

Месторождение сложено мелкозернистыми кварцевыми песками светло-желтого цвета, которые к низу переходят в глинистые. Мощность пласта колеблется от ,08 до 6,9 м, падение полого на запад 8-10̊. Запасы по категориям +В оцениваются в количестве около 1,5 млн. т.

Данные кварцевые пески отличаются высоким содержанием оксида железа и относительно низким основного оксида .

В песках Дарбазинского месторождения доля фракции зерен 0,10 мм составляет около 19%, и именно в ней содержатся большое количество глинистых частиц. Улучшение состава можно добиться только после предварительной промывки песков.

Минералогический состав кварцевых песков месторождения по фракциям мало чем отличается от такового в аналогичных объектах сырья в Южно-Казахстанской области.

Фракции песка 0,63-0,1 мм, представляющие особый интерес для варки стекла состоит из неокантованных угловатых зерен кварца. В незначительном количестве наблюдается зерна щелочных полевых шпатов, мусковита, биотита, турмалина, халцедона, опала, амфибола, кальцита, лимонита, в также эпизодически попадают в поле зрения гематита, рутил, апатит, циркон и силлиманит.

Гранулометрический и химический составы кварцевых песков приведены в таблицах 7 и 8.

Таблица 7. Гранулометрический состав кварцевых песков Дарбазинского месторождения

Фракции , мм ,содержание , % по массе
до 0,1	0,2-0,5	0,5-1,0	1,0-2,0
2,24-41,88	31,92-74,52	1,66-69,94	0,2-7,52	0,06-2,0

Таблица 8. Химический состав песков Дарбазинского месторождения, % по массе

Содержание оксидов, % по массе
			CaO	MgO				SOп.п.п
90,05-94,17	2,32-5,37	0,15-0,54	0,20-0,60	0,21-0,65	0,46-1,08	0,29-1,08	0,84-3,24	0,01-0,21	0,12-0,36	3,05-5,65	0,25-0,50

Жилгинское месторождение кварцевых песков

Жилгинское месторождение расположено в Казыгуртском районе, в 9,5 км к северо-востоку от ж∕д ст. Жилга.

Мощность толщи кварцевых песков (15-17)м. На месторождении подсчитаны запасы песков: по категориям + В около 3 млн. т, более 1 млн.т.

Гранулометрический и химический составы кварцевых песков приведены в таблицах 9 и 10.

Кварциты

Кварцитом относятся регионально-метаморфизованные горные породы, сложенные в основном из зерен кварца, макроскопически неразличимыми между собой и сливающимися в сплошную плотную массу с занозистым или раковистым изломом.

Таблица 9. Гранулометрический состав песков Жилгинского месторождения

Фракции, мм , содержание, % по массе
>2,5	2,5-1,6	1,6-1,0	1,0-0,63	0,63-0,40	0,400-0,315	0,315-0,200	0,200-0,160	0,160-0,100	0,100-0,063	0,063-0,050	<0,050
до 4,27	до 2,87	до 3,35	0,03-5,23	0,41-12,82	2,70-22,08	16,68-43,28	7,20-25,94	0,85-35,09	2,30-20,66	0,56-4,16	2,67-22,31
1,62	0,89	1,33	2,89	6,48	9,46	29,03	14,86	13,76	6,32	2,47	11,09

Таблица 10. Химический состав песков Жилгинского месторождения, % по массе

Значения				CaO	MgO	O+п.п.п
Предельные	55,84-94,23	не определено	0,54-1,08	0,28-74,8	0,02-3,46	0,91-1,75	не определено
Средние	87,69		0,9	2,57	1,12	1,12

В составе кварцитов кроме кварца часто встречаются и другие минералы, по которым выделяются разновидности - слюдистые гранатовые, роговообманковые и др.

Образования кварцитов связано с перекристаллизацией песчаников процессе регионального метаморфизма. К кварцитам также относятся некоторые кремнистые породы, являющиеся продуктами цементации кварцевых зерен, опала или метасоматического замещения известняков и других карбонатных пород кремнеземом.

Кварциты характеризуется большим содержанием кремнезема, достигающим 95-99%, высокой огнеупорностью-до 1710-1770 большой механической прочностью. Кварциты - ценные полезные ископаемые, в которых содержание кремнезема достигает 98-99%,используется для изготовления динасовых огнеупорных изделий ,а также широко используется в качестве декоративного камня ,абразивного материала и др. Кварциты используются в керамических массах, для изготовления огнеупоров, фарфора и фаянса. Это плотные горные породы, сложенные преимущественно из округлых зерен кварца, сросшихся между собой (кристаллические кварциты) или сцементированных аморфной кремнекислотой (цементные кварциты). Высокая плотность породы уменьшает в ней количество примесей[7-9].

Грунч-Булакское месторождение кварцитов расположено в Казыгуртском районе, в 5 км к северо-западу от с. Казыгурт. Месторождение состоит из двух участков - участок Грунч-Булак и участок Итаскан. Участок Итаскан расположено в 9км к западу от участка Грунчбулак.

На каждом из участков выделено по два кварцитовых тела - на участке Грунчбулак - Западное и Восточное, на участке Итаскан - Северное и Южное.

Кварцитовые тела на обоих участках имеют почти однородный химический состав. Наивысший показатель содержания по нескольким пробам достигает 99,5%.

На участке Итаскан кварцит представляет собой мелкозернистую породу светло-серого цвета из группы кварца. Структура породы - кристаллически-зернистая. Размеры зерен от 0,2 до 0,6 мм. Текстура - массивная, плотная.

Минеральный состав кварцитов в %: кварц-95-97, биотит и мусковит - 0,5, альбит - 0,3, пирит окисленный 0,5, а также небольшое количество акцессоров -циркона и флюорита. Таким образом ,основная ткань состоит из мелких зерен кварца.

Кварц - ясно кристаллический,модификации, обладающий треугольной кристаллографической структурой. Кристаллы часто имеют двойниковое срастание. Погасание- волнистое. Дисперсионный эффект - желтого цвета. Показатель преломления ниже, чем у канадского бальзама - 1,53. Твердость - около 6,5.

Запасы кварцитов обоих участков подсчитаны по категориям А,В, и и составляют около 250 тыс.т. Горнотехнические и гидрогеологические условия месторождения позволяют вести отработку запасов карьером. Месторождение не обводнено.

Нарчинское месторождение кварцитов

Месторождение расположено в Сарыагашском районе. Запасы сырья по категориям + более 0,3 млн.т. Химический состав кварцитового сырья Нарчинского месторождения приведен в таблице 11. По химическому составу кварциты представляют собой первоклассное динасовое сырье, удовлетворяющее требованиям ГОСТ 10208-39. Запасы сырья по категориям + более 0,3 млн.т.

Таблица 11. Химический состав кварцитового сырья Нарчинского месторождения

Содержание оксидов, % по массе
				CaO	MgO			п.п.п
98,14	0,71	0,05	0,44	0,29	0,07	0,08	0,08	0,13

Учбулакское месторождение кварцитов

Месторождение расположено в Сарыагашском районе,в 10 км запад-юго-запад от с. Казыгурт ,в верховьях Учбулакская. Открыто в 1945 г. Н.Н. Чернявским. Месторождение представлено аллювиальными глыбами, протягивающимися полосой в 50-100 м и длиной в 600 м в юго-западном направлении. Кварцитовые глыбы сложены кристаллической сливной, кристаллической зернистой и цементной разностями динасовых кварцитов. Кварциты Учбулакского месторождения аналогичны Нарчинским. Запасы не подсчитаны.

Таблица 12 Химический состав кварцитов Учбулакского месторождения

Содержание оксидов, % по массе
	+CaOп.п.п
97,36	0,71	1,73	0,06	0,58

.2 Карбонатное сырье

.2.1 Известняк, мел

Известняк, мел - основное сырье для производства извести, портландцемента, глиноземистого цемента, важный компонент стекольных и керамических шихт. Известняк и мел состоят в основном из минерала кальцита - и отличаются лишь плотностью. Известняк - твердая и плотная осадочная порода. В технологии строительных и силикатных материалов из карбонатных пород известняки занимают наиболее важное место. Известняки имеют осадочное происхождение и залегают среди пород всех групп и систем геохронологии. В Южно-Казахстанском регионе особо широко они представлены палеозоем, верхним мелом и неогеном. Мел - осадочная мелкозернистая, слабосцементированная и рыхлая порода, состоящая из мельчайших скелетных частей и панцирей простейших организмов. Качество карбонатного сырья зависит от его структуры, количества и вида примесей, а также их распределения в массе. Наиболее высокие требования предъявляются к карбонатному сырью для производства стекла. В известняке и меле для сортовой посуды допускается не более 0,03% , для оконного стекла - 0,2% [7-9].

Известняк должен соответствовать требованиям стандарта ГОСТ 23671-79, указанным в таблице 13.

Таблица 13. Технические требования к известнякам

Наименование показатели	Норма для марки					Метод испытаний
	ИК-54-01	ИК-53-02		ИК-51-03
1.Массовая доля оксида кальция, %, не менее	54,0	53,0		51,0		По ГОСТ 23673.1-79
2.Массовая доляоксида железа, %, не более0,10,20,3По ГОСТ 23673.2-79
3.Массовая доля оксида магния, %, не более	0,6	1,5		2,5		По ГОСТ 23673.1-79
4.Массовая доля оксида кремния, %, не более	1,0	1,5		2,5		По ГОСТ 23673.4-79
5.Массовая доля оксида алюминия, %, не более	0,5	1,0		1,5		По ГОСТ 23673.3-79
6.Массовая доля влаги, %, не более	7	7		7		По ГОСТ 23673.5-79
7.Массовая доля кусков, %, размером: Более 300 мм Менее 20 мм, не более	Отсутствие					По ГОСТ 23672-79
	10		10		10

Састюбинское месторождение известняков

Састюбинское месторождение известняков расположено в Тюлькубасском районе. Химический состав известняков Састюбинского месторождения приводится в таблице 14.

Таблица 14 Химический состав известняков Састюбинского месторождения

Содержание оксидов, % по массе
			CaO	MgO	MnО			п.п.п
0,1-5,4	0,02-1,4	0,01-1,8	50,1-55,5	0,1-2,8	0,005-0,01	0,007-0,02	До0,73	39,31-43,7

Содержание СаС-78-94%, MgС- 5-8%.

Объемная масса известняков-2-3(2,55)г∕, плотность - 2,69-2,7(2,7)г∕, водопоглощение -2-3(2,5)%, удельный вес -1,62г∕, объемно-насыпная масса-1300 кг∕, пористость-0,6%, содержание глинистых частиц -1% и влажность -0,1%. Известняки состоят на 98% из кальцита, в количестве около 2 отмечаются халцедон, кварц, реже доломит и остатки микроорганизмов. Запасы известняков Сас-Тюбинского месторождения по категориям А+В+ составляют около 70 млн.т.

Бадамское месторождения известняков расположено в Ордабасынском районе, в 4км юго-западнее ж∕д ст. Бадам. Месторождения площадью 6500ˣ800м сложено известняками верхнего девона - нижнего карбона. Известняки темно-серые, мелкокристаллические. Падение пластов под углами 45-60 на юго-востоке, мощность -85м.

Казыгуртское месторождение известняков

Месторождение Казыгуртское расположено в Толебийском районе. Запасы известняков, пригодных для цементной промышленности, учтены госбалансом на 01.01.96 и составляют по категориям А+В+ около 270 млн., в том числе по А- около 30 млн., В- более 110 млн.,- около 130млн., по -более 450 млн..

Запасы известняков, используемых в качестве строительного камня, составляют по категориям А+В+ более 11 млн.-более 55 млн.

Химический состав известняков приведен в таблице 15.

Таблица 15 Химический состав известняков Казыгуртского месторождения

Значения	Содержание оксидов ,% по массе
					CaO
Предельные	0,07-10,2	0,01-0,19	0,01-2,73	0,09-2,48	40,88-57,60
Средние

Продолжение таблицы 15

Содержание оксидов ,% по массе
MgO	MnO	OO Ппп
0,14-2,88	0,02-0,20	0,06	0,08-0,10	0,01-0,12	0,01-0,22	34,0-43,91
	-	-		-	0,02	-

.2.2 Магнезит и доломит

Магнезит и доломит - основное сырье для производства магнезиальных и вяжущих веществ, они также могут входить в состав стекольных и керамических шихт. Доломит - горная порода, состоящая из минерала доломита и примесей. В чистом виде содержит 54,3% . В качестве примесей содержит . В доломите для стеклоделия регламентируется содержание ,так для сортового стекла 0,05%.

Главная масса доломитов образовались экзогенным путем в морях, лагунах и озерах. Доломиты возникают также в результате эпигенетической доломитизации известняков, а также в результате гидротермальных и гидротермально-метасоматических процессов. ГОСТ 23673.1-79 на доломит, предназначенный для стекольной промышленности, и устанавливает комплексонометрические методы определения окисей кальция и магния [20].

Каратауское и Торткудук-Нурасынское месторождения доломитов Карактауское и Торткудук-Нурасынское месторождения расположены в Отрарском районе, около 200 км на запад от ж/д ст. Арысь. Среди останцовых возвышенностей верхнемеловых отложений развиты доломито-известняковые образования. На месторождении Карактау доломито-известняковый пласт, а также пласты песков, песчаников и глин турона полудугой (шириной 1-4 км) охватывают восточный склон гор Карактау на протяжении 30км. Мощность доломито-известнякового пласта 24м, доломитов 4,5м. Химический состав доломитов Карактауского месторождения приводится в нижеследующей таблице 16.

Таблица 16 Химический состав доломитов Каратауского месторождения

Содержание оксидов, % по массе
нерастворимый остаток	R₂O₃	СаО	MgO	СО₂
0,24-1,12	0,36-1,12	31,07-40,12	10,79-21,39	40,98-45,64

Прочность доломитов при сжатии 78,8-229,2 кгс/см².

На месторождении Торткудук-Нурасынское доломиты прослежены на 18-19 км при ширине 2,5-4,0 км. Мощность пласта 8,6 м.

Химический состав доломитов месторождения Торткудук-Нурасы приводится в нижеследующей таблице 17.

Таблица 17 Химический состав доломитов Торткудук-Нурасынского месторождения

Содержание оксидов, % по массе
SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	СаО	MgO	SO₃	P₂O₅
1,96-3,18	0,78-3,26	0,1-0,17	27,74-30,49	15,64-19,98	0,23-2,4	0,1-0,17

Батпаксу-Узеньское месторождение доломитов и доломитизированных известняков. Батпаксу-Узеньское месторождение доломитов доломитизированных известняков расположено в Сузакском районе, в 10 км к юго-востоку от месторождения угля Таскомырсай. Месторождение сложено доломитизированными известняками мощностью 85 м.

Химический состав доломитизированных известняков месторождения Батпаксу-Узеньское приводится в нижеследующей таблице 18.

Таблица 18 Химический состав доломитизированных известняков

Содержание оксидов, % по массе
SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	СаО	MgO	P₂O₅
1,5	2,91	0,58	31,63	19,41	0,1

2.2.3 Сода кальцинированная

Сода кальцинированная (карбонат натрия), химическая формула Na₂CO₃ марки А и марки Б. Кальцинированная сода изготовливается согласно ГОСТ 5100 от 1985 года. Кальцинированная сода широко применяется в качестве хим.реагента в самых различных отраслях промышленности Республики Казахстан.

Сода кальцинированная (карбонат натрия), поставляемая компанией «ПромТехСнаб», изготовлена согласно гос.стандарту ГОСТ 5100 от 85 года, что подтверждается заводскими паспортами и сертификатами качества. На производстве карбонат натрия (каустическая сода) проходит необходимый контроль ОТК - проверку на химический состав и размер гранул.

Кальцинированная сода (карбонат натрия) внешне можно описать как мелко гранулированный порошок прозрачного либо светлого цвета. Упаковывается кальцинированная сода в различную тару по согласованию с Клиентом.

Карбонат натрия - химически правильное наименование кальцинированной соды (содержание Na₂CO₃ порядка 97.0-99.6%). Кальцинированная сода успешно применяется в химической промышленности, стекольном производстве, целлюлозной промышленности и многих других отраслях промышленности Казахстана. Также кальцинированная сода применяется при производстве керамических плит, блоков из стекла, как один из компонентов глазури, в очистке различных газов и др.

На сегодняшний день кальцинированная сода (карбонат натрия) производится двух марок: марка А (высший сорт) и марка Б. Кальцинированная сода (карбонат натрия) марки А в основном используется в стекольном производстве и в хим.промышленности, кальцинированная сода марки Б применяется во всех сферах промышленности, где требования к чистоте реагента не требуют чистоты порядка 99%.

Практически весь ассортимент кальцинированной соды (натрия карбонат), поставляемой компанией "ПромТехСнаб", произведен на заводах России и СНГ. При транспортировке кальцинированной соды настоятельно рекомендуется использовать специальные химические контейнеры для предотвращения попадания влаги на реагент. При длительном хранении кальцинированной соды необходимо соблюдать условия хранения согласно ГОСТ 5100 85 - склад должен быть сухим и вентилируемым.

Следует отметить, что кальцинированная сода (карбонат натрия) не относится к взрывоопасным или легковоспламеняемым материалам, но необходимо соблюдать меры безопасности при работе с реагентом. Карбонат натрия относится к 3му классу по уровню воздействия на человеческий организм, по данной причине настоятельно рекомендуется при проведении работ с кальцинированной содой применять средства инд.защиты, такие как очки (маска), костюм, рукавицы, респиратор.

Сода кальцинированная (карбонат натрия), технические характеристики:

Содержание - 96.0-99.7%

Содержание - 0.003-0.008%

Содержание - 0.04-0.05%

Содержание NaCl - 0.2-0.8%

2.3 Полевые шпаты

Полевые шпаты, объединяющие плагиоклазы и калиевые полевые шпаты, являются самой важной минеральной группой верхней части литосферы. Очень большая распространенность и разнообразие химических составов обусловили им первое место в классификации изверженных пород.

С химической точки зрения полевые шпаты входят в тройную систему NaAlSi₃O₈ (альбит) - KАlSi₃O₈ (ортоклаз) - CaAl₂Si₂O₈ (анортит). Минералы, промежуточные по составу между альбитом и ортоклазом, именуются щелочными полевыми шпатами. Именно калий-натровые полевые шпаты представляют наибольший интерес для керамики, стекольного и др. силикатных производств. Вот наглядные примеры о роли калишпата (ортоклаза) в технологии керамики и стекла.

Полевой шпат в фарфоровой массе в стадии обжига расплавляется в значительном температурном интервале в вязкую массу, растворив в себе каолин и кварц. Далее при снижении температуры из такой массы формируется фарфор, состоящий из молочно-белого стекла, армированного по всему объему мельчайшими игольчатыми кристаллами муллита (3Al₂O₃2SiO₂).

В фарфоровую массу достаточно ввести 26-30% полевого шпата, чтобы избежать деформации изделий, достичь монолитности, необходимой плотности и высоких диэлектрических свойств.В стекломассу полевой шпат вводят до 10%, при этом замена части кремнезема глиноземом из состава полевого шпата повышает прочность стекла к ударам, изгибу, термостойкость, твердость и химическую стойкость.Не обходятся без полевого шпата производство электроизоляторов, абразивов и сварочных электродов. Полевой шпат находит применение и в производстве черепицы, белой штукатурки, красок, полированных порошков и др.

Полевой шпат месторождения Сарыбулакское имеет следующий химический состав (содержание оксидов, % по массе): SiO₂- 78; Al₂O₃- 11,413; Fe₂O₃- 0,483; TiO₂ - 0,11; CaO - 0,141; МgO - 0,014; K₂O - 5,4; Na₂O - 4,227. По массовой доле суммы оксидов (К₂О + Na₂O) (не менее 8%) и по суммарному содержанию CaO+MgO (не более 1,5 - 2) полевой шпат отвечает требованиям ГОСТ 13451-77 .Массовая доля оксида железа в данном сырье превышает 0,2%. На рентгенограмме полевых шпатов Сарыбулакского месторождения (рисунок 3) четко фиксируется кварц, где его линии: d/n = 1,5393, 1,6413, 1,8133, 2,1245, 3,3456, 4,380, 7,1378[10].

Рисунок 6-. Рентгенограмма полевых шпатов Сарыбулакского месторождения

.4 Вспомогательные силикатообразующие материалы

Вспомогательные сырьевые материалы в зависимости от их целевого назначения можно условно разделить на четыре группы:

Осветлители, способствующие осветлению стекломассы в процессе варки (при введение этих материалов в шихту происходит интенсивное освобождение стекломассы от крупных и мелких пузырей);

Обесцвечивающие вещества, благодаря которым улучшаются стекла;

Красители - вещества, окрашивающие стекло в желаемый цвет;

Глушители, которые придают стеклу непрозрачность.

Большинство красителей, введенных в шихту, растворяются в стекломассе и окрашивают ее в разнообразные цвета. Окраска стекол, содержащих эти красители, не меняется при вторичной термической обработке или меняется незначительно в связи с изменением валентности красящего окисла.

К числу таких красителей, называемых молекулярными, относятся главным образом окислы тяжелых металлов - марганца, кобальта, никеля, хрома, ванадия, железа, урана и др.

Соединения хрома окрашивают стекло в зеленый цвет. Лучше всего для окрашивания стекла использовать двухромовокислые соединения хрома, которые, разлагаясь в процессе варки, передают стеклу наибольшее количество окиси хрома и, следовательно, обладают большей окрашивающей способностью.

Вообще окись хрома Cr₂O₃ - важнейший окрашивающий окисел. Количество окиси хрома, потребной для окраски стекол в зеленый цвет, составляет примерно 1-1,5 кг на 100 кг стекла.

Зеленые стекла, окрашенные окисью хрома, имеют слегка желтоватый оттенок. Окраска чисто- зеленого цвета получается лишь при совместном применении в качестве красителя окиси хрома и окиси меди в окислительных условиях процесса.

3. Синтез хрусталя, исследования свойств синтезированного хрусталя

Хрусталь свинцовый варится при температуре около полутора тысяч градусов. Происходят сложнейшие физикохимические процессы, в результате которых образуются весьма устойчивые комплексные соединения. Наряду с кварцевым песком и свинцом вводятся специальные добавки, увеличивающие химическую стойкость хрусталя. Хрусталь не разрушается кислым, щелочным или спиртосодержащими жидкостями, поэтому абсолютно безвреден.

Хрусталь более мягкий материал, чем простое стекло, поэтому традиционной для хрусталя обработкой является алмазная грань. Наносится вручную с помощью быстро вращающихся кругов из синтетического алмаза. Затем полируется химическим способом - подогретыми кислотами. Хрусталь также украшают гравировкой. Маленькими колесами снимают поверхностные слои стекла. Полировке гравированный рисунок не подвергается.

Изделия ручной работы: формы выдуваются с помощью стеклодувных трубок и украшают алмазной гранью или гравировкой.

Прессованные изделия: горячее стекло формуется в пресс-форме. Прессованные изделия более толстостенные, заметны вертикальные швы от формы (на гладких участках), рисунки граней более сглаженные, меньше блеска, формы более простые.

Рисунок 7- Хрусталь

Сырьевые материалы для производства стекла и стеклоизделий условно делят на две группы: основные и вспомогательные.

Основные материалы содержат оксиды, образующие основу стекла и определяющие его свойства.

Вспомогательные материалы представляют собой вещества, которые вводятся для изменения характеристик стекла и ускорения процесса стекловарения (красители, обесцвечиватели, глушители, окислители и восстановители, ускорители варки). Сырьевые материалы могут быть также разделены на природные и синтетические. В стеклоделии в основном применяют природные материалы: кварцевый песок, известняки, доломиты, нефелины, полевые шпаты. Остальные материалы, как правило, синтетические: кальцинированная сода (карбонат натрия), поташ (карбонат калия), свинцовый сурик и глет (оксиды свинца), красители и др. Качество сырьевых материалов (химический и гранулометрический составы, примеси и т.п.) регламентируются соответствующими государственными стандартами и техническими условиями, которые периодически пересматриваются и уточняются.

Пески с повышенным содержанием примесей обогащают (целесообразно делать на месте добычи), чтобы получить содержание примесей в указанных количествах. Содержание в песках красящих примесей при производстве высококачественных бытовых изделий из свинцового хрусталя и бесцветных Nа-Са-Si- стекол не должно превышать, %: V2О5 - 0,05; TiO2 - 0,05; Сr2О3 - 0,0001, сульфидов - 0,01-0,001.

Подготовка сырьевых материалов. В настоящее время, как правило, основные сырьевые материалы, поступающие на стекольные заводы, не могут быть использованы для составления стекольной шихты без предварительной подготовки. Поэтому на большинстве действующих заводов имеются специальные составные цехи, в которых производится их обогащение, сушка, измельчение и просеивание.

При этом такие материалы, как известняк, доломит и мел, подвергают дроблению, сушке, помолу, грохочению и магнитной сепарации, а песок в дополнение к этим операциям часто требует более сложной обработки по его обезжелезнению.

Основные принципы подбора составов шихты

Стекольную шихту приготовляют путем тщательного перемешивания предварительно подготовленных и строго отвешенных (отдозированных) порций сырьевых материалов.

Шихта должна быть строго однородной по своему составу, т.е. в каждом участке шихты соотношение сырьевых материалов должно быть одинаковым и соответствовать заданному рецепту.

Варка стекла

Шихту следует загружать в печь в виде гряд или небольших кучек высотой 100-250 мм. Такая подача обеспечивается при помощи механических питателей с несколькими отдельными бункерами и столами, расположенными по ширине загрузочного отверстия (кармана). Варка стекла в производственных условиях производится в ванной стекловаренной регенеративной печи непрерывного действия с поперечным направлением пламени. Для отопления печи используют природный газ. Варка стекла является процессом многостадийным превращения твердых сырьевых материалов в жидкую стекломассу. Процесс варки стекла состоит из 5 стадий: силикатообразование; стеклообразование; осветление; гомогенизация; студка

Для варки оконного стекла в лабораторных условиях нами выбраны следующие сырьевые материалы: кварцевые пески Аральского месторождения, известняки Састюбинского месторождения, доломиты Карактауского месторождения, полевые шпаты Сарыбулакского месторождения, сода кальцинированная (Россия). Расчет состава шихты приведен в таблице 3.2-3.7. Крупные куски сырьевых материалов раздроблены в лабораторной щековой дробилке, затем в лабораторной валковой дробилке. Помол производился в агатовой ступке. Дозирование компонентов шихты - весовое. Варка осуществлялась в лабораторной печи. Режим варки подбирался и корректировался в процессе исследования. Контроль варки велся параллельно - с помощью КИП и стандартных пироскопов.

4. Особенности технологического процесса производства хрусталя, физико-химические основы стекловарения

.1 Сырьевые материалы

Хруста́ль (от др.-греч. κρύσταλλος - лёд) - особый вид стекла, содержащий не менее 24% окиси свинца (PbO) (или бария (BaO). Добавка оксида свинца увеличивает показатель преломления стекла и дисперсию света в нём (с ювелирной точки зрения - «игру цвета», «огонь»). Добавка оксида бария в основном увеличивает только показатель преломления. Добавка оксида свинца также увеличивает пластические свойства стекла и, соответственно, возможности по его обработке - огранке, резьбе и т.п. Огранка хрусталя, подобно огранке драгоценных камней, позволяет хрусталю в полной мере проявить свойства, обусловленные большим показателем преломления и дисперсией. Название было дано по аналогии с горным хрусталем.

.2 Приготовление шихты

Изготавливают сплавлением оксида свинца PbO с кремнезёмом, соединением натрия или калия (содой или поташем) и малыми добавками других оксидов. Свинцово-калиево-силикатные стекла дороже известковых стекол, однако они легче плавятся и проще в изготовлении. Это позволяет использовать высокие концентрации PbO и низкие - щелочного металла - без ущерба для легкоплавкости. Высокое содержание PbO дает высокие значения показателя преломления и дисперсии - двух параметров, весьма важных в некоторых оптических приложениях. Те же самые характеристики придают свинцовым стеклам сверкание и блеск, украшающие самые утонченные изделия столовой посуды и произведения искусства.

Хрустальное стекло - это свинцово-силикатное стекло, содержащее 13-23 % оксидов свинца и до 17 % оксидов калия. Из хрустального стекла производят высококачественную посуду и декоративные изделия. Оно обладает повышенными плотностью, прозрачностью, лучепреломляемостью и блеском, но меньшей термостойкостью по сравнению с другими видами стекол. Благодаря содержанию свинца и определённому подбору углов, образуемых гранями, изделия из хрусталя отличаются необыкновенно яркой, многоцветной игрой света. Обладают красивым звоном. Хрусталем называется также высококачественное венецианское и чешское стекло. Стиль художественного стекла (хрусталь) - торжественно-парадный, сувенирно-подарочный. Способы обработки изделий из хрусталя: гравировка, огранка, резьба, шлифовка.

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 понимать 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 нередко отождествляют термины «хрусталь» и «свинцовый хрусталь». Более правильно называть хрусталем стекло с высокой степенью прозрачности и белизны, считая эти два свойства основными характеристиками хрустальных стекол. Хрустали следует подразделять на отдельные виды, характеризуемые составом и зависящими от него другими свойствами.

Свинцовый хрусталь, применяемый для изготовления высокосортных художественных изделий и лучшей столовой посуды, имеет наибольшие белизну, прозрачность и показатели преломления и дисперсии. Изделия из свинцового хрусталя обычно обрабатываются алмазной гранью, как правило, покрывающей большую часть их поверхности, что придает им особую «игру».

.3 Физико-химические процессы

Свинец принадлежит к IV группе системы элементов Д.И.Менделеева и по своим свойствам является аналогом олова. Оба эти элемента дают окислы типа RО и R02. Однако наиболее устойчивыми являются SnO2 и РЬО. Можно предположить, что часть свинца все же должна находиться в стеклах в виде РbO₂, т. е. что имеется равновесие РbO₂- РbO+1/2О₂ Относительное количество РbO₂ должно быть небольшим, но поскольку окислы свинца вводятся в стекло в больших количествах, cодержание РbO₂ 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.

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 хрустальные стекла весьма высокого качества, несмотря на малый показатель преломления (1,48-1,49); объясняется это их высокой прозрачностью и белизной. К числу свойств, издавна ценимых в хрустале, нередко относили его высокий удельный вес.

К числу таких же свойств можно отнести и «звонкость» хрусталя: при ударе друг о друга хрустальные изделия издают мелодичный 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, характеризуемая светопоглощением, не превышающим 2% на 1 см (желательно 0,5-1,0% на 1 см).

2. Белизна, т. е. отсутствие цветных оттенков при естественном 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 показатель преломления (желательно не ниже 1,54), высокая дисперсия и высокий удельный вес (около 3,0), являются лишь желательными. Сырьё. Кварцевый песок является основным компонентом стекольной шихты (обычно кремнезем составляет от 40 до 77% веса стекломассы). По сравнению с другими видами сырья он больше загрязнен, 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 сожалению, они присутствуют во всех видах применяемого сырья. Весьма ощутимое вредное влияние оказывают даже ничтожные количества соединений железа (для учета принято их пересчитывать на эквивалентное количество окиси железа Fе₂O₃). Поэтому для хрустальных стекол играют весьма важную роль выбор высококачественного сырья и его обогащение. Можно считать оптимальным сырье, содержащее 0,001- 0,0015% Fе₂O₃. 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% Fе₂O₃, включая 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 титана слабо красит сама, но значительно усиливает красящее действие окислов железа. Титан попадает в стекло из песка и огнеупора, так как в обычных огнеупорных глинах содержится около 1-2% ТіО₂. Поскольку на обесцвечивание хрустальной стекломассы влияют даже тысячные доли процента красящих веществ, все производство хрусталя, начиная от добычи песка и глины и кончая погрузкой 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.

Расход тепла на собственно варку стекломассы при температуре 1 500° составляет для шихты без боя свинцового хрусталя и аппаратного 536 ккал/кг. Для боя, вводимого с шихтой, тепло затрачивается только на нагрев. Средняя теплоемкость стекломассы при 1 500° составляет для свинцового хрусталя .0,21 ккал/кг град. Величина Q2,3 составляет долю величины Q, т. е. Q2,3=K1Q. При отоплении мазутом, природным газом и очищенным генераторным газом К1 =0,2- 0,25, а при отоплении неочищенным генераторным газом- 0,25-0,3. Потери тепла в окружающую среду всей печью w ккал/м2 час зависят от размеров печи.

Увеличение расхода тепла, связанное с повышением температуры в печи, можно приближенно учесть по данным Английского печного комитета с помощью коэффициента К2, который имеет следующие значения: при 1 300°-0,88; 1 350°-0,93; 1 400°-1; 1 500°-1,15 и 1600°-1,3. Расход тепла при варке темноокрашенных стекол примерно на 10- 15% меньше, чем при варке слабоокрашенных. Расход топлива увеличивается с возрастом печи и составляет 2% в месяц, считая от расхода топлива в начале кампании. Это зависит от ряда факторе свойств и размеров огнеупоров, способа охлаждения, применения изоляции, заноса регенераторов.

.4 Варка хрусталя

Стекло варят в ванных и горшковых печах, в основном регенеративных, изредка рекуперативных. Стекловаренные печи отапливают преимущественно генераторным газом. Однако многие печи переведены на отопление природным газом-высококалорийным, дешевым и чистым топливом.

Жидкое топливо (мазут, нефть, соляровое масло) используют в малых количествах, но ее применение будет значительно шире. Горшковые печи используют для варки оптических, хрустальных, художественных и других специальных высококачественных стекол Хрусталь и цветное стекло обычно варят в печах с несколькими горшками. Горшковые регенераторные печи различают по конструкции горелок, определяющей направление движения газов и обогрева горшков В печах с нижним пламенем горелки расположены у пода (подовые горелки).

Горшковые печи имеют следующие недостатки: многочисленные перерывы в работе вследствие разрушения горшков и их смены, плохое использование площади пода, неравномерность варки стекла в отдельных горшках, периодичность выработки и, следовательно, невысокая производительность, дороговизна и сложность изготовления горшков.

Контроль и управление процессами. В шихту свинец вводится в виде свинцового сурика, Рb₃O₄, имеющего перед глетом РbО то преимущество, что содержит лишний кислород; кроме того, глет иногда содержит примесь металлического свинца (в сурике это менее возможно). Щелочи вводятся в виде поташа, селитры, калиевой и натриевой, и, если нужно, соды. Все сырьевые материалы должны иметь высокую степень чистоты (особенно поташ, нередко имеющий загрязнения: сульфаты, хлориды, фосфаты, окислы железа, иногда даже хром).

Отметим, что хлориды, сульфаты и фосфаты, содержащиеся в большом количестве, могут образовывать в хрустале опаловость. Некоторые свинцовые стекла (например, медный рубин) требуют восстановительных условий варки. В них свинец вводится в виде глета, а вместо селитры применяются восстановители, при нагревании не дающие угля (обычно винная кислота к ее соли). Для свинцового хрусталя с 30-35% РbО целесообразны и достаточно пониженные температуры варки, подобно тому, как это делается в отношении флинтов. Однако свинцовый хрусталь можно варить и при обычных температурах. Иногда даже рекомендуют повышенную температуру варки хрусталя, считая, что это способствует устранению свильности камней, особенно при многократном бурлении. Но необходимо иметь в виду, что, помимо устранения пороков по неоднородности, следует помнить о прозрачности стекла, которая находится в зависимости от растворения горшка стеклом.

Дробление размол смешение твёрдых материалов при подготовке сырьевой смеси обработка шихты спекание. Подготовка сырьевой смеси в производстве хрусталя должна обеспечить высокую интенсивность последующих высокотемпературных процессов обжига и спекания для получения с заданным составом и свойствами. Для этого производят тонкое измельчение твёрдых сырьевых материалов, точный расчет и дозировка их, тщательное перемешивание шихты. Центральной стадией производства является высокотемпературная обработка шихты, при которой происходит синтез минералов и образование стекловидной фазы в спекшемся материале. В технологии хрусталя в качестве окислов наиболее часто применяют SiO2, As2O3, K2O, Na2O, ZnO, BaO, РЬО. При нагревании силикатной шихты, включающей эти окислы, последовательно происходят следующие элементарные процессы: удаление влаги физической и гидратной, удаление конституционной воды и СО2, разрыхление кристаллических решеток, их перестройка вследствие полиморфных превращений.

Получение, контроль и транспортировка шихты Отвешивание и смешивание материалов. На стекольных заводах для отвешивания сырьевых материалов используют весы разнообразных конструкций. По принципу действия весы бывают стационарными, отвешивающими только один сырьевой материал; подвижными, отвешивающими все материалы поочередно (весы-тележка, весы на монорельсе); стационарными автоматическими и полуавтоматическими, отвешивающими все сырьевые материалы поочередно (весы снабжены бункером, в который подаются материалы из расходных бункеров); автоматическими, устанавливаемыми под каждым бункером.

В настоящее время на крупных заводах сырьевые материалы отвешивают на автоматических весах, причем весы, транспортные средства и смеситель связаны системой автоматики, обеспечивающей их синхронную работу. Взвешенные в соответствии с рецептом шихты сырьевые материалы перемешивают в смесителях. Контейнерные смесители исключают операцию выгрузки шихты. Их целесообразно применять при малом объеме производства и варке небольших количеств различных стекол (например, при варке окрашенных стекол в Горшковой печи, свинцового хрусталя и т.п.)

Рис. 8- Схема технологической линии приготовления шихты с линейным расположением бункеров сырьевых материалов: 1 - бункера сырьевых материалов; 2 - автоматические весы; 3 - сборочный конвейер; 4 - бункер рукавного переключателя; 5 - смеситель; 6 - шнек; 7 - вагонетка (кюбель, конвейер) для транспортировки шихты к стекловаренной печи; 8 - расходный бункер; 9 - элеватор.

На заводах, выпускающих небольшие партии бытовых изделий из различных стекол, для приготовления шихты целесообразно использовать контейнеры. Шихту с применением контейнеров можно приготовить на поточной линии (рис. 8).

В этом случае контейнеры последовательно проходят первый и второй весовые участки и участок ручного ввода малых добавок (красители, обесцвечиватели и т.п.). Далее контейнеры подаются на участок смешивания шихты, закрепляются в специальных устройствах, вращаются в течение определенного времени, после чего транспортируются к стекловаренной печи.

Рис. 9-Технологическая схема дозировочно-смесительного отделения с применением контейнеров: 1 - контейнер; 2 - первый весовой участок; 3 - распределительный щит; 4 - второй весовой участок; 5 - участок ручного ввода малых добавок; 6 - участок подачи контейнера вилочным загрузчиком на участок смешивания; 7 - участок смешивания материалов в контейнерах; 8 - участок транспортировки контейнеров к стекловаренной печи; 9 - щит управления; 10 - бункера для сырьевых материалов; 11 - бункера для песка и стекольного боя.

4.5 Контроль качества шихты

Готовую шихту контролируют на соответствие заданному химическому составу, влажность, однородность. Допустимые отклонения от заданного состава компонентов в отдельных отвесах не должны превышать по песку, соде, поташу ± 1%, по карбонатам кальция и магния, сурику, глету, влаге ± 0,5%. При работе автоматизированных линий требования по отклонениям состава компонентов шихты ужесточаются, что вызывает необходимость применения кондиционных сырьевых материалов. Применение быстродействующих рентгеновских анализаторов для экспресс-анализа шихты и стекла в сочетании с компьютерной системой расчетов по составу шихты, позволяют создать систему управления качеством шихты. Все расчеты проводятся на основе вводимых в компьютер данных по химическому составу стекла и компонентов шихты, их количеству, влажности, точности дозирования. При этом коррекция рецепта шихты должна проводиться при изменении состава сырьевых материалов с учетом того, что допустимые колебания содержания оксидов в стекле не должны превышать 0,2-0,3%.

.6 Транспортировка готовой шихты

Приготовленную шихту и стекольный бой подают к стекловаренным печам в контейнерах, кюбелях, бункерных вагонетках. При больших объемах подача шихты к стекловаренным печам осуществляется ленточными конвейерами. Возможна подача шихты пневматическим транспортом. При этом расстояние от места приготовления шихты до стекловаренной печи должно быть возможно более коротким. Поэтому для современных заводов, особенно стеклотарных, характерна единая компоновка дозировочно-смесительного отделения и машино-ванного цеха.

.7 Виды порока

Камни шихтные от огнеупоров

Комкование шихты, плохое перемешивание шихты, крупнозернистые компоненты шихты и неоднородность ее гранулометрического состава, наличие посторонних нерастворимых включений

Неправильная загрузка шихты в печь, недостаточная температура или продолжительность варки, быстрое продвижение непроварившихся частиц, разъедание огнеупоров стен варочного бассейна и свода печи

Быстрое продвижение непроварившихс частиц, разъедание огнеупоров стен варочного бассейна и свода печи

Поступление стекломассы с пороками из варочного бассейна, разъедание огнеупоров свода выработочной части печи

Продукты кристаллизации

Применение стекла, склонного к кристаллизации, выдержка стекломассы при температурах, благоприятствующих кристаллизации, попадание пыли, осколков стекла и т.д.

Свиль

Неоднородность гранулометрического состава, комкование и плохое перемешивание шихты, рассоление при транспортировке

Неправильная загрузка шихты в печь, недостаточная температура или продолжительность варки, большая вязкость стекломассы, выплавление компонентов шихты

Недостаточное перемешивание стекломассы газами или резкое падение температуры, растворение огнеупоров

Преждевременное падение и неравномерное респределение температуры, местное растворение огнеупоров, образование высоковязкой поверхностной пленки

Пузыри

Избыточное количество газообразных в шихте, недостаточное количество осветлителей. Неоднородность гранулометрического состава шихты

Неправильная загрузка шихты в печь. Недостаточная температура, неблагоприятная атмосфера в печи, выделение газов из огнеупоров.

Недостаточная температура, затянувшиеся реакции силикатообразования и протекание вторичных реакция. Высокая вязкость стекломассы. неблагоприятная атмосфера в печи

Протекание вторичных реакций, неблагоприятная атмосфера в печи, сильное охлаждение стекломассы, образование газов из огнеупоров. попадание металлического железа.

В современных условиях стекловаренная печь рассматривается как агрегат с рациональным использованием энергии. В современных печах необходимая для стекловарения энергия получается при сжигании природного газа, жидкого топлива и при использовании электроэнергии. Использование электроэнергии для стекловарения наиболее эффективно, но стоимость ее пока еще выше стоимости органических видов топлива. Поэтому использование электроэнергии в стекловаренных печах, должно быть экономически оправдано, т.е. должна быть увеличена производительность печи, сокращен расход материалов, улучшено качество продукции или уменьшено выделение вредных веществ. При использовании различных видов пламенных печей нужно сравнивать удельные расходы тепла на варку стекла. В пламенно-электрических печах сохраняется основное пламенное топливо, а ввод электроэнергии определяется экономическими соображениями. Электроды могут располагаться в зонах варки, осветления и гомогенизации и вводиться через дно или стены печи. Особенно эффективна установка электродов в высокопроизводительных проточных печах прямого нагрева и с подковообразным направлением пламени. Полностью электрические печи сравнительно небольшой производительностью применяются при варке стекол для изделий бытового и технического назначения. По направлению процесса варки электрические печи разделяют на два типа: горизонтальные и .вертикальные.

В печах горизонтального типа стадии стекловарения осуществляются последовательно по длине печи, как в пламенных ванных печах традиционной конструкции.

В печах вертикального типа процесс стекловарения осуществляется по глубине печи. При этом шихта и бой загружаются сверху и варка происходит под слоем шихты. Температура над шихтой не превышает 300 градусов, что значительно снижает потери легколетучих компонентов (B2O3, PbO, Se, Na2O и др.). Вертикальные печи применяются для варки стекол с легколетучими или восстанавливающимися компонентами.

Технология электрической варки постоянно совершенствуется. Ведутся разработки электрических стекловаренных печей с удельными съемами до 15 т/м2 сутки. В будущем при получении достаточно дешевой электроэнергии, электрические печи получат преимущественное развитие.

4.8 Декорирование и обработка стеклоизделий

Шлифование и полировование рисунков на изделиях абразивными инструментами и материалами производиться с применением вращающихся абразивных кругов и специальных щеток с подачей суспензии полирующего материала. При шлифовании стекла происходит два параллельных процесса: при первом (подготовительном) поверхность стекла разрушается на некоторую глубину и образуется система трещин; при втором (производительном) из верхнего трещиноватого слоя удаляются осколки. В результате образуется множество выколок, придающих шлифовальной поверхности шероховатость и матовость.

При механическом полировании шлифованной поверхности удаляется кремнекислородная пленка, образующаяся на поверхности стекла под действием воды. При этом мягкий полировальник с закрепленными на нем зернами полирующего материала снимает при своем движении защитную пленку с выступов шлифованной поверхности стекла. После этого обнажившаяся поверхность стекла взаимодействует с водой, образуя новый слой пленки, который снова снимается полировальником. Такое чередование процессов происходит до максимального сглаживания выступов и приобретение блеска.

Среди наносимых на изделия рисунков различают следующие виды:

Валовое и номерное шлифование - простейшие виды неполированных рисунков, наносимых на изделия из бесцветного и накладного стекла.

Широкополоскостное гранение - украшение изделий шлифованными и полированными плоскостями ( изделия из хрусталя и накладного стекла).

Алмазная резьба - рисунок из различного сочетания прорезанных в стекле и полированных клиновидных граней, создавающих эффектную "игру" света (изделия из свинцового хрусталя и накладного стекла).

Греческий узор Афины Русский узор

Рисунок 10- Разновидности хрусталя

Рисунок 11-Гордость завода - сервиз «Банкетный»

Гравирование - способ нанесения рисунка глубиной 0,5-5 мм абразивным порошком или твердыми абразивными инструментами малых размеров. Художественную гравировку на мелких изделиях можно выполнять медными кругами малых размеров, приваренных к сменным держателям. В процессе работы на медные круги подают суспензию тонкого порошка наждака или карбида кремния в масле, керосине или их смеси. Гравирование осуществляется зернами абразивного материала, а медные круги лишь передают давление этих зерен на стекло. На крупные изделия гравированные рисунки наносят с помощью бормашин, снабженных гибким валом. К разновидностям гравирования относят обработка поверхности стеклоизделий резцами (рисование, выстукивание), а так же с помощью ультразвука и лазерного излучения. Гравированные рисунки обычно не полируют.

Химическая обработка изделий основана на разрушении стекла плавиковой кислотой. Существует следующие виды химической обработки: химическое полирование рисунков алмазной резьбы, матирование поверхности стекла, декоративное травление.

Химическое полирование применяется главным образом для полирования рисунков алмазной резьбы на изделиях из свинцового хрусталя. Полирование осуществляется в смеси плавиковой HF и серной кислоты. Главной частью смеси является плавиковая кислота, которая, вступая во взаимодействие со стеклом, растворяет его, сглаживая шероховатости шлифованной поверхности. Образующиеся фториды и кремнефториды в основном малорастворимы и очень быстро покрывают стекла плотным слоем. Вводимая в полирующую смесь серная кислота взаимодействует с фторидами и кремнефторидами, превращая их в легкосмываемые сернокислые соли.

Для приготовления полирующих смесей используют 40% или 70%-ную плавиковую кислоту и 92-96%-ную серную кислоту. Применяют полирующие смеси, содержащие 1,3-12% HF и 50-60% серной кислоты и имеющие температуру 50-70 градусов. Для химического полирования кроме плавиковой кислоты могут быть использованы ее соли, например, фторид-бифторид аммония. Для полирования используют следующие способы:

.многоцикловый с промывкой изделий в воде и сернокислотном растворе.

.одноцикловый с промывкой изделий в воде.

Декоративное травление. Как правило, все способы декоративноего травления предусматривают следующие операции: подготовка стекла, нанесение защитного покрытия, выполнение рисунка (если он был уже нанесен на предыдущей операции), собственно травление, отмывка изделий от защитного покрытия и окончательная промывка. Рецепт травительного раствора зависит от химического состава стекла, вида травления (светлое, матовое), вида изделия.

При светлом травлении в результате химических реакций стремятся получить растворимые соли. При этом рисунок получается гладким и блестящим. Растворы, применяемые для светлого травления, по составу аналогичны растворам, применяемым для химического полирования.

Заключение

Технологические схемы производства различных силикатов, как правило, складываются из однотипных процессов и операций. К ним относятся чисто механические операции. Дробление - размол - смешение твёрдых материалов при подготовке сырьевой смеси - обработка шихты - спекание. Подготовка сырьевой смеси в производстве хрусталя должна обеспечить высокую интенсивность последующих высокотемпературных процессов обжига и спекания для получения с заданным составом и свойствами. Для этого производят тонкое измельчение твёрдых сырьевых материалов, точный расчет и дозировка их, тщательное перемешивание шихты. Центральной стадией производства является высокотемпературная обработка шихты, при которой происходит синтез минералов и образование стекловидной фазы в спекшемся материале. В технологии хрусталя в качестве окислов наиболее часто применяют SiO₂, As₂O₃, K₂O, Na₂O, ZnO, BaO, РЬО. При нагревании силикатной шихты, включающей эти окислы, последовательно происходят следующие элементарные процессы: удаление влаги физической и гидратной, удаление конституционной воды и СО₂, разрыхление кристаллических решеток, их перестройка вследствие полиморфных превращений, диффузия реагентов, образование твёрдых растворов, спекание

₂SO₄ + CO-Na₂SO₃+CO₂₂SO₄ + H --Na₂SO₃+H₂O

Na₂SO₃--- 3Na₂SO₄ + Na₂S₂S + H₂O - Na₂O + H₂S₂O + H₂O - 2NaOH₂ + 2NaOH - Na₂SiO₃ + H₂O

Спекание - важнейший процесс, происходящий при нагревании смеси твердых веществ. При спекании в результате взаимодействия между компонентами спека или расплава образуются новые химические соединения. При этом реакция производства хрусталя выглядит так:

₂CO₃ + 6SiO₂ + PbO = K₂O*PbO*6SiO₂ + CO₂

хрусталь стекловарение кремнеземистый

Нормативные ссылки

В настоящей курсовой работе использованы ссылки на следующие документы:

ГОСТ 5100-85. Сода кальцинированная техническая. Технические условия

ГОСТ 13451-77 Материалы полевошпатовые и кварц- полевошпатовые для стекольной промышленности. Технические условия

ГОСТ 22551-77 <http://www.teh-stroy.ru/gost-22551-77.php> Кварцевый песок. Технические условия

ГОСТ 23671-79 Известняк для стекольной промышленности. Технические условия

ГОСТ 23673.1-79 Доломит для стекольной промышленности. Методы определения окисей кальция и магния

ГОСТ 23932-90 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Общие технические условия

ГОСТ 24315-80 Посуда и декоративные изделия из стекла. Термины и определения видов стекол, способов выработки и декорирования

ГОСТ 26821-86 Посуда и декоративные изделия из натрий-кальций-силикатного стекла.

ГОСТ 26822-86 Посуда и декоративные изделия из хрустальных стекол. Общие технические условия

ГОСТ 29225- 91 Посуда и оборудование фарфоровые лабораторны. Общие требования и методы испытаний

ГОСТ 30407-96 Посуда и декоративные изделия из стекла. Общие технические условия

ГОСТ Р 51162-98 Посуда алюминиевая литая. Общие технические условия

ГОСТ 253336-82 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры

Список использованной литературы

1. Ю.А. Гулоян. Технология стекла и стеклоизделий - Владимир: Тронзит-Икс, 2003.

Исследования по синтезу хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов

Исследования по синтезу хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов

Нормативные ссылки

ГОСТ 5100-85. Сода кальцинированная техническая. Технические условия

ГОСТ 13451-77 Материалы полевошпатовые и кварц- полевошпатовые для стекольной промышленности. Технические условия

ГОСТ 23671-79 Известняк для стекольной промышленности. Технические условия

Похожие работы на - Исследования по синтезу хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов