Kako i od čega se proizvode staklo i proizvodi od stakla. Staklo: šta je, vrste, tehnologija proizvodnje, svojstva, namjena

Iznenađujuće, kada se svakodnevno suočavaju sa staklenim proizvodima, malo ljudi razmišlja o tome od čega je staklo napravljeno. U međuvremenu, proces stvaranja ovog materijala je prilično zanimljiv, a raspon primjene je vrlo širok.

Tehnologija proizvodnje stakla

Glavna komponenta od koje se pravi je uobičajena kvarcni pijesak. Da bi se od neprozirne rastresite tvari formirao prozirni i bezbojni monolit, zagrijava se na vrlo visoke temperature. Zbog toga se pojedinačna zrna pijeska spajaju, a kako se hlađenje staklenog "tijesta" događa vrlo brzo, nemaju vremena da se vrate u prvobitni oblik. Osim toga, sastav stakla uključuje sodu, malo vode i krečnjak. Da bi se dobio obojeni materijal, u rastopljenu masu se dodaju metalni oksidi. Koji zavisi od željenog rezultata. Tako, na primjer, oksidi kroma i bakra daju zajedno zelene boje, odvojeno hrom oksid - žuto-zeleni, i kobalt - tamnoplavi.

Tehnologija proizvodnje stakla je sljedeća. Prvo, sve komponente su najpreciznije mjerene elektronske vage, šalju se u ogromnu peć, gdje se na temperaturi od 1600°C pretvaraju u jednu masu. Tada se ova masa pravi homogena ili, govoreći naučni jezik, se homogenizuje i iz njega se uklanjaju svi mjehurići plina. Tada će se staklena masa morati "okupati" u kadi rastopljeni lim, čija se temperatura približava 1000°C. Zbog manje gustine od taline kalaja, staklo se ne miješa s njim, već pliva na površini. Istovremeno se hladi i dobija savršenu glatkoću.

Debljina materijala ovisi o doziranju potrošne mase koja ulazi u kadu - što je manja, to će ispasti tanja. Kada stakleno vlakno napusti limeno kupatilo, njegova temperatura pada na 600°C, ali je i dalje dovoljno vruća da se stvrdne. Stoga se ponovo hladi propuštanjem staklenog „limića“ kroz transporter rotirajućih valjaka dok se masa ne ohladi na 250°C. Hlađenje mora biti postepeno, inače će materijal popucati. Na kraju transportne trake ugrađena je automatska kontrola kvaliteta - otkrivajući moguće nedostatke u materijalu. Mjesta koja su označena skenerom uklanjaju se u sljedećoj fazi procesa - tokom rezanja jedne "mreže" na listove željene veličine. U tom procesu se odsječe njegova ivica, na kojoj ostaje traka zupčanika.

Dobijeni ostaci se dodaju u novu seriju staklenog "tijesta" - tako izrada stakla postaje proces bez otpada.

Karakteristike stakla

Sada kada je dobijen odgovor na pitanje kako nastaje staklo, vrijeme je da o tome popričamo detaljnije. Dakle, postoji nekoliko parametara po kojima se čaše dijele. Po svojoj namjeni dijele se u tri kategorije. Domaćinstvo - to jest oni koji idu na proizvodnju posuđa, posuda, čaša i raznih ukrasa. Konstrukcija - ova lista uključuje staklene blokove, prozore sa dvostrukim staklom, izloge, mozaike, vitraže i tako dalje. I, na kraju, tehnički, koji se koristi u hemijskoj, inženjerskoj i drugim industrijama. Drugi znak po kojem se ovi proizvodi dijele u pet klasa je vrsta obrade.

• Prvi razred. Uključuje predmete napravljene korištenjem tehnologija koje uključuju jednu ili drugu obradu stakla.
• Druga klasa. Uključuje proizvode koji su prošli mašinska obrada površine, kao što su: brušenje, poliranje, matiranje (bez upotrebe hemikalija), graviranje i tako dalje.
• Treća klasa. U ovu kategoriju spadaju predmeti čija su lica hladno obrađena. mehanički. Na primjer, bili su zaobljeni ili fasetirani.
• Četvrti razred. Predmeti koji su hemijski tretirani, kao što su nagrizani ili matirani kiselinama.
• Peti razred. Naočale sa filmom ili bilo kojim drugim premazom.

