Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Щелочесодержащее сырье




Данным типом материалов в состав стекла вводятся оксиды Na2O и K2O с целью облегчения варки и обеспечения стеклу должных технологических свойств. Ос­новным источником щелочных оксидов в стеклоделии являются: кальциниро­ванная сода, сульфатнатрия, поташ, содосульфатная смесь.

Кальцинированная сода в настоящее время является основным видом сы­рья для ввода в состав стекла Na2O. Получаемый синтетически по способу, предложенному Солвеем, из NaCl и аммиака в результате следующих процессов:

– синтез гидрокарбаната в ходе реакции:

NaCl+ NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl

– кристаллизация NaHCO3 и отделение от маточного раствора

– кальцинация гидрокарбоната по уравнению

2NaHCO3 Na2CO3+H2

Получаемый в итоге продукт требует для своего получения значительных материальных и энергетических вложений и известен как легкая сода.

Легкая сода имеет насыпную плотность около 0,5–0,7 т/м3 с доминирующим размером частиц 0,4 мм. При ее использовании в шихте наблюдается сильное пыление при транспортировке, загрузке в печь и варке, в результате че­го нарушается химический состав стекла, наблюдается быстрое разрушение огнеупоров сыпочной арки печи, а также первых: по ходу регенераторов. Поэтому обозначена тенденция использования в стекольной промышленности «тяжелой кальцинированной соды. Она получается на предприятиях-производителях из легкой соды путем ее гидратации (3–4% воды), в ходе которой выращиваются относительно крупные плотные кристаллы моногидрата соды (Na2СO3·Н2О) с последующей кальцинацией в барабанных сушилках при t=105–110°C. Получаемый продукт имеет несколько повышенную стоимость, однако насыпная плотность его достигает 1,1–1,4 т/м3 при содержании фрак­ции >0,4 мм около 50%. Эти характеристики обеспечивают следующие преиму­щества тяжелой соды

– повышение теплопроводности шихты на основе более плотной тяжелой соды, что способствует ускорению стеклообразования при варке;

– снижается пыление шихты;

– уменьшается гигроскопичность соды, приводящая к потере ее качества при хранении, а также усиливающая склонность шихт к комкованию, то есть повышается однородность и стабильность состава шихты.

Сода является критическим компонентом стекольных содоизвестковых шихт, поскольку ее использование сопряжено с некоторыми сложностями. Вы­ше отмечена ее гигроскопичность, однