7.8. Вироблеництво скла

Скло виготовлялось та оброблювалось вже 2500 років до на­шої ери в Єгипті, а за 2000 років до нашої ери у Китаї. У Росії ви­готовлення скла було вперше організоване лише у 1635 році шве­дом Єлисеєм Костом.

Скло уявляє собою поєднання кремнезему з рядом окислів (натрію, калію, кальцію та інших), яке утворюється при дуже ви­сокій температурі. При охолодженні скло набуває в'язкості, яка в свою чергу дозволяє виготовляти зі скла різні вироби. Всі речо­вини, які знаходяться у склоподібному стані мають декілька спільних фізико-хімічних характеристик. Типові склоподібні тіла ізотропні, тобто властивості їх однакові у всіх напрямах; при нагріванні плавляться, як кристали, а поступово пом'якшуються, переходячи з крихкого у тягуче, в'язке і, згодом, у краплерідке становище; розплавляються і твердіють, тобто витримують неод­норазове розігрівання до розплавленого стану, а потім охолод­ження за однаковими режимами.

Взагалі скло — це аморфна, тверда плотна маса, непроникна для рідин та газів, нерозчинна у кислотах. Хороше скло од­норідне, майже не проводить тепло та елекроенергію і повністю прозоре.

Існує багато видів скла з різним хімічним складом. Основни­ми групами скла є: вапняне скло — найбільш розповсюджене, ви-Ікористовується при виготовленні посуду, віконного та дзеркаль­ного скла та ін. За хімічним складом відрізняють поташе-вапня-не та содово-вапняне, свинцеве скло (свинцевий кришталь) — різновид скла, в якому частина вапна замінена на свинець. З цьо-

365

го різновиду скла виготовляють більш дорогий посуд, а також оптичне скло, яке сильно переломлює та розсіює світло.

Склад звичайного віконного скла наближено виражається формулою

.

Скло добувають сплавленням у спеціальних печах суміші со­ди Na CO, вапняку СаСО і білого піску SiO. Хімізм процесу мож­на представити так: при сплавленні утворюються силікати натрію і кальцію:

Ці сілікати та кремнезем сплавляють у масу, яка поступово охолоджується:

.

Часто у виробництві скла соду замінують сульфатом натрію і вугіллям. В цьому разі силікат натрію утворюється за рівнянням реакції:

.

Для виготовлення спеціального скла змінюють склад вихідної суміші. Замінюючи соду поташем отримують ту­гоплавке скло (для хімічного посуду). Замінюючи крейду оксидом свинцю (II) Р1О, а соду поташем, добувають криштале­ве скло. Воно має більшу променезаломлювальну здатність і за­стосовується для виготовлення художнього посуду.

Із скла виготовляють волокна і тканини для технічних по­треб. Освоєно випуск склокристалічних матеріалів-силітів, які порівняно зі склом мають більшу міцність. З них виготовляють електричні ізолятори, посуд, тощо.

Основні процеси виготовлення скляних виробів складаються з таких операцій: сирі матеріали подрібнюються, просіюються та змішуються у визначених для кожного сорту скла вагових співвідношеннях. Ця суміш (шихта) засипається у спеціальні скловарні печі і при високій (близько 1450) піддається плавлен­ню. Отримана розплавлена скломаса, очищена від сторонніх домішок, набуває в'язкості при певній температурі, а потім іде на виготовлення виробів. Виготовлення скла відбувається або за до­помогою склоробних машин, або за ручним способом.

Отримані вироби в більшості випадків ще в гарячому стані переносяться в спеціальні печі, в яких підлягають поступовому охолодженню. Завдяки цьому вони стають стійкими до змінення

366

температури і менш крихкими. Після охолодження деякі вироби готові для використання, інші ж підлягають хімічній та ме­ханічній обробці.

Основними сирими матеріалами для скла є кварцевий пісок з високим вмістом кремнезему, кальцинована сода, сульфат, поташ, крейда, вапняний камінь, доломіт, доломітові вапняки. Для того, щоб надати склу спеціальних якостей додають окис свинця, окис цинку, барит або вуглекислий барій, фосфорну кислоту або її солі.

Для отримання фарбованного скла використовують марга­нець, хром, кобальт, мідь, золото та ін., а також деякі рідкі еле­менти.

Для освітлення скломаси до шихти домішують селітру, кухон­ну сіль, а також миш'як. Для отримання непрозорого, так звано­го молочного скла у шихту домішують криоліт, фтористий натрій, або кальцій і деякі інші матеріали. Приблизне співвідно­шення сирих матеріалів для отримання віконного скла при ма­шинному виробництві таке: пісок — 100 вагових частин, сода — 36, сульфат — 4, крейда — 25 вагових частин.

Скловаріння. Конструкції скловарних печей досить різно­манітні. Печі бувають періодично та безперервно працюючі.

До перших відносяться так звані горщикові печі. Кількість скловарних горщиків, які встановлені у таких печах коливається від 1 до 16, при місткості горщика від 0,1 до 1 тонни рідкої скло­маси. У періодично працюючих печах процес плавлення шихт постійно чергується з процесом вироблення продукції.

У безперервно працюючих печах плавлення шихти, очищення скломаси та вироблення продукції відбувається одночасно та безперервно. Басейни таких ванних печей за об'ємом дуже різно­манітні. Об'єм середньої печі у Європі складає 200 квадратних метрів, з добовою продуктивністю (55...65) тонн.

Опалення скловарних печей здійснюють за допомогою гене­раторного газу (отриманого з торфу, вугілля та дров), а також нафтою. Зараз плавлення скла здійснюють в електричних печах.

367