способ получения декоративного стеклокристаллического материала

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕКОРАТИВНОГО СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, преимущественно ювелирного, путем раздельного плавления стекольных шихт двух составов, смешивания полученных расплавов в одном тигле формования и кристаллизации в процессе термообработки, отличающийся тем, что смешивают обесцвеченный тугоплавкий алюмосиликатный и стеклообразный кальциево-фосфорно-бариевый легкоплавкий краситель-кристаллизатор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к новым видам материалов из силикатных расплавов на основе минерального сырья и отходов производства горно-обогатительных и металлургических предприятий и может быть использовано в виде материалов декоративно-художественного назначения, в сувенирных и ювелирных изделиях.

Известен способ изготовления декоративного материала, включающий приготовление расплавов стекломассы одинакового состава в двух тиглях, отливку ее одновременно из двух тиглей в одну фоpму при разных температурах [1].

Известный способ позволяет получать декоративный материал, имитирующий полудрагоценные камни (агат, яшму, и др.). Т.к. этот способ основан на использовании минерального сырья и отходов производства в составы шихты входят окислы железа. Наличие этих окислов в шихте не позволяет получать яркие сочные оттенки цветовой гаммы декоративного материала. Кроме того, для получения высококачественного декоративного материала с высокими механическими свойствами (особенно это важно для ювелирного производства) состав шихты требуется формировать в основном из тугоплавких окислов кремния. Однако при высоких температурах плавления и гомогенизации расплава происходит выжигание значительных количеств дорогостоящих красителей - Co, Cr, Ni, Ce, Pr, Nb, Sm, V, Se, Ag, Au, Cd, и т.д.

Наиболее близким к предложенному является способ получения декоративного материала, в котором готовят две стекольные шихты различных составов, плавят их, а затем смешивают путем отливки в одну форму и проводят термообработку [2].

Данный способ предполагает лишь механическое взаимодействие обоих расплавов, что не позволяет получать материалы с высокотемпературными химическими соединениями, обладающими высокой механической твердостью, что не может явиться высококачественным материалом для ювелирной промышленности. Кроме того, известный способ предполагает использование химически очищенных от посторонних красителей шихтовых материалов, что ведет к увеличению их себестоимости.

Технический результат заключается в повышении декоративных, прочностных качеств ситаллов, а также улучшении технико-экономических показателей процесса их изготовления.

Достигается это тем, что в одном тигле готовят обесцвеченную тугоплавкую стекломассу, а в другом - стеклообразный легкоплавкий краситель, далее производят одновременный слив обоих расплавов в один тигель и заполнение из него форм, после чего отформованные изделия подвергают кристаллизации.

В состав стеклообразующей шихты включают полевошпатовое минеральное сырье: полевой шпат K/AlSi₃O₈/, Na/AlSi₃O₈/, нефелиновый концентрат KNa₃[AlSiO₄] , кианит Al₂[SiO₄]O, флагопит KMg₃[AlSi₃O₁₀] (F OH)₂, мусковит KAl₂[AlSi₃O₁₀] (OH F)₂, лепидонит KLi₂Al[AlSi₃O₁₀] (F OH), кварцевый песок SiO₂, а также 20-30% водяной раствор виллионита NaF или поваренной соли NaCl, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Кварцевый песок 2-70 Раствор NaCl или NaF 3-8

Полевошпатовое минеральное сырье Остальное

Варку этого состава осуществляют в тигельной эл.печи в окислительной атмосфере при температуре 1400-1700^оС в течение 30-20 мин.

При нагревании этого состава шихты происходят следующие химические реакции:

NaF+H₂O __ NaOH+HF

Fe₂O₃+6HF __ 2FeF₃+3H₂O

или

NaCl+H₂O __ NaOH+HCl

Fe₂O₃+6HCl __ 2FeCl₃+3H₂O

В процессе провара летучие соединения фторида или хлорида железа удаляются из шихты, а образовавшийся гидрат окиси натрия способствует ускорению процесса варки стекла. Введение в водный раствор NaF или NaCl перманганата калия в количестве 0,08-1,2% от массы NaF или NaCl обеспечивает равномерное распределение по объему шихты этих компонентов и создает окислительную атмосферу в процессе плавки.

Все это позволяет получить обесцвеченную стекломассу без газовых включений.

В состав стеклообразного легкоплавкого красителя включают: стеклообразующие компоненты - апатитовый Ca₅[PO₃] (F, OH), эвдиалитовый Na₄ Ca₂ Zr Cl [Si₃O₉]₂, лопаритовый (Na, Ce, Ca) (TiNb)O₃, сфеновый CaTiO[SiO₄] концентраты, ковдорскит Mg₂(PO₄) (OH) 3H₂O флюорит CaF₂, барит BaSO₄ и т.п., а также один или несколько минеральных красителей: MuO, CoO, Cr₂O₃, Ni₂O₃, CuO, CeO₂, Pr₂O₃, Sm, V, Se, Au, Ag, Cd и т.д. Причем все эти красители могут входить в состав шихты, как в чистом виде или в виде оксидов, так и в составе минералов.

Варку этого состава осуществляют в тигельной печи при температуре 1200-1300^оС в течение 5-30 мин.

Температурный режим формирования изделий из стекла определяют исходя из того, чтобы вязкость стекла находилась в пределах от 1 10²до 4 10⁷ Па с.

Кристаллизацию стекла проводят при температуре, соответствующей вязкости 110¹²-4 10¹³ Па с.

Использование в качестве компонентов шихты отвальных хвостов горно-обогатительных и металлургических комбинатов позволяет резко снизить себестоимость готовой продукции, а кроме того, использовать ценнейшие химические элементы: Mn, Co, Se, Au, Ag, Ni, Cu, Cr, Ti, B, Pr, Zr, Ba, F, Nb, Ta, La, Nd, V, Y, No и др., находящиеся в отвальных хвостах.

Изменяя состав шихтовых материалов, температурный и временной режим термообработки сформованных изделий из стекла, регулируют кристаллизационные изменения в структуре с помощью того или иного химического элемента, входящего в состав стекла, от чего зависят его цвет и структура рисунка, так например: Mn дает фиолетовый оттенок; Co - синий, Cr - желто-зеленый, Ni - красновато-фиолетовый, Cu - от зеленовато-голубого до красного, Ce - золотисто-желтый, Pr - зеленовато-золотистый, B - пурпурно-фиолетовый, V, Ag, Cd - желтый, Au, Se - красный.

Такое закристаллизованное небьющееся стекло - ситалл - обладает высокой механической прочностью и значительной термической и химической стойкостью. Кроме того, широчайшая гамма ярких сочных окрасок и неповторимость рисунка позволяет использовать этот материал в качестве декоративно-художественного назначения, при изготовлении высококачественной посуды, светильников, в сувенирных и ювелирных изделиях, и т.д. Изготовленные по предложенному способу ситаллы могут имитировать агат, сердолик, яшму, опал, рубин, изумруд, топаз, аметист и т.п.

Примеры приготовления стеклообразующего расплава приведены в табл. 1, примеры приготовления стеклообразного легкоплавкого красителя - в табл. 2, примеры изготовления декоративных ситаллов - в табл. 3.

Из состава шихты для приготовления стеклообразующего расплава целесообразно исключить окислы Ca, а из состава стеклообразного легкоплавкого красителя-окислы Al. Этим достигается снижение температур плавления каждой шихты, т.к. отсутствует в них тугоплавкое соединение 3CaO P₂O₅, что улучшает технико-экономические показатели процесса (снижает расход электроэнергии, повышает производительность оборудования и т.д.).

При смешивании обоих расплавов в промежуточном тигле происходит образование соединений 3CaO P₂O₅, что улучшает в последствии механические и термические свойства ситаллов.

Исходя из сказанного, получение высокодекоративных ситаллов предложенным способом из недорогого минерального сырья и отходов производства горно-обогатительных и металлургических предприятий способствует организации массового производства изделий из этих материалов.