ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

МАТЕРИАЛЫ, ВВОДЯЩИЕ ЩЕЛОЧНЫЕ ОКСИДЫ

Промышленные стекла содержат оксиды натрия и калия; в технические стекла и ситаллы вводят также оксид лития. Ионы этих металлов — модификаторы структуры стекол, образующие силикаты, которые легко переходят в расплав. Во многокомпонентных стеклах присутствие щелочных металлов способствует снижению вязкости расплавов и температуры варки промышлен­ных стекол, понижению термической и химической ус­тойчивости стекол, ослаблению их механических и ди­электрических свойств.

Материалы для введения оксида натрия. Na20 вводят в составы стекол преимущественно карбонатом натрия Na2C03 — кальцинированной содой, а также частично сульфатом натрия Na2S04, нитратом NaN03 и гидроок­сидом NaOH. Нитраты Na и К рассматриваются в п. 4.2, «Окислители». Составы главных материалов, вводящих щелочные оксиды, даны в табл. 4.4.

Химический карбонат натрия (кальцинированная сода) — белый пылевидный порошок низкой насыпной плотности (650 кг/м3). Он хорошо растворяется в воде и при этом выделяет теплоту в результате образования гидратов соды, содержащих от 1,5 до 10 молекул Н20. По ГОСТ 5100—73 содержание Na2C03 в прокаленной соде должно быть не менее 99 %, остаточное содержание хлоридов —не более 0,8%, Fe203 — не более 0,02%. Na2C03 плавится при 852 °С без разложения. Сода по­ставляется с заводов в Стерлитамаке (Башкирская

67

АССР), Березниках (Свердловская обл.), Лисичанске (Ворошиловградская обл.) и Славянске (Донецкая обл.).

Соду хранят в сухих закрытых складах или в силосах (банках). Она малосыпуча, плохо смешивается с другими компонентами, зависает и слеживается в бункерах. Вследствие большой удельной поверхности сода легко расслаивается в шихте, а также при транспортировке и загрузке в печи, и, кроме того, сильно распыляется. Для устранения всех указанных недостатков легкой соды в настоящее время переходят к применению соды повышен­ной плотности («тяжелой»). Ее получают либо путем уп­лотнения между вальцами, либо перекристаллизацией из раствора моногидрата Ыа2С0з-Н20. В первом случае получают материал пластинчатого строения с размером частиц 0,1—1,6 мм и насыпной плотностью 900— 1000 кг/м3, а во втором — гранулы размером 0,1—1,2 мм с насыпной плотностью 900—1100 кг/м3. Гранулирован­ную соду в СССР выпускает Стерлитамакский цементно - содовый комбинат по ТУ 18-199-77 (1-й сорт).

Сульфат натрия Na2SOi природный и синтетический (заводской) вводят в шихты взамен части соды. В ших­тах листового и строительного стекла им вводят до 15 % по массе Na20 в стекле. Сульфат натрия разлагается при более высокой температуре, чем сода. Неполностью раз­ложившийся сульфат нерастворим в стекломассе и обра­зует включения инородного расплава, так называемый «щелок», который сильно разрушает огнеупорную клад­ку печей. Чтобы облегчить разложение сульфата натрия, в состав шихты вводят углеродистый восстановитель. Однако введение сульфата необходимо для нормального течения варки стекла (см. пп. 2.3 гл. 6). В малых коли­чествах, отвечающих введению в стекло 0,5—0,7 % по массе Na20 (без добавки восстановителя), сульфат на­трия ускоряет получение стекломассы.

Природный сульфат натрия кристаллизуется из мор­ской воды при понижении ее температуры, обычно в виде десятиводной соли мирабилита Na2S04-10 Н20. Мира­билит подвергают естественной сушке для перевода в безводную соль—тенардит Na2S04. Главные залежи природного сульфата в Туркмении (комбинат Карабогаз - гол) почти исчерпаны, и поэтому в^настоящее время в производстве листового, строительного стекла и техни­ческих стеклоизделий используют чистый синтетический сульфат натрия, получаемый из отходов химических и металлургических производств. Это белый мелкокристал­лический порошок постоянного химического состава (ГОСТ 21458—75), см. табл. 4.4. Чистый сульфат натрия восстанавливается углеродом, начиная с 500 °С (осталь­ные показатели, см. приложение). Насыпная плотность сульфата 1000 кг/м3.

Самым реакционноспоссбным соединением натрия, вступающим во взаимодействие с Si02 при 200° С с образованием силикатов нат­рия, является гидрат оксида натрия NaOH (едкий натр). В послед­ние годы его применение в производстве стекла значительно возрос­ло в ряде зарубежных стран и особенно в Японии, где гидрооксид натрия является отходом химического производства. Для введения в шихту используется 45—50 %-ный раствор NaOH из расчета за­мены от одной десятой до половины количества оксида Na20, вводи­мого содой. В нашей стране NaOH применяют при холодном спо­собе получения жидкого стекла и гидротермальном разложении аморфных горных пород для получения стекольной шихты. Техниче­ский продукт (ГОСТ 2263—79) в зависимости от сорта содержит 93—96 % NaOH.

Материалы для введения оксида калия. Замена части оксида натрия оксидом калия уменьшает склонность стекла к кристаллизации, повышает его показатель пре­ломления, плотность и термостойкость. К2О вводят в со­став шихт карбонатом К2СО3, нитратом KN03 и смесью карбонатов калия и натрия — нефелиновой содой.

Карбонат калия К2СО3 (поташ) — искусственный зернистый белый материал, легко растворим в воде, силь­но гигроскопичен, комкуется. По ГОСТ 4221—75 безвод­ный поташ должен содержать не менее 98 % К2С03; хра­нить его следует в плотно закрытых емкостях, в сухом помещении.

Кальцинированная сода нефелинового производства, ранее называвшаяся «содопоташной смесью», получает­ся как попутный продукт при химической переработке нефелинового концентрата на глинозем. Поставляется для стекольного производства по ГОСТ 10689—75. В ней дол­жно быть не менее 93,5 % по массе смеси карбонатов нат­рия и калия с примесью их сульфатов при разном соот­ношении К2СО3 и Na2C03 и содержании K2S02 4,4—6,5 % (см. табл. 4.4). В ней допускается не более 0,02 % Fe203.

Нефелиновая сода выпускается на Волховском и Пи - калевском предприятиях (Ленинградская обл.) и на Ачин­ском глиноземном комбинате в Красноярском крае. Ее преимущество заключается в том, что она готовится в виде мелких гранул с хорошей сыпучестью и более высокой насыпной плотностью (1000 кг/м3), чем насыпная плот­ность кальцинированной соды. Недостаток этого мате­риала — некоторый разброс б содержании К20 и Na20 между отдельными партиями.

Материалы для введения оксида лития. Оксид лития Li20 — важный компонент технических стекол и ситаллов. Стеклам он при­дает способность легко провариваться, повышенную электропровод­ность, а ситаллам — нулевой и отрицательный коэффициенты терми­ческого расширения. Оксид лития вводят в составы стекол чаще всего карбонатом лития Li2C.03, сильно гигроскопичным белым зер­нистым материалом. Технический карбонат лития содержит по массе ие менее 65 % 1л2С0з и около 3 % примесей сульфатов, хлоридов и оксидов алюминия и железа. Иногда оксид лития вводят также природными минералами — лепидолитом LiF-KF-Al203-3Si02, со­держащим 6 % L. i20 и сподуменом Li20-Al203-4Si02 с. 8 % Li20.