Основными видами сырья являются:

1.Песок кварцевый – SiO₂.

2.Сода Na₂CO₃ (источник оксида натрия).

3.Известняк, мел и мрамор (источник оксида кальция).

Вспомогательными материалами являются: осветлители, окислители, восстановители, красители, глушители. Они вводятся в шихту в небольших количествах спецсвойств.

Осветлители вводят в расплав стекла для удаления газовых включений, образующихся при варке. В качестве осветлителя применяют: натриевую селитру, хлористый аммоний, оксид марганца (1V), оксид мышьяка (1V). Эти вещества при варке выделяют газы, образующие крупные пузырьки, которые поглощают растворенные в стекломассе газы.

Окислители или обесцвечиватели служат для получения бесцветного стекла. К ним относятся натриевая и калиевая селитра, оксиды мышьяка, оксид сурьмы. При нагревании они выделяют кислород.

2NaNO₃ ↔ 2NaNO₂ + O₂↑

который окисляет оксид железа (11) в оксид железа (111), т.к.

4FeO + O₂ ↔ 2 Fe₂O₃ → FeO (11) окрашивает в зеленый цвет.

Краситель – в основном оксиды металлов, которые вступая в химические соединения с силикатами, окрашивают стекломассу.

Важнейшие из них следующие:

Таблица N 2.

Красители	Количество оксида (в %)	Окраска стекла
1.Оксид железа (2) 2.Оксид железа (3) 3.Оксид никеля (2) 4.Оксид меди (2) 5.Оксид кобальта (2) 6.Оксид меди в присутствии восстановителей 7.Оксид хрома (3) 8.Оксид марганца (4) 9.Оксид марганца (2) 10.Серебро в виде соли 11.Золото в виде соли 12.Селен металлический 13.Сера	0,2-0,3 0,3-0,5 0,2-0,3 0,1-2,0 0,003-0,1 0,1-2,0 0,01-0,1 0,01-0,02 0,01-0,03 0,1-0,3 0,01-0,003 0,1-0,5 1,0-2,0	Зеленая, голубая Желто-зеленая Фиолетовая Голубая до синего синяя красная, рубиновая зеленая пурпурно-фиолетовая желтоватая желтая красная, рубиновая розовая, рубиновая черная

Восстановители применяют для разложения стеклообразующих сульфатов и восстановления некоторых окислов-красителей (СuO; AgNO₃).

Ими является древесный уголь, опилки, кокс, алюминий, олово и др.

Глушители служат для получения опалевых, матовых стекол. Ими являются криолит (Na₃AlF₆), плавиковый шпат (СаF₂), фосфат кальция (Са₃(РО₄)₂), окислы цинка, олова ZnO, SnO.

2.1. Приготовление легкоплавкого стекла

Ход работы:

1. Произвести расчет шихты, необходимой для получения 10-15г стекла, с учетом состава исходного сырья.

Таблица N3.

Вариант	Состав в %			Температура плавления (в С0)
	РbO	В2О3	SiO2
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.	84,5 86,0 87,5 75,0 92,7 86,6 8,0 81,8	11,0 10,6 11,4 15,0 7,3 13,4 6,0 -	4,5 3,4 1,1 10,0 - - - 8,2	484 486 488 540 585 487 560 417

2. Исходные реактивы растереть в ступке и просеять через сито с отверстиями 0,1 мм.

3. На электронных весах в соответствии с расчетом взвесить исходные окислы с точностью 0,1г. Тщательно размешать их на листе бумаги или ступки. Затем 10-15гсмеси высыпать в фарфоровый тигель их и поместить в нагретую печь на керамическую подставку. Для ускорения варки стекла в шихту можно добавить 1%-фторида кальция.

4. Стекломасса после плавления должна быть совершенно однородной. Для этого ее выдерживают в расплавленном виде 10-15 мин. Варка ускоряется при перемешивании стекломассы проволокой. Для проверки готовности стекла делают пробу на провар. Для этого в стекломассу погружают металлическую проволоку, а затем быстро удаляя ее, вытягивают стеклянную нить, Если нить не имеет утолщений, узелков - значит стекломасса проварилась.

5. После окончания варки тигель нужно вынуть из печи и стекло вылить на керамическую плитку.

Для получения окрашенного стекла к приготовленной шихте, дающей прозрачные стекла, нужно добавить окисел, сообщающий стеклу желательную окраску (табл. 2). Интенсивность окраски зависит от количества добавленного окисла. Для равномерного окрашивания окисел перетирают с шихтой, но его можно добавить и в расплавленную массу при осторожном покачивании тигля.

Расчетные данные записаны в виде таблицы.

Наименование сырьевых материалов	Состав шихты в %	Состав шихты для получения 15г стекла (г)	Переходит в стекло в г.	Угар (г)

Примечание:

1.Если для варки берется борная кислота, то учитывается что она содержит 56,45% Н₂О. Поскольку она при нагревании сильно вспенивается, ее лучше перевести в борный ангидрид. Для этого ее нужно прокалить небольшими порциями при температуре 650⁰. Вязкую массу вылить на керамическую плитку, остудить до затвердения, раздробить и дальнейшее обезвоживание вести малыми порциями (2-3г) при температуре 650⁰С, постоянно следя, чтобы масса не выливалась через край тигля. Хранить после получения полученный ангидрид в закрытой посуде, т.к. он гидроскопичен.

2.Окись свинца (11) можно приготовить прокаливанием сурика, карбоната или нитрата свинца при температуре 500⁰С в течении 10-15мин.

3.Поташ, сода и все окислы- красители должны быть просушены и прокалены при температуре 600⁰С.

4.Пример расчета состава шихты:

1. Кремнезема – 74%

2. Окиси кальция – 10%

3. Окиси натрия – 16%

а) В качестве кремнезема берем песок. Угара песок не дает, следовательно требуется 74 кг.

б) Для получения СаО берем мел, который дает угар 44%.

СаСО₃ → СаО + СО₂ ↑

Следовательно 100кг СаСО₃ дают 56кг СаО.

х – 10кг, откуда х=17,86кг

Угар мела= 17,86 – 10 = 7,86кг

в)Для лучшей варки стекла оксид натрия будет введен в виде Na₂CO₃ и в виде Na₂SO₄, (0,5кг Na₂O) всего 3% от (15,5кг Na₂О).

РАСЧЕТ ШИХТЫ

Сырьевые материалы	Состав шихты	Переход в стекло (в кг)
Песок Мел Сода Сульфат натрия Итого:	74,0 17,86 26,50 1,14 119,50	SiO2 74,0 10 - - 74,0	CaO - 10 - - 10,0	Na2O - - 15,5 0,5 16,0	CO2 - - 11,0 7,86 18,86	SO3 - - - 0,64 0,64

Общий угар 18,86 + 0,64 = 19,50 % угара – 16,3%

Суммы всех щелочей, т.е. от 16 кг.

Сода при варке дает угар.

Na₂CO₃ ↔ Na₂O + СО₂↑

Следовательно, соли 100кг дают 58,5кг Na₂O, то

Х – 15,5, откуда количество Na₂CO₃ = 26,5кг.

Угар – 26,5 – 15,5 = 11кг

г)Сульфат натрия дает угар Na₂SO₄ → Na₂O + SO₃ ↑, следовательно, если 100кг Na₂SO₄ дают 43,7кг, х кг Na₂SO₄ дают 0,5 кг Na₂O. Откуда Na₂SO₄ х = 1,14кг. Угар 0,64 кг.