2. Пример 2. Расчет стекольной шихты

Заданный химический состав стекла, мас. %: P₂O₅ – 61,86; Al₂O₃ – 6,54; K₂O – 9,91; ZnO – 20,82; CuO – 0,50; V₂O₅ – 0,37. ∑P_i = 100.

Химический состав выбранных сырьевых материалов после необходимых предварительных пересчетов сведен в табл. 2.

Таблица 2

Химический состав сырьевых материалов, мас. %

Сырьевые материалы	Заданные оксиды						Примесные оксиды
	P2O5	Al2O3	ZnO	K2O	CuO	V2O5		Fe2O3	MnO	Cr2O3	NiO	CoO
H3PO4	68,8				0,000005			0,00005	0,000005	0,000005	0,000005	0,000003
Al2O3		98						0,03
ZnO			99,7
K2CO3				67,48	0,00005			0,0003	0,0001	0,00005	0,00005	0,000005
CuO					99,9			0,02
V2O5						97

Поправочные коэффициенты на улетучивание оксидов:

P2O5	Al2O3	ZnO	K2O	CuO	V2O5	Fe2O3	MnO	Cr2O3	NiO	CoO
1,075	1,00	1,04	1,12	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00

Последовательно определяем количества каждого сырьевого материала в шихте по выражению (1).

Количество цинковой окиси ZnO в шихте:

M_ZnO = 20,82 · 1,04 · 100 / 99,7 = 21,72 мас. ч.

Количество окиси ванадия V₂O₅ в шихте:

М_V2O5 = 0,37 · 1 · 100 / 97 = 0,38 мас. ч.

Количество фосфорной кислоты H₃PO₄ в шихте:

М_H3PO4 = 61,86 · 1,075 · 100 / 68,8 = 96,66 мас. ч.

С вычисленным количеством фосфорной кислоты в стекло вводится:

А_введ = 122,44 · 0,000005 / 100 = 0,000006 мас. % CuO

Количество глинозема Al₂O₃ в шихте:

М_Al2O3 = 6,54 · 1 · 100 / 98 = 6,68 мас. ч.

Количество поташа K₂CO₃ в шихте:

М_K2CO3 = 9,91 · 1,12 · 100 / 67,48 = 16,45 мас. ч.

С вычисленным количеством поташа в стекло вводится:

А_введ = 16,43 · 0,00005 / 16,43 = 0,00005 мас. % CuO

Следовательно, с помощью окиси меди в стекло надо ввести CuO

А^’_введ = 0,5 – А_введ = 0,5 – 0,00005 - 0,000006 = 0,499944 мас. % CuO

Тогда количество окиси меди CuO в шихте:

М_CuO = А^’_введ · 1 · 100 / 99,9 = 0,499944 · 1 · 100 / 99,9 = 0,5 мас. ч.

Определяем количество оксидов, переходящих в стекло с каждым сырьевым материалом.

С фосфорной кислотой в стекло переходит:

Р_P2O5 = (96,66 · 68,8) / (1,075 · 100) = 61,86 мас. %

Р _Fe2O3 = (96,66 · 0,00005) / (1 · 100) = 0,00005 мас. %

Р_MnO = (96,66 · 0,000005) / (1 · 100) = 0,000005 мас. %

Р_CuO = (96,66 · 0,000005) / (1 · 100) = 0,000005 мас. %

Р_Cr2O3 = (96,66 · 0,000005) / (1 · 100) = 0,000005 мас. %

Р_NiO = (96,66· 0,000005) / (1 · 100) = 0,000005 мас. %

Р_CoO = (96,66 · 0,000003) / (1 · 100) = 0,000003 мас. %

С глиноземом в стекло переходит:

Р_Al2O3 = (6,68 · 98) / (1 · 100) = 6,55 мас. %

Р_Fe2O3 = (6,68 · 0,03) / (1 · 100) = 0,002 мас. %

С окисью цинка в стекло переходит:

Р_ZnO = (21,72 · 99,7) / (1,04 · 100) = 20,82 мас. %

С поташом в стекло переходит:

