Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Кыргызской Республики

Кыргызский Национальный Университет им.Ж.Баласагына

Факультет химии и химической технологии

Самостоятельная работа студента

По дисциплине: ТНСМ

На тему: Расчет состава шихты

Выполнили: Нукурбекова Айжана

Келечек кызы Айжанат

Группа: ХТ-1-19

Проверил: Саркелов Ж.С

Содержание

Введение

1. Сырьевые материалы для производства стекла

2. Расчет сырьевых компонентов шихты

Заключение

Список литература

Введение

Стекольной шихтой называется однородная смесь предварительно подготовленных и отвешенных по заданному рецепту сырьевых материалов.

Сырьевые материалы для производства стекла делятся на две группы: главные и вспомогательные.

1. Сырьевые материалы для производства стекла

Главные материалы - это материалы, посредством которых в стекломассу вводятся оксиды: кислотные (стеклообразователи), щелочные и щелочноземельные (модификаторы). Стеклообразователи- оксиды, способные самостоятельно образовывать стекло. Это SiO₂, B₂O₃, P₂O₅ и др.

Модификаторы - оксиды, не способные самостоятельно образовывать стекла. Они входят в структуру стекла, разрывая и упрощая сетку стекла и определяя его свойства.

Вспомогательные материалы - это добавки, улучшающие свойства стекла или облегчающие варку: осветлители, обесцвечиватели, красители, глушители, окислители, восстановители и ускорители варки.

Главные материалы вводятся следующими сырьевыми компонентами.

Кремнезем SiO₂. Для большинства стеклоизделий основным сырьевым компонентом является кварцевый песок, содержание которого в шихте составляет 60…70% и выше. Для производства стеклоизделий используются кварцевые пески с содержанием SiO₂ не менее 96%.

Борный ангидрид В₂О₃. Исходным материалом для введения В₂О₃ в шихту является борная кислота Н₃ВО₃ и бура Nа₂B₄O₇•10H₂O, чаще- кальцинированная безводная бура Nа₂B₄O₇. При расчете шихты необходимо учитывать летучесть буры и борной кислоты. Температура плавления буры - 747°С.

Глинозем Аl₂О₃ вводят в состав стекла с помощью технического оксида алюминия, гидроксида алюминия Аl₂О₃•3Н₂О, полевых шпатов, пегматитов, каолинов и др., а также отходов горнообогатительных фабрик -- полевошпатового и нефелинового концентратов. Полевые шпаты бывают калиевые (ортоклазы, микроклины K₂О•Al₂О₃•6SiО₂), натриевые (альбиты Na₂О•Al₂О₃•6SiО₂), кальциевые (анортиты CaO• Al₂О₃•6SiО₂).

Каолины Al₂О₃•2SiО₂•2H₂O (A1₂O₃ 39,5 %; SiO₂ 46,5 %; H₂O 14 %) применяют для стекловарения после обогащения (Fe₂O₃ 0,4--1,0%)

Фосфорный ангидрид Р₂О₅ вводят в состав стекла в виде солей фосфорной кислоты, преимущественно солей кальция, натрия (суперфосфат, костяная мука и пр.). Применяют также фосфаты аммония, апатитовый концентрат и др.

Диоксид циркония ZrО₂ вводят в состав стекла в виде циркона или диоксида циркония. Циркон ZrSiО₄ -- природный минерал, который добывают из россыпей горных пород. Цирконовый концентрат содержит, %: ZrО2₂- 64,5; SiО₂- 31,5; TiО₂- 2; Fe₂О₃ - 0,5. Из циркона получают диоксид циркония.

Диоксид титана TiО₂ вводят в стекло через искусственный продукт TiО₂, получаемый из титансодержащих минералов (сфена, титаномагнетита, ильменита), а также из титанистых шлаков.

Оксид цинка ZnO вводят в стекло посредством цинковых белил, в которых содержится не менее 96 % оксида цинка.

Оксид свинца РbО₂ вводят в стекло посредством свинцового глета (желтый оксид свинца) и свинцового сурика (красный оксид свинца). При варке стекла сурик разлагается (2Рb₃О₄>6РbО+ О₂) на РbО (97,7 %) и О₂ (2,3 %). Выделяющийся при этом кислород помогает осветлению стекломассы.

Оксид натрия Na₂О в состав стекла вводят через кальцинированную соду и сульфат натрия. Сода Na₂CО₃ бывает кристаллической Na₂CО₃•10H₂O и безводной Na₂CО₃. В стекловарении применяют главным образом безводную соду, которая содержит 58,5 % Na₂О и 41,5 % СО₂. Кроме того, соду подразделяют на искусственную, природную, легкую, тяжелую. Природная сода применяется редко, потому что она содержит до 15--20% загрязняющих примесей: сульфата натрия, хлористого натрия и др.

Оксид калия К₂О вводят в состав стекла при помощи поташа (К₂CO₃), содовопоташной смеси и селитры KNО₃.

Поташ К₂CO₃ состоит из 68,2 % К₂О и 31,8 % СО₂. Поташ должен содержать не менее 98 % К₂CO₃ , имеет вид белого порошка, растворимого в воде, легко поглощающего влагу из воздуха. Различают поташ кристаллический

К₂CO₃ •2Н₂О и кальцинированный К₂CO₃. В стеклоделии применяют преимущественно кальцинированный поташ.

Оксид лития Li₂О вводят в стекло посредством искусственного углекислого лития Li₂СО₃ и природных минералов лепидолита LiF•KF•Al₂О₃•3SiО₂, сподумена Li₂О•Al₂О₃•4SiО₂ и др. В лепидолите содержится 6 %, в сподумене --8 % Li₂О.

Углекислый литий должен содержать: Li₂СО₃ не менее 65 %, сульфатов в пересчете на SO₄ не более 1,5 %, хлоридов не более 1 % и R₂O₃ не более 0,5 %.

Оксид кальция СаО вводят в состав стекла посредством карбоната кальция (известняк, мел, мрамор).

Известняк -- осадочная горная порода белого цвета или окрашенная соединениями железа в разные оттенки: зеленоватый, желтый, бурый, красноватый и др.

Известняки, используемые в стекловарении, должны содержать не менее 53 % оксида кальция и не более 0,2 % оксида железа (для сортовой посуды не более 0,03%).

Мел -- мягкая осадочная порода белого цвета, иногда слегка окрашенная примесями. Содержание основного вещества должно быть не менее 98%. Мрамор -- горная порода, отличается высоким содержанием СаСО₃ до 99 - 99,5 %, постоянством состава и небольшим количеством оксида железа до 0,015 %.

Оксид магния MgO вводят в состав стекла преимущественно посредством доломита и может быть введен магнезитом или доломитизированным известняком.

Доломит CaCО₃•MgCО₃ -- природный двойной карбонат кальция и магния, горная порода, в которой кроме основного вещества содержатся примеси (SiО₂, A1₂О₃, Fe₂О₃). В зависимости от вида и концентрации примесей доломит окрашен в желтый, бурый, серый цвет. Допускаемое содержание оксидов железа, %, не более: для оконного стекла 0,3, технического 0,1, сортового 0,05.

Оксид бария ВаО вводится в стекло посредством разных солей бария (сернокислый, углекислый, азотнокислый). Сернокислый барий BaSО₄ встречается в природе в виде минерала барита (тяжелый шпат). Применение ограничено вследствие трудностей разложения без восстановителей. При повышении концентрации в шихте (более 5 %) добавляют восстановитель (4--7 %). В стекло переходит 65,6 % ВаО.

Углекислый барий ВаСО₃ встречается в природе в виде минерала витерита. В стеклоделии применяется также искусственный ВаСО₃. В стекло переходит 77,7 % ВаО. Азотнокислый барий Ba(NО₃)₂, применяемый при производстве оптических стекол (баритовые кроны), содержит 58,6 % ВаО.

Вспомогательные материалы:

Глушители -- вещества, при введении которых стекло приобретает способность рассеивать свет (становится непрозрачным). Глушители которые делятся на три группы по способу глушения:

- кристаллические -- с выделением кристаллической фазы;

- ликвационные --дисперсионные;

- газовые -- за счет газовой фазы.

Наиболее интенсивными являются глушители, образующие кристаллическую фазу. Важнейшим глушителем с кристаллизацией при обжиге является диоксид титана TiO₂ (с показателем преломления анатаза и рутила соответственно n=2,52 и 2,76). При обжиге необходима кристаллизация TiO₂ в виде анатаза, обладающего равномерной мелкокристаллической структурой. В случае же кристаллизации рутила выделяются крупные, неравномерно расположенные кристаллы желтоватого цвета, обладающие повышенной окрашивающей способностью. В шихту TiO₂ как глушитель вводят в количестве 16-20 %, причем пригодным для варки белых эмалей является технический продукт с содержанием TiO₂ не менее 98 %. TiO₂ снижает вязкость эмали, повышает кислотостойкость и блеск. Наилучшее глушение эмали TiO₂ наблюдается в присутствии В₂О₃, Al₂O₃ и Р₂О₅.

Помимо TiO₂, к дисперсионным глушителям относятся SnO₂, ZrO₂, CeO₂, MoO₃, соединения мышьяка, ZnS, Sb₂O₃.

ZrO₂ встречается в природе в виде минералов -- бадделеита ZrO₂ и циркона ZrO₂SiO₂, применяется в качестве кристаллизующегося глушителя, главным образом, в фосфатсодержащих эмалях. ZrO₂ (n=2,4), помимо глушения, улучшает химическую и термическую стойкость, тугоплавкость и блеск покрытий. Обычно ZrO₂ сочетают с Al₂O₃, SiO₂, Al₂O₃SiO₂. Его введение повышает температуру плавления и щелочестойкость эмали.

Классическим дисперсионным глушителем является SnO₂ (коэффициент преломления n=2,06). Это глушитель, который почти не растворяется в расплавленной эмали. Те же незначительные его количества, которые растворяются, частично снова выделяются, улучшая химическую стойкость и прочность эмали. SnO₂ придает эмали слабый оттенок цвета слоновой кости и используется, прежде всего, для просветления керамических красок в производстве ювелирных изделий.

СеО₂ как дисперсионный глушитель применяется редко, только в специальных эмалях ввиду склонности к переходу в Се₂О₃, при этом окраска из желтовато-белой переходит в желтовато-коричневую.

К дисперсионным глушителям на основе сурьмы относятся антимонат натрия NaSbO₃, придающий кремовато-белый цвет покрытию.

К глушителям, глушащим за счет выделения газовой фазы, относятся многочисленные фтористые соединения. Их глушащее действие проявляется как в виде интенсификаторов кристаллизации, так и за счет образования газовой фазы. стекольная шихта кристаллический сырье

CaF₂ -- плавиковый шпат, применяемый в качестве флюса, является слабым глушителем. Представляет собой мелкозернистый материал с незначительными количествами примесей силикатов, известкового шпата, оксидов железа. Глушащее действие CaF₂ базируется на взаимодействии с Na₂O при выделении кристаллов фторида натрия.

Ввиду опасности угара фторидов их нельзя вводить в сильно измельченном виде. Общим для всех фторидов является то, что они обладают слабым глушащим действием и самостоятельно, как правило, не применяются. В общем случае они увеличивают ТКЛР, улучшают блеск, снижают температуру начала размягчения. Из-за отрицательного влияния фтора на состояние окружающей среды в эмалировочной промышленности существует тенденция к исключению или значительному уменьшению применения фтористых компонентов или соединений, либо к установке специальных аппаратов, улавливающих фтор.

К вспомогательным материалам относятся также активаторы сцепления эмали с металлом -- оксидные и сульфидные соединения. К оксидным активаторам сцепления относятся оксиды кобальта, никеля, меди, молибдена, ванадия. Из оксидов кобальта наиболее применимы СоО -- серого цвета и Со₂О₃ -- черного цвета, из оксидов никеля: NiO -- зеленого цвета и Ni₂O₃ -- черного цвета. Наиболее эффективен оксид кобальта в количестве до 1 %. Оксиды никеля действуют слабее и их вводят в 3-4 раза больше, но чаще всего используют совместно оксиды кобальта (0,3-0,5 %) и никеля (0,5-2 %).

МоО₃, а также молибдаты аммония, кальция и бария применяют в сочетании с Sb₂O₃ в качестве активаторов сцепления при безгрунтовом белом эмалировании (1-2 % МоО₃, 1-4 % Sb₂O₃). V₂O₅ применяется как адгезионное средство при эмалировании хромоникелевых сталей.

К сульфидным активаторам адгезии относятся As₂S₃ и As₂S₅, их применяют в сочетании с другими адгезионными средствами.

Окислители вводят в шихту эмали для окисления органических примесей в расплаве и создания окислительных условий, способствующих получению окраски или ее нейтрализации, например, для перевода иона Fe²⁺ в ион Fe³⁺.

В качестве окислителей используют натриевую и калиевую селитры (NaNO₃ и KNO₃), пиролюзит MnO₂, в отдельных случаях используют и нитрат бария Ba(NO₃)₂. Нитраты, помимо окислительной роли, выполняют еще и роль плавней.

Красители стекла представляют собой соединения переходных и редкоземельных тяжелых металлов. С помощью красителей стеклу можно придать любую окраску. На окрашивание стекла влияет тип красителя, его концентрация, режим марки и окислительно-восстановительные условия. Один и тот же краситель в зависимости от условий варки и концентрации может сообщать стеклу разный цвет. На интенсивность и оттенок окрашивания стекла влияет также его состав.

2. Расчет сырьевых компонентов шихты

Заключение

Стекло и изделья на его основе применяют во всех областях современной науки и технике. Стекло превратилось в незаменимый материал строительного и конструкционного назначения, утвердилось в качестве непременного элемента.

В ходе выполнения работы были получены практические навыки в расчете стекольной шихты.

Список литературы

1)Артамонова, М.В., Асланова М.С., Бужинский., И.М. "Химическая технология стекла ситалов "; Учебник для вузов / М.В. Артамонова,М.С. Асланова, И. М. Бужинский и др. Под ред. Н.М. Павлушкина. - М. Стройиздат, 1983. -432с, ил.

2) Дуброво, С. К., Стекло для лабораторных изделий и химической аппаратуры, М. - Л., 1965

3)Тихимирова, Т.И., Щетинина И.А. "Теплофизические основы и организация технологических процессов": Учебное пособие Тихимирова Т.И., Щетинина И.А.-Белгород: Изд-во БГТУ, 2010 - 79с

Размещено на Allbest.ru