способ подготовки шихты для производства стекла

Формула изобретения

Способ подготовки шихты для производства стекла, включающий обработку кварцевого песка водным раствором гидроксида натрия при температуре 170 - 200^oС, смешивание компонентов шихты, отличающийся тем, что предварительно смешивают компоненты шихты, а после обработки водным раствором гидроксида натрия осуществляют дополнительную термообработку при 400 - 700^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам подготовки сырьевых материалов для производства стекла.

Известен способ подготовки шихты для производства стекла, заключающийся в измельчении, сушке и рассеве компонентов через сита 0,8-1,1 м с их последующим смешением [1].

Недостатками способа являются малая гомогенизация шихты, отсутствие физико-химического взаимодействия между компонентами, возможность расслаивания.

Наиболее близким техническим решением к предложенному способу является способ подготовки шихты для производства стекла, включающий обработку кремнезема водным раствором оксида натрия и термообработку при температуре до 200^oC с последующим смешением со всеми компонентами шихты [2].

Недостатками способа являются его длительность при наличии двух стадий, а также малая гомогенизация смеси компонентов, отсутствие физико-химического взаимодействия между ними, что не исключает возможность расслаивания, значительные энергозатраты.

Задачей изобретения является сокращение длительности подготовки шихты, повышение степени гомогенизации, физико-химического взаимодействия между компонентами и уменьшение энергозатрат за счет снижения температуры обработки.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе подготовки шихты для производства стекла путем обработки кварцевого песка водным раствором гидроксида натрия при 170-200^oC, смешивания компонентов шихты, предварительно смешивают компоненты шихты, а после обработки водным раствором гидроксида натрия осуществляют дополнительную термообработку при 400-700^oC.

Компоненты шихты после измельчения и рассева смешивают с водным раствором гидроксида натрия и подвергают температурной обработке при 170-200^oC в течение 1-1,5 ч. Раствор гидроксида натрия в этих условиях кипит. В процессе кипения раствора осуществляется перемешивание компонентов шихты и ее гомогенизация. Одновременно начинается физико-химическое взаимодействие между компонентами.

После испарения воды смесь компонентов подвергается дальнейшей температурной обработке, которая заключается в подъеме температуры до 400-700^oC с последующей выдержкой при этой температуре в течение 0,5 ч. В процессе температурной обработки происходит удаление химически связанной воды и физико-химическое взаимодействие между компонентами шихты. Наличие в составе шихты других химических соединений и, в частности, компонентов, содержащих алюминий и магний, которые являются составной частью большинства стекол, сдвигает процессы физико-химического взаимодействия между компонентами шихты в область пониженных температур в сравнении с температурой обработки смеси по прототипу. Это объясняется высокой химической активностью алюминия и магния и каталитическим воздействием соединений алюминия на многие физико-химические процессы. В результате образуется сыпучий порошок, в котором все компоненты шихты равномерно распределены вокруг частиц кварцевого песка, что обеспечивает отсутствие расслаиваемости при транспортировке и ускоряет процессы стеклообразования и гомогенизации в стекловаренной печи.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В качестве базового выбрали состав, примерно соответствующий наиболее массовому типу - листовому стеклу, мас.%:

SiO₂ - 71,6

Al₂O₃ - 1,7

CaO - 6,7

MgO - 4,0

Na₂O - 16,0

В качестве сырьевых компонентов использовали кварцевый песок, глинозем, мел, оксид магния и 45%-ный водный раствор гидроксида натрия. С учетом того, что оксид кальция вводится в виде мела, а оксид натрия в виде 45%-ного водного раствора гидроксида натрия, для получения 100 г стекла компоненты были взяты в следующих количествах:

Кварцевый песок - 71,6

Глинозем - 1,7

Мел (CaCO₃) - 13,3

Оксид магния - 4,0

Гидроксид натрия (45%-ный раствор) - 44,0 (Na₂O-16,0)

Навески компонентов помещали в тигель из нержавеющей щелочеустойчивой стали и помещали в муфельную печь, где выдерживали при 170-200^oC в течение 1 ч. Затем поднимали температуру до 400^oC и выдерживали при этой температуре 0,5 ч. В итоге получали сыпучий белый порошок. На этом операция подготовки шихты заканчивалась.

Из полученной шихты изготовили образец стекла. С этой целью подготовленную шихту помещали в корундовый тигель, который ставили в муфельную печь. Температуру в печи поднимали до 1350^o и выдерживали тигель с шихтой в течение 0,5 ч. Содержимое тигля выливали на металлическую плиту, оно представляло собой прозрачную текучую массу. Отжиг образцов стекла проводили при 550^oC в течение 1 ч.

После остывания проверяли визуально качество образцов. Каких-либо дефектов (уплотнений, непроварившихся зерен, посторонних включений) в образцах обнаружено не было. В том числе не было и мелких газовых пузырьков - "мошки", которая была обнаружена при изготовлении стекла по прототипному способу.

Пример 2. Навески компонентов, указанных в примере 1, подготовили и поместили в тигле в муфельную печь, где выдерживали при 170-200^o в течение 1,5 ч. В результате этой обработки вода полностью испарялась из смеси. В дальнейшем температуру поднимали до 700^oC и выдерживали при этой температуре в течение 0,5 ч.

Полученный порошок переносили в корундовый тигель и нагревали до 1450^oC с последующей выдержкой при этой температуре в течение 1,0 ч. Полученный расплав выливали на металлическую плиту и получали образцы в виде дисков. Отжиг образцов стекол проводили при 550^oC в течение 1,0 ч.

Визуальная оценка качества образцов показала, что стекла не имеют газовых пузырьков, уплотнений, посторонних включений, непроваренных частиц.

Таким образом, сравнивая полученные результаты подготовки шихты по известному и предлагаемому способу, можно отметить, что предлагаемый способ позволяет сократить время подготовки шихты, снизить температуру ее обработки на 100 ^oC, повысить качество готового стекла.