Р_K2O = (16,45 · 67,48) / (1,12 · 100) = 9,91 мас. %

Р_Fe2O3 = (16,45 · 0,0003) / (1 · 100) = 0,000049 мас. %

Р_MnO = (16,45 · 0,0001) / (1 · 100) = 0,000016 мас. %

Р_CuO = (16,45 · 0,00005) / (1 · 100) = 0,0000082 мас. %

Р_Cr2O3 = (16,45 · 0,00005) / (1 · 100) = 0,0000082 мас. %

Р_NiO = (16,45 · 0,00005) / (1 · 100) = 0,0000082 мас. %

Р_CoO = (16,45 · 0,000005) / (1 · 100) = 0,00000082 мас. %

С окисью меди в стекло переходит:

Р_CuO = (0,5 · 99,9) / (1 · 100) = 0,5 мас. %

Р_Fe2O3 = (0,5 · 0,02) / (1 · 100) = 0,0001 мас. %

С окисью ванадия в стекло переходит:

Р_V2O5 = (0,38 · 97) / (1 · 100) = 0,37 мас. %

Далее составляем сводную таблицу и определяем расчетный состав стекла.

Таблица Расчетный состав стекла	CoO	0,000003			0,00000082			0,00000382	∑ = 100,0122644
	NiO	0,000005			0,0000082			0,0000132
	Cr2O3	0,000005			0,0000082			0,0000132
	MnO	0,000005			0,000016			0,000021
	Fe2O3	0,00005	0,002		0,000049	0,0001		0,0022
	V2O5						0,37	0,37
	CuO	0,000005			0,0000082	0,5		0,5000132
	K2O				9,91			9,91
	ZnO			20,82				20,82
	Al2O3		6,55					6,55
	P2O5	61,86						61,86
	Сырьевые материалы	Фосфорная кислота	Глинозем	Цинковые белила	Поташ	Меди окись	Ванадия окись	Расчетный состав

Сумма компонентов в расчетном химическом составе стекле оказалась выше 100 за счет вхождения в стекло оксида натрия из технического глинозема и поташа и примесей оксида железа из всех сырьевых материалов. Теоретический состав стекла получаем путем пересчета расчетного состава по выражению (2.5) и сравниваем между собой заданный, расчетный и теоретические составы.

Таблица 14

	Заданный	Расчетный	Технический
P2O5	61,86	61,86	61,8524
Al2O3	6,54	6,55	6,5492
ZnO	20,82	20,82	20,8174
K2O	9,91	9,91	9,9088
CuO	0,5	0,5000132	0,5
V2O5	0,37	0,37	0,37
Fe2O3		0,0022	0,0022
MnO		0,000021	0,000021
Cr2O3		0,0000132	0,0000132
NiO		0,0000132	0,0000132
CoO		0,00000382	0,00000382
∑	100,0	100,0122644	100,0

Анализ химических составов стекол, их сравнение и оценка правильности выбранных сырьевых материалов рассматриваются в разделе 2.4.

Считая теоретический состав стекла, получаемого из выбранных сырьевых материалов, приемлемым, проводим корректировку состава шихты по выражению (2.6):

МО_H3PO4= 96,66 · 100 / 100,012 = 96,65 мас. ч.

МО_Al2O3 = 6,67 · 100 / 100,012 = 6,68 мас. ч.

MО_ZnO = 21,72 · 100 / 100,012 = 21,72 мас. ч.

МО_K2CO3 = 16,45 · 100 / 100,012 = 16,45 мас. ч.

МО_CuO = 0,5 · 100 / 100,012 = 0,5 мас. ч.

МО_V2O5 = 0,38 · 100 / 100,012 = 0,38 мас. ч.

Q = 96,66 + 6,68 + 21,72 + 16,45 + 0,5 + 0,38 = 142,38 мас. ч. стекла

Таким образом, состав шихты, мас. ч. на 100 мас. ч. стекла будет слудеющим:

Фосфорная кислота	96,65
Глинозем	6,68
Цинковые белила	21,72
Поташ	16,45
Окись меди	0,5
Окись ванадия	0,38
∑	142,38

Определяем выход стекла при стеклообразовании

В = (10⁴ / 142,38) = 70,23 %

Угар шихты считаем по формуле (2.9) составляет:

У = 100 – 70,23 = 29,77 %