9.3. Изделия на основе минеральных расплавов и технология их получения

К группе изделий из минеральных расплавов относят изделия из стекла, каменного и шлакового литья, ситаллов и шлакоситаллов.

По виду основного сырья изделия из минеральных расплавов делят на стекольные, каменные и шлаковые; по структуре – на стекловидные и стеклокристаллические. Стекловидные получают из силикатных расплавов, способных при быстром охлаждении переходить в стеклообразное состояние, для которого характерны изотропность свойств, отсутствие определенной температуры плавления и непрерывное изменение свойств при нагревании с переходом в жидкоподвижное состояние. Стек­локри­сталлические материалы – ситаллы и шлакоситталы сочетают в себе положительные свойства стекла и кристаллических веществ.

Группы изделий из минеральных расплавов объединяются не только схожими свойствами, но и общими технологическими принципами их получения: подготовка и расплавление исходного сырья, охлаждение полученной стекломассы, формования изделий с последующей обязательной термической обработкой для снятия внутренних напряжений и получения изделий с заданными свойствами.

Стеклом называют изотропные прозрачные тела, получаемые путем переохлаждения расплава кремнезема, сульфата натрия и других компонентов.

В строительстве применяют различные виды листового и строительно-архитектурного стекла. Основным видом стекла, используемым в строительстве, является листовое. Свойства стекла определяются прежде всего входящими в его состав оксидами. Главными стеклообразующими оксидами являются кремнезем, оксиды фосфора и бора. Подавляющее большинство промышленных стекол является силикатными. Обычные силикатные стекла хорошо пропускают всю видимую часть спектра и незначительную часть ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.

Строительное стекло имеет следующие основные свойства: твердость – 5-7 по шкале твердости; предел прочности при изгибе не менее 45 МПа, при сжатии – до 1000 МПа, плотность – 2450-2550 кг/м³.

Химический состав стекол в значительной степени влияет на их свойства. Строительное стекло содержит 71,5-72,5% SiO₂; 1,5-2% Al₂O₃; 13-15% Na₂О; 6,5-9% CaO; 3,8-4,3% MgO и незначительное количество других окислов (Fe₂O_3, K₂O, SO₃).

Силикатные стекла отличаются высокой стойкостью к большинству химических реагентов, за исключением плавиковой и фосфорной кислот. Химическая устойчивость силикатных стекол объясняется образованием при воздействии воды, кислот и солей защитной пленки из кремнекислоты.

Технологическая схема производства строительного стекла показана на рисунке 46.

Особое внимание обращают на подготовку исходных компонентов, их химическую однородность и чистоту, на процесс приготовления шихты, варку стекла и его вытягивание.

При варке стекла процесс перехода шихты при нагревании сопровождается сложными физико-химическими процессами и проходит в несколько стадий. Важнейшие из них: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизация и охлаждение стекломассы. Стадия силикатообразования происходит при нагреве шихты до 800-900 °С, в этот момент происходит испарение влаги из шихты, диссоциация углекислых и сернокислых солей кальция, магния и натрия с выделением газообразных продуктов (CO₂, SO₂, H₂O), взаимодействие между компонентами шихты с образованием силикатов.