Приведение химического состава к стопроцентному

Состав сырьевых материалов и стекла (химический состав) в большинстве случаев в сумме не составляет точно 100 %. Расчеты с химическим составом сырьевых материалов или стекол, не приведенных к 100 %, более затруднительны и кропотливы, чем с составом, приведенным к 100 %.

Для приведения состава к стопроцентному используется формула:

Р = (Р_i * 100) / ∑Р_i,

Где Р_i – содержание компонента (оксида) по анализу, мас. %;

∑Р_i – суммарное содержание компонентов (оксидов) по анализу, масс. %.

Пересчет состава сырьевых материалов на безугарный

При пересчете состава сырьевых материалов на безугарный из состава исключают выгорающие во время варки стекла соединения, например, CO₂, SO₃, H₂O и др.

Основные вещества сырьевых материалов, представляющие сложные соединения (Na₂CO₃, KNO₃, H₃BO₃, Na₂B₄O₇ * 10H₂O, Ba(NO₃)₂ и др.), пересчитываются на оксиды в соответствии со стехиометрией химических реакций. Вода и газы, которые удаляются в процессе варки, не включаются в состав сырьевых материалов. Сложные оксиды (PbO₂, Pb₃O₄), а также металлы (Al, Na, Pb) и катиона (Fe²⁺, Zn²⁺) пересчитываются на оксиды, которые образуются в стекле при варке.

Пример 1

Согласно ГОСТ 828-77 натрий азотнокислый технический (селитра натриевая) 1 сорта имеет химический состав (масс. %): NaNO₃ – 99,5; NaCl – 0,5.

В процессе варки из двух молекул NaNO₃ в стекле образуется одна молекула Na₂O

2NaNO₃ = Na₂O + N₂ + 2,5O₂

2 * (22,99 + 14,01 + 15,999 * 3) = 166,994 мас. ч. NaNO₃ дают (22,992 * 2 + 15,999) = 61,979 мас. ч. Na₂O, а 99,5 мас. % NaNO₃ дают Х мас. % Na₂O.

Отсюда содержание Na₂O в селитре натриевой равно

Х = 99,5 * (61,979 / 166,994) = 36,93 мас. %

Кроме того, в результате улетучивания и разложения NaCl парами воды при варке переходит в стекло оксид Na₂O, количество которого в 10 раз меньше по массе исходного количества NaCl.

Следовательно, 0,5 мас. % NaCl дают 0,05мас. % Na₂O. Тогда суммарное содержание Na₂O в составе натрия азотнокислого технического, которое переходит в состав стекла, составляет

36,93 + 0,05 = 36,98 мас. %

Следовательно, химический состав натрия азотнокислого технического, пригодный для расчета шихты, выражается в виде оксида

Na₂O = 36,98 %.

Пример 2

По ГОСТ 6318-77 сульфат натрия технический имеет следующий химический состав (масс. %): Na₂SO₄ – 97,4; CaSO₄ – 0,15; Fe³⁺ - 0,01; Zn²⁺ - 0,90.

В соответствии с химической реакцией

Na₂SO₄ = Na₂O + SO₂ + 0,5O₂

(22,99 * 2 + 32,06 + 15,999 * 4) = 142,036 мас. ч. Na₂SO₄ дают (22,99 * 2 + 15,999) = 61,979 мас. ч. Na₂O, а 97,4 мас. % дают Х масс. % Na₂O, тогда

Х = 97,4 * (61,979 / 142,036) = 42,50 мас. % Na₂O

Согласно химической реакции

CaSO₄ = CaO + SO₂ + 0,5O₂

(40,08 + 32,06 + 15,999 * 4) = 136,136 мас. ч. CaSO₄ дают 40,08 + 15,999 = 56,079 мас. ч. CaO, а 0,15 мас. % CaSO₄ дают Y масс. % CaO, отсюда

Y = 0,15 * (56,079 / 136,136) = 0,06 мас. % CaO

Исходя из химической реакции

2Fe³⁺ + 1,5O₂ = Fe₂O₃

55,84 * 2 = 111, 68 мас. ч. Fe³⁺ дают (55,84 * 2 + 15,999 * 3) = 159,677 мас. ч. Fe₂O₃, а 0,01 мас. % Fe³⁺  даетZ масс. % Fe₂O₃.

Z = 0,01 (159,677 / 111,68) = 0,014 мас. % Fe₂O₃

По химической реакции

Zn²⁺ + 0,5 О₂ = ZnO

65,38 мас. ч. Zn²⁺ дают 65, 38 + 15,999 = 81,999 мас. ч. ZnO, а 0,90 мас. % Zn²⁺ дают Uмас. % ZnO. Следовательно,

U = 0,90 * (81,379 / 65,38) = 1,12 мас. % ZnO.

После указанных пересчетов химический состав сульфата натрия технического, подготовленный для расчета шихты, выглядит следующим образом (масс. %): Na₂O – 42,59; CaO – 0,06; Fe₂O₃ – 0,014; ZnO – 1,12.

Сумма компонентов в химическом составе сырьевых материалов по данным нормативных документов всегда ниже 100 мас. %, т. к. не учитывает потери при прокаливании, летучие вещества и многие малые примеси. После рассмотренных выше пересчетов в большинстве случаев сумма компонентов становится еще меньше.

РАСЧЕТ СОСТАВА ШИХТЫ ПО ЗАДАННОМУ СОСТАВУ СТЕКЛА

При расчете стекольной шихты принимают, что в стекло переходят оксиды и фториды, а влага и газы улетучиваются. Расчеты шихты можно проводить на 100 массовых частей стекла или на 100 массовых частей кварцевого песка. Более распространен первый способ, т. к. он облегчает дальнейшие вычисления.

Исходными данными для расчета состава шихты служат:

1) Заданный химический состав стекла, масс. %;

2) Химические составы выбранных сырьевых материалов, мас. %;

3) Поправочные коэффициенты на улетучивание компонентов стекла при варке.

Заданный химический состав стекла должен быть приведен к 100 мас. %. В него не должны включатся компоненты, попадающие в стекло как нежелательные примеси в сырьевых материалах (Fe₂O₃, Al₂O₃ и др.), или компоненты, попадающие из атмосферы печи (SO₃).

Химические составы сырьевых материалов принимаются по данным нормативных документов: ГОСТ, ОСТ или ТУ. Химический состав каждого сырьевого материала должен быть представлен в виде оксидов или фторидов, переходящих в стекло. Поэтому данные нормативных документов при необходимости должны быть предварительно обработаны. (см. п. 1.4).