Također, staklo se odlikuje teksturom vanjske površine. Ovdje postoji sedam kategorija, od kojih jedna uključuje, a ostalih šest - glossy. Sjajne površine mogu biti nagrizane, bez premaza ili premazane organskim filmom, silikonskim jedinjenjima, poluvodičima ili metalnim raspršivanjem.

svojstva stakla

Jedno od glavnih svojstava ovog materijala je sposobnost prenošenja svjetlosti. Vrijedi reći da u prirodi ne postoje naočale sa 100% propusnošću svjetlosti. Najbolji predstavnici prozirnog "bratstva" propuštaju oko 92% vidljive svjetlosti, a uobičajeni prozori - ne više od 87%.

Toplotna provodljivost stakla, odnosno sposobnost prevođenja toplote od toplijih do hladnijih područja, vrlo je niska. Ova sposobnost ovog materijala stvara mogućnost za njegovu upotrebu u pećnicama ili pećnicama. Gustoća stakla, odnosno odnos mase i zapremine, u potpunosti zavisi od njegovog hemijskog sastava. Tako, na primjer, ako olovo uđe u staklo, tada će njegova gustina biti visoka. Uobičajeni prozor ima gustinu od 2,5 g po cm 3 - drugim riječima, 1 cm 3 teži 2,5 grama.

Tvrdoća- odnosno sposobnost otpora prodiranju drugih materijala je otprilike šest bodova na Mohsovoj skali. Poređenja radi, dijamant, najgušći materijal prema ovoj definiciji, ima vrijednost deset. Krhkost stakla, kao što svi znaju, je vrlo visoka, ali njeni točni pokazatelji mogu se odrediti samo u posebnoj laboratoriji.

Staklo služi čovjeku stotinama godina, a proces njegovog stvaranja i dalje je privlačan, a na neki način čak i misteriozan. Ne samo da štiti naše domove od hladnoće i vjetrova, već daje i veliku slobodu za kreativnost - od izrade vitraža do izduvavanja svih vrsta predmeta iz njih.

Od čega se pravi staklo?

1. Bolje je kupiti u prodavnici i ne kupati se.
2. Od čega se pravi staklo?

   Paradoksalno, STAKLO je očvrsnuta tečnost.
   Glavna komponenta stakla, koja je u njemu uključena većina(60-70% zapremine) i definiše njegova tipična svojstva SILICA SiO2 (pijesak, kvarc, sitnozrni pješčenjak).
   Silicijum se uvodi u sastav stakla, u obliku, na primjer, kvarcnog pijeska.
   U staklarstvu se koriste samo PURE sorte kvarcnog pijeska, u kojem ukupno zagađenje (nečistoće gline, kreča, liskuna) ne prelazi 2-3%.
   Posebno je nepoželjno prisustvo gvožđa, koje, čak iu malim količinama u pijesku, boji staklo u neprijatnu zelenkastu boju.

   Staklo se može zavariti samo od pijeska bez dodavanja drugih supstanci, ali za to je potrebna vrlo visoka temperatura (preko 1700 stepeni C).
   Obične moderne peći od vatrostalne glinene opeke, koje koriste čvrsta, tečna ili plinovita goriva, nisu prikladne za to: morate pribjeći električnim pećima, čiji je rad vrlo skup.
   Stoga se za snižavanje tačke topljenja pijeska koriste razni aditivi...

3. Izrađuje se od pijeska na visokoj temperaturi i pritisku.
4. Za izradu stakla majstori uzimaju: kvarcni pijesak (glavna komponenta); kreč; soda; Kako se pravi staklo Prvo, kvarcni pijesak, soda i kreč se zagrijavaju u posebnoj peći na temperaturu od 1700 stepeni iznad nule. Zrnca pijeska su međusobno povezana, nakon što se homogeniziraju (pretvore u homogenu tvar), gas se uklanja. Masa se uranja u rastopljeni lim sa temperaturom iznad 1000 stepeni, koji zbog svoje manje gustine pluta na površini. Što je tanja masa koja ulazi u limenu kadu, to će staklo biti tanje na izlazu. Izrada stakla Završni dodir je postepeno hlađenje.

   Soda pomaže u smanjenju tačke topljenja za 2 puta. Ako se ne doda, pijesak će se vrlo teško rastopiti, a samim tim i povezati pojedinačna zrna pijeska jedno s drugim. Kreč je potreban da bi masa izdržala vodu.

5. Kvarcni pijesak, kreč i soda
6. Pa, zapravo od kvarcnog pijeska
7. Staklo se dobija topljenjem mešavine peska i dr mineralne komponente, što - zavisi od marke stakla. Na primjer, kristalno staklo, od kojeg se izrađuje ukrasno posuđe, sadrži značajnu količinu olova. Otapanjem čistog kvarcnog pijeska dobija se kvarcno staklo - ono je vrlo vatrostalno i viskozno u talini, tako da ne ispada ni providno zbog mjehurića zraka koji ostaju u njemu. Ima skroman koeficijent toplinskog širenja - ako se zagrije do crvene boje i stavi u vodu, neće pucati. Koristi se u proizvodnji laboratorijskog staklenog posuđa, staklenih grijaćih elemenata za laboratorije i industriju itd. Da bi se dobilo optičko kvarcno staklo koje propušta ultraljubičasto zračenje, topi se gorski kristal – ovo je, kao i kvarcni pijesak, čisti SiO2, ali krupnozrni, koji je rijedak u prirodi.

   Na Vasilčenkov odgovor. Ranije je napravljeno uranijsko staklo za proizvodnju ukrasnog posuđa - nevjerojatne žućkasto-zelene boje, proizvodi od njega mogu se vidjeti u Moskvi u Muzeju Kuskovo. Sa otkrićem radioaktivnosti, proizvodnja takvog stakla je zaustavljena.
   Za zaštitu od radioaktivnog zračenja koriste se ekrani od olovnog stakla - sadrži čak više olova od ukrasnog kristala i ima žućkastu nijansu. Kineskopi za monitore su napravljeni od istog stakla - da bi zaštitili korisnika računara od protoka elektrona iz "elektronskog pištolja" kineskopa.

8. Obično staklo u svom sastavu sadrži oko 70% silicijum dioksida, koji se u istom obliku nalazi u kvarcu, au polikristalnom obliku, pijesku. Staklena kompozicija

   Čisti silicijum dioksid (SiO2) ima tačku topljenja od približno 2000 stepeni i uglavnom se koristi za pravljenje stakla za specijalne instrumente. Obično se u smjesu dodaju još dvije tvari kako bi se pojednostavio proces proizvodnje. Prvo, to je natrijum karbonat (Na2CO3), ili kalijum karbonat, koji snižava tačku topljenja smeše na 1000 stepeni. Međutim, ove komponente doprinose rastvaranju stakla u vodi, što je vrlo nepoželjno. Zbog toga se u smjesu dodaje još jedna komponenta vapna (kalcijum oksid, CaO) kako bi se smjesa učinila nerastvorljivom. Ovo staklo sadrži oko 70% silicijum dioksida i naziva se natrijum-kalc staklo. Udio takvog stakla u ukupnoj proizvodnji iznosi oko 90%.

   Baš kao kreč i natrijum karbonat, u obično staklo se dodaju drugi sastojci da bi se ono promenilo. fizička svojstva. Dodatak olova staklu povećava indeks prelamanja svjetlosti, značajno povećava sjaj, a dodatak bora u sastav mješavine mijenja termička i električna svojstva stakla. Torijum oksid je staklu dao visok indeks loma i nisku disperziju, što je neophodno u proizvodnji visokokvalitetnih sočiva, ali je zbog svoje radioaktivnosti u savremenim proizvodima zamenjen lantan oksidom. Aditivi željeza u staklu se koriste za apsorpciju infracrvenog zračenja (topline).

   Metali i njihovi oksidi se dodaju staklu kako bi promijenili njegovu boju. Na primjer, mangan se dodaje u malim količinama kako bi staklo dobilo zelenu nijansu, ili u većim koncentracijama, boju ametista. Kao i mangan, selen se koristi u malim dozama za promjenu boje stakla, ili u visokim koncentracijama za davanje crvenkaste boje. Male koncentracije kobalta daju staklu plavičastu nijansu. Bakar oksid daje tirkizno svjetlo. Nikl, ovisno o koncentraciji, može staklu dati plavu, ljubičastu ili crnu boju. U zavisnosti od sastava stakla, na njegovu boju može uticati zagrevanje ili hlađenje. #9679; Hemijski sastav, % :
   SiO2 - 72,2
   Al2O3 - 1.7
   CaO+MgO 12,0
   Na2O+K2O 13.7
   SO3 - 0,3
   Fe2O3 - 0,1

9. Izrađen od kvarcnog pijeska.
10. Od silicijuma, elektrolizom.

Stakleno posuđe, prozori u kućama i još mnogo toga - za nas je to danas poznati namještaj. Međutim, prije mnogo stoljeća, stakleni pehari bili su basnoslovno skupi, a mogli su se naći samo na stolovima najbogatijih i najplemenitijih plemića.


Od čega se pravi staklo i kako su ljudi naučili da ga prave?

Istorija pronalaska stakla

Staklo je poznato najmanje dvije hiljade godina. Stari rimski istoričar Plinije opisao je incident zbog kojeg je izmišljen. Prema njegovoj verziji, jednom su mornari koji su nosili sodu na svom brodu pristali kako bi prenoćili na obali prekrivenoj čistim zlatnim pijeskom.

Zapalili su vatru da skuvaju večeru i da se zagreju. Igrom slučaja, jedna vreća njihovog tereta je pukla i prosula sodu u vatru. Noću je počela da pada kiša, sprala je pepeo i žile, a mornari su na mestu vatre ugledali sjajnu staklenu površinu.

Komponente za izradu stakla

Da li je staklo zapravo izumljeno, ili se, kako kaže druga verzija, pokazalo u eksperimentima sa pečenjem glinene posude- ali ljudi su odavno savladali tajnu njegove pripreme.

Za izradu stakla potrebne su tri glavne komponente.

Kvarcni pijesak- Ovo je čisti riječni pijesak, koji se sastoji od silicijum oksida. Udio pijeska u mješavini za topljenje stakla je oko 75%. Topi se na veoma visoke temperature: Potrebno je zagrijati na 1700 stepeni Celzijusa. Prozirnost i kvaliteta budućih staklenih proizvoda uvelike ovisi o kvaliteti pijeska. Venecijanski staklopuhači, koji su napravili najpoznatije u srednjovjekovne Evrope Murano staklo, pijesak je posebno dovožen iz pokrajine Istre, a za boemsko staklo majstori su komadiće kvarca drobili u fini pijesak.

Soda (ili potaša) potrebno da se pijesak otopi na nižoj temperaturi. Dodavanjem sode u pijesak u pravom omjeru, temperatura zagrijavanja staklene mješavine se smanjuje za gotovo polovicu.


Tokom zagrijavanja, soda se razlaže na natrijum ili kalijev oksid, koji služi kao katalizator topljenja. U antičko doba dobivao se ispiranjem pepela nakon spaljivanja algi ili četinari drvo. Udio sode u mješavini za staklo je oko 16-17%.

Kreč ili kalcijum oksid, čini staklo nerastvorljivim za većinu hemijske supstance, jaka i sjajna. Po prvi put, češki duvači stakla počeli su da ga dodaju staklu u sedamnaestom veku, koristeći za to krečnjak ili kredu.

Osim toga, danas se u masu za izradu stakla dodaju natrijum sulfat, talamit i nefelin sienit. Za dobivanje višebojnog stakla kao aditivi se koriste oksidi različitih metala: bakar, željezo, srebro itd.

Faze proizvodnje limenog stakla

Svi sastojci od kojih se pravi staklo ubacuju se u peć i zagrijavaju dok se ne formira tečna homogena masa.

Otopljena masa se ubacuje u homogenizator i miješa do potpune homogenosti.

Staklena masa se sipa u dugačku posudu u kojoj se nalazi rastopljeni lim. Na njegovu površinu staklo se sipa u ravnomjernom sloju iste debljine, postepeno se hladeći.

Zamrznuta staklena traka ulazi u transporter, gdje se vrši kontrola debljine i rezanje na standardne komade stakla. Obrezane nazubljene ivice i otpad koji nije prošao kontrolu kvaliteta šalje se na pretapanje.

Gotovo limeno staklo prolazi završnu provjeru kvaliteta i šalje se u skladište gotovih proizvoda.

Slično, staklo se proizvodi za proizvodnju posuđa, merni instrumenti, božićni ukrasi i drugi proizvodi. Sastav stakla može varirati ovisno o svojstvima koje treba imati.

Osim toga, kako bi se povećala čvrstoća, može se podvrgnuti postupku očvršćavanja, stječući sposobnost da izdrži jaki udarci duž površine.


Danas popularno dupleks i tripleks staklo, lepljeno posebne formulacije dva ili tri sloja tankog stakla. Međutim, osnova svakog od njih je zlatni kvarcni pijesak, soda bikarbona i obično vapno.

Uputstvo

Prvo, tehnolozi biraju komponente od kojih će se staklo praviti za specifične potrebe. Kao polazni materijali koriste se kvarcni pijesak, natrijum sulfat, soda pepeo, dolomit i neki drugi aditivi. Sve komponente su pažljivo mjerene, jer od pravi izbor proporcije će ovisiti o kvaliteti staklene mase.

Razbijeno staklo se takođe dodaje u rezervoar sa originalnim komponentama. U proizvodnji staklene mase najčešće ima viškova i otpada, koji takođe ide u posao. Oni se drobe i unose u zajedničku posudu, gdje se svi materijali miješaju do relativno homogenog stanja. Smjesa je sada spremna za sljedeći korak obrade.

Iz bunkera početne komponente ulaze u plinsku peć. Temperatura unutar ovog uređaja dostiže 1500°C. Pod utjecajem takve količine topline, komponente budućeg stakla se tope i pretvaraju u prozirnu masu. Dobiveni sastav se temeljito promiješa tako da tvar postane potpuno homogena. Cijeli proces je stalno pod kontrolom operatera peći, uz pomoć automatizacije.

U sljedećoj fazi obrade staklena masa ulazi u posebne posude. Podsjećaju na velike kade punjene tečnim limom. Raspoređeno po površini ovog metala, buduće staklo ne tone, već se pretvara u tanak limeni materijal s gotovo savršeno ravnom površinom. Da bi listovi dobili željenu debljinu, staklo se provlači kroz rolne određene veličine.

Staklena traka se postepeno hladi. Nakon izlaska iz limene kupke, temperatura materijala se smanjuje na oko 600°C. Sada se traka dovodi na dugački valjkasti transporter i stiže do posebnog uređaja gdje se staklo ispituje na debljinu lima. Preciznost upravljanja je vrlo visoka i može doseći stoti dio milimetra. Identifikovani brak se vraća na scenu primarna obrada.

Duga i neprekidna staklena traka se zatim reže na standardne listove pomoću alata otpornog na habanje. Istovremeno se obrezuju neravne ivice lista. Otpad koji nastaje tokom rezanja se drobi i unosi u bunker; ovi fragmenti su uključeni u novi ciklus proizvodnje stakla. Zapravo, sva proizvodnja postaje bez otpada.

Završna faza cjelokupnog procesa je završna kontrola kvaliteta stakla. U pomoć inspektorima priskaču fluorescentne lampe koje omogućavaju otkrivanje čak i neprimjetnih nedostataka u lomljivom materijalu. Listovi koji su prošli kroz kontrolnu zonu šalju se u skladište, gdje se skladište u okomitom položaju do otpreme potrošaču.

Zašto su nam potrebne peći za topljenje stakla? Činjenica je da da biste od stakla napravili nešto korisno, prvo ga morate rastopiti, a ono se topi na temperaturama ni više ni manje, 1400-1600 °C.

Sirovina za proizvodnju stakla je uglavnom kvarcni pijesak (silicijum oksid SiO2)

Kvarcni pijesak

Da bi staklo dobilo potrebna svojstva, kvarcni pijesak se miješa s raznim dodacima, uglavnom krečnjakom (onaj koji je školjka, sa fasada zgrada), feldspatom, dolomitom, sodom i bojama (oksidi metala)

Krečnjak

Feldspar

Dolomit

Takvih aditiva u staklu može biti i do 20-30%. Generalno, što je više aditiva, to je niži viskozitet taline (grubo govoreći, to je „tečno“) i niža je tačka topljenja, tj. lakše je obraditi, na primjer, puhanje boca i sl. već je moguće na 800°C. Ali može biti drugačije: ako se, na primjer, doda borov oksid u smjesu, izići će borosilikatno staklo, otporno na toplinu i otporno na temperaturne ekstreme - na radost domaćica. Staklo napravljeno od čistog silicijum oksida ispostaviće se vatrostalnim; da bi se nešto ispuhalo iz njega, biće potrebno da se zagreje do 1600 °C.

Generalno, sredili smo sirovine. Sve što je potrebno temeljito se čisti, drobi (obično se time bave posebne tvornice za koncentraciju/proizvodnje), miješa se i sipa u staklenu peć kroz poseban prozor. Unutar peći u ogromnom bazenu, gotovo paklena vatra zavlada i pretvori pijesak u tečnost za nekoliko sati.

Plamen u pećnici.

Usput, loženje takve peći željenu temperaturu- težak, dug i što je najvažnije skup proces (koliko je goriva potrebno da se zagreje tako ogromna budala za 2-9 hiljada tona stakla!) Servis peći se prekida samo nekoliko puta radi hladnih popravki.

Naravno, smjesa se ne topi odjednom, već postepeno; kako se topi, miješa se, iz njega izlaze mjehurići zraka. Ono što se već dobro istopilo skuplja se na dnu bazena (gustina taline je veća) i po zakonu komunikacionih posuda teče ispod zida prolazeći kroz bazen u drugi njegov deo, dalje od plamena. i smjesu koja još nije otopljena.

Ovde je temperatura nešto niža, a tečno staklo odavde ulazi u sledeću, radnu kupku van peći, i odatle ide na preradu. Da bi se, na primjer, dobilo staklo za prozore i ogledala, lijeva se i valja gotovo kao metal.

Da bi se dobila savršeno ravna površina, u savremenim fabrikama, rastopljeno staklo se prvo sipa u bazen pun rastopljenog kalaja, a ono se staklo, plutajući po površini lima, raspoređuje po njemu u ravnomernom tankom sloju i hladi se od oko 1000 do 600°C, tako da nastaje tzv. float staklo (float-glas).

Kao što sam rekao, ovaj proces je kontinuiran, a izlaz nakon hlađenja je beskonačna staklena traka. Ali prije nego što se reže na komade, površina se ponovo zagrijava plinskim gorionicima: na taj način se zatvaraju mikropukotine, koje i dalje nastaju i pored postepenog hlađenja zbog razlike u naponima unutar stakla tijekom stvrdnjavanja. Kao rezultat, staklo postaje posebno prozirno.

Proizvodnja float stakla

Stara tehnologija, korištena u sovjetskim tvornicama, predviđala je vertikalno crtanje staklene trake uz intenzivno hlađenje mase koja dolazi iz peći. Ovako proizvedeno staklo karakteriziraju znatno veća optička izobličenja.

Pa, izgleda da je skoro sve sređeno. Na slici je ostao samo još jedan nerazumljivi dio peći: regenerator. Sprava je divna i genijalna u svojoj jednostavnosti. Za svoj izum davne 1856. godine, najmlađi od braće Siemens, Friedrich, dobio je englesko plemstvo. A poenta je uštedjeti gorivo za peć za topljenje stakla zagrijavanjem zraka koji se dovodi u peć za sagorijevanje. I možete uštedjeti do 40% na gorivu!

Princip rada regeneratora

Regenerator se sastoji od dvije identične osovine ispunjene keramičkim sklopovima otpornim na toplinu, koji formiraju mnogo malih zračnih kanala unutar okna. Vazduh ulazi kroz prvu osovinu, ulazi u peć kroz prozor, meša se sa gorivom (gasom) i sagoreva. Vrući produkti sagorijevanja prolaze kroz drugi prozor u drugo okno, a prije izlaska napolje se zagrijavaju navedeni keramički sklopovi. Zatim, kada se dovoljno zagreju, nakon dvadesetak minuta, protok vazduha se pušta kroz drugo okno, u njemu se zagreva pre ulaska u peć, a izduvni gasovi počinju da zagrevaju sklopove u prvom oknu. Zatim se ciklus ponavlja.

Izvan okvira ove priče, unutar peći su postojali razni keramički premazi otporni na toplinu (metal nije pogodan za takvu temperaturu). Kod njih je sve i prilično zabavno: fizičko i hemijski procesi, koji teku tokom topljenja stakla, dovode do nevjerovatnih formacija: stalaktiti počinju da rastu unutar peći!