ОБЩИЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ ПЕРЕСЧЕТА СОСТАВА СТЕКЛА И ИХ ПРИМЕЧАНИЕ

Выбор химического состава стекла

Состав, принятый для стекла каждой марки, обеспечивает получение установленных ГОСТ 3514-94 оптических констант при соблюдении некоторых средних условий производства. При любом отступлении от них оптические постоянные отклоняются от номинальных значений. Это определяет чрезвычайно жесткие требования к точности и качеству приготовления шихты.

В методических указаниях к лабораторным работам и курсовому проектированию «Химический состав оптических стекол» (сноска) приведены составы всех марок применяющихся в оптической промышленности стекол.

Бесцветное оптическое стекло. Настоящий отраслевой стандарт ОСТ 3-4931-81 распространяется на бесцветное оптическое стекло серии 100. Синтетический состав установлен применительно к технологическому процессу изготовления стекол, утвержденному на производстве.

Цветное стекло. Отраслевой стандарт 3-4375-79 распространяется на оптическое цветное стекло, и устанавливает химический синтетический состав. Синтетический состав установлен применительно к технологическому процессу изготовления стекол, утвержденному в установленном порядке.

Выбор сырьевых материалов

Выбор сырьевых материалов производится по нормативным документам: ГОСТам, ОСТам и ТУ. При этом учитываются:

- содержание примесных компонентов и, в первую очередь, оксидов железа, придающих стеклу цветной оттенок;

- влияние сырьевых материалов на скорость процесса стекловарения;

- необходимость поддержания определенных условий варки (окислительных, восстановительных) или ускорения стекловарения;

- стоимость сырьевых материалов;

- дальность перевозки от баз до проектируемого завода или цеха, в первую очередь, для основных компонентов шихты (кварцевый песок, сода, известняк, свинцовый сурик, поташ).

Химический состав сырьевых материалов для расчета шихты стекла приведен в методических указаниях «Сырьевые материалы для производства оптических стекол».(сноска)

Выбор сырья следует начинать с кварцевого песка. В ГОСТе 22551-77 изложены требования к химическому составу кварцевых песков в зависимости от вида и качества изделия из стекла. Для установленного ранее ассортимента подбирают необходимую марку кварцевого песка с указанием по химическому составу. Содержание примесных оксидов, которые не лимитируются ГОСТом (CaO, MgO, Na2O, K2O), может приниматься с учетом химических характеристик кварцевых песков различных месторождений.

Можно принять, что содержание Fe₂O₃ в готовой продукции из стекла не должно превышать максимально допустимое значение Fe₂O₃ в кварцевом песке, идущем на производство этой продукции, т.е. руководствоваться ГОСТ 22551-77, поскольку содержание Fe₂O₃ в готовой продукции нормативными документами не лимитируется. Исходя из принятого условия, вслед за песком выбирают другие природные и технические сырьевые материалы, учитывая содержание в них оксидов железа и приближенно оценивая возможные их качества в шихте, а также максимально возможное содержание Fe₂O₃ в готовом стекле.

Во избежание использования случайных анализов, химический состав природных и технических сырьевых материалов принимается по данным нормативных документов. При этом берутся минимально возможные содержания основного вещества и максимально возможные содержания примесей. Это позволит, во-первых, без дефицита рассчитать в дальнейшем потребность в сырьевых материалах и, во-вторых, прогнозировать наиболее неблагоприятный случай.

Сумма компонентов в составе сырьевых материалов всегда меньше100%,т.к. не учитывает потери при прокаливании, некоторые летучие вещества и многие малые примеси.

Влияние сырьевых материалов на интенсивность и условия варки учитывается на основе теоретических представлений о стекловарении и практики стекольного производства. По-разному влияют на интенсивность варки щелочесодержащие материалы (сода, сульфат натрия),материалы, содержащие Al2O3 (полевошпатовые и кварц-полевошпатовые концентраты, технический глинозем, глины, каолины). Окислительные условия варки многих стекол (хрустали, ряд цветных и других стекол) требуют введения селитр или других окислителей. Для поддержания восстановительных условий варки (ряд цветных и других стекол) применяют восстановители, что может не найти отражения в заданном химическом составе стекла. Необходимость введения ускорителей варки устанавливается на основе критического рассмотрения заданного состава стекла, выбранных сырьевых материалов, достигнутого удельного съема стекломассы и температурных условий варки.

Марки и сорта сырьевых материалов выбирают с учетом их оптовых цен: сырьевые материалы должны удовлетворять изложенным выше требованиям и быть по возможности дешевыми. Из тех же соображений выбирают месторождение или предприятие-изготовитель: дальность перевозки сырья должна быть минимальной.

Работа по данному разделу заканчивается сводкой выбранных сырьевых материалов в таблице по форме, приведенной ниже.

Таблица 1

Таблица 2

Различные месторождения сырьевых материалов

Расчет состава шихты

Приготовление шихты выполняют на традиционном оборудовании. Трудности процесса связаны с разнообразием составов стекол, малым объемом шихты для мелких партий изделий и огромной номенклатурой используемых материалов. Как правило, каждый материал имеет несколько кондиций (марок) по качеству: технический, чистый, чистый для анализа, химически чистый, особо чистый для производства оптического стекла. Для получения оптического стекла используются кварцевые пески лучших месторождений с содержанием оксида кремния примерно 99% и оксида железа не больше 0,4%.

Выбор сырьевого материала определяется, с одной стороны, его стоимостью, с другой – требованиями к данному стеклу.

Состав, принятый для стекла каждой марки, обеспечивает получение установленных ГОСТ 3514-94 оптических констант при соблюдении некоторых средних условий производства. При любом отступлении от них оптические постоянные отклоняются от номинальных значений. Это определяет чрезвычайно жесткие требования к точности и качеству приготовления шихты.

ОБЩИЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ ПЕРЕСЧЕТА СОСТАВА СТЕКЛА И ИХ ПРИМЕЧАНИЕ

Состав стекол обычно принято выражать в массовых и молярных процентах. Выражение состава стекол в массовых процентах является наиболее распространенным и удобным для заводской практики. Содержание отдельных оксидов в стекле определяется по формуле

Р_i = (p_i * 100) / ∑p_i,

Где Р_i – содержание i-ого оксида в стекле, масс. %;

p_i – массовое содержание i-ого оксида в стекле, масс.ч;

∑p_i – суммарное массовое содержание всех оксидов в стекле, масс.ч.

Состав стекла в молярных процентах выражают, как правило, в научных исследованиях, при расчетах свойств стекла по методу Аппена. Содержание отдельных оксидов в стекле в этом случае определяют по формуле:

N_i = n_i / ∑ n_i,

Где N_i – содержание i-ого оксида, мол. %;

n_i - число молей i-ого оксида;

∑ n_i – сумма молей всех оксидов стекла.