Вибір складу скла та характеристика сировини

Склад медичного скла, призначений для механізованого вироблення масових виробів, по вмісту основних компонентів можна вважати стабілізованим.

Основні оксиди, що утворюють скло (при виготовленні світлозахисного медичного скла), містяться в ньому в наступних кількостях, мас. %:

 

Таблиця 3.1 – Хімічний склад прозорого медичного скла

Назва	Склад оксидів, мас. %
	SiO2	B2O3	Al2O3	Na2O	К2О	СаО	MgO
УСП-1	74	8.3	5.4	7.9	1	1	2.2

 

Сировинні матеріали для введення SiO ₂

Кварцовий пісок являється продуктом руйнування гірських порід, складається в основному із зерен кварцу і зазвичай містить різні домішки. Домішки в піску бувають механічні та хімічні. Всі домішки можна розділити на групи: шкідливі (оксиди заліза, хрому, титану, марганцю) і нешкідливі (оксиди алюмінію, кальцію, магнію, калію, натрію та інші). Перші надають склу забарвлення, другі, зазвичай, входять у склад промислових стекол і вимагають врахування їх тільки при розрахунку складу шихти.

Якість пісків для скловаріння оцінюють за їх хімічним і зерновим складами. Головна вимога до пісків – максимальний вміст двооксиду кремнію і мінімальний вміст забарвлюючих домішок.

Для скловаріння використовують піски, які містять не менше 95 % кремнезему і строго регламентовану кількість забарвлюючих домішок.

Серед забарвлюючих домішок найбільше розповсюдженим являється оксид заліза, в тій чи іншій концентрації, що міститься у складі всіх кварцових пісків.

Іони заліза в промислових стеклах містяться в двох- і трьохкомпонентному стані. Концентрація трьохкомпонентного заліза, зазвичай, більша і тільки в умовах відновлюваного середовища знижується при підвищенні концентрації двохкомпонентного заліза. Рівновага між цими ступенями окислення заліза може бути змінена також під впливом температури і складу: підвищення температури і зниження кількості оксидів лужних металів збільшує концентрацію іонів Fe²⁺, додавання окислювачів (з¢єднань марганцю та інших) збільшує відносний вміст іонів заліза Fe³⁺.

Вплив Fe₂O₃ i FeO на забарвлення скла різне: Fe₂O₃ надає склу жовтувато-зелений або жовтий відтінок, FeO – синювато-зелений або синій відтінок. Інтенсивність забарвлення, яку викликає двохвалентне залізо, приблизно в 15 раз сильніше, ніж забарвлення трьохвалентним залізом.

Другою забарвлюючою домішкою, що міститься в багатьох пісках, є двооксид титану. В присутності заліза він забарвлює скло в жовтий колір. Причиною цього вважають утворення залізотитанових компонентів.

Державними стандартами визначені технічні умови на пісок кварцовий, мелений піщаник, кварцит і жильний кварц для скляної промисловості. Передбачено 15 марок піску для різних типів виробів зі скла. В залежності від марки, доля оксиду заліза коливається в межах 0,01 – 0,25 % за масою. Відповідно зі стандартом вміст оксиду заліза для різних виробів складає, % за масою:

оптичне скло......................................................................не більше 0,01;

кришталь (свинцевий і без свинцевий)................................0,01 – 0,015;

технічне скло............................................................................0,03 – 0,07;

віконне скло..............................................................................0,05 – 0,15;

скловата (пляшки, банки)........................................................0,05 – 0,25.

Стандартом передбачено, що відхилення у складах окремих партій не повинні перевищувати по SiO₂ – (± 0,15 – ± 0,25 %), по Al₂O₃ – (± 0,05 – ± 0,5%) за масою.

Для виробів високої світло-прозорості (оптичне, кришталеве, сортове та інші стекла) використовують перші чотири марки, для яких вміст важкої фракції (Cr₂O₃, TiO₂, V₂O₃) не перевищує 0,05 % за масою.

Вміст вологи в збагачених пісках не більше 0,5 %, а у незбагачених – 7 % за масою.

Коливання оксиду заліза в складі піску, що перевищують вимоги, передбачені стандартом, приводять до однорідності скломаси, порушенню процесів формування, випалу тощо.

Піски збагачують різними методами в залежності від характеру домішок: промивкою збагачують безплівочні піски, підтиркою – плівочні піски, флотацією – піски, які містять зерна залізистих мінералів, флотовідтиркою – піски з домішками глинистих і полевидних частинок, наявністю залізистої плівки, магнітною обробкою – неглинисті, безсплівочні піски, які містять магнітні домішки, хімічною обробкою – за допомогою кислот, солей.

Збагачення пісків – досить складна операція і, в основному, виконується на збагачувальних фабриках на місцях родовищ пісків.

За нормами ПТЕ (правила технічної експлуатації) пісок на заводах просівають через сито № 08, відсіваючи зерна більше 0,8 мм. Всі дрібні зерна при цьому потрапляють в шихту. Більш придатними для скловаріння являються піски з зерновим складом в межах 0,1 – 0,4 мм.

Стандартом, при збагачені піску, обмежена концентрація крупних і дрібних зерен: кількість зерен більше 0,8 мм повинна бути не більше 0,5 %, а зерен менше 0,1 мм – не більше 5 %.

SiO₂ вводимо з кварцовим піском Новоселівського місцезнаходження в Харківській області. Пісок відповідає ДСТУ 22551-77.

Хімічний склад Новоселівського кварцового піску, мас.%: SiO₂ – 98,64; Al₂O₃ – 0,44; Fe₂O₃ – 0,65; в.п.п. – 0,27; важка фракція – 0,54.

Сировинні матеріали для введення B ₂ O ₃

Оксид бору B₂O₃ вводимо у скломасу безпосередньо за допомогою борної кислоти.

У чистому виді борна кислота представляє собою білі кристали. В її склад входять 56,45 % B₂O₃ та 43,55 % Н₂O. При нагріванні борна кислота втрачає рідину і переходить у борний андегрид B₂O₃.

Оксид бору у складі скла сприяє зниженню коефіцієнта термічного лінійного розширення (КТЛР) і тенденції кристалізації скла, підвищенню термічної та хімічної стійкості скла і швидкості його провару, поліпшенню освітлення скла.

Борна кислота відповідає ДСТУ 18704-78.

Хімічний склад борної кислоти, мас.%: B₂O₃ – 98,6; в.п.п. – 1,4.

Сировиною для введення оксиду магнію є доломіт. Це джерело магнію працює як стабілізатор для покращання загального опору до фізичних та хімічних пошкоджень. Хімічний склад доломіту, мас. %: СаО – 32; МgO – 19; Fe2O3 – 0.05; волога – 2%

Сировинні матеріали для введення Al ₂ O ₃

Додавання Al₂O₃ в певних кількостях у склад скла сприяє зниженню КТР скла, підвищує механічну та термічну стійкість, поліпшує кристалізаційні властивості. Al₂O₃ вводять у склад скла за допомогою технічного оксиду алюмінію, гідроксиду алюмінію, польових шпатів, каолінів та інших. Крім того можна застосовувати відходи гірничо-збагачувальних фабрик, польовошпатового та нефелінового концентрату. Для введення Al₂O₃ також використовують пегматити.

Пегматити являються собою природну суміш польових шпатів та оксиду кремнію. Вміст оксиду алюмінію може досягати 20 – 22 %. У вигляді супутніх домішок у пегматитах зустрічаються оксиди заліза, лужноземельних матеріалів, титану. На відміну від польових шпатів, в пегматитах оксиди заліза містяться у вигляді крупнокристалічних включень, і легше піддаються відділенню основної породи.

Al₂O₃ вводимо каоліном, що відповідає ДСТУ 196090 – 89. Каолін має наступний хімічний склад, мас. %: Al₂O₃ – 36,7; Fe₂O₃ – 0,52; СаО – 1,18; SiO₂ – 46,35; в.п.п. – 14,74; волога – 0,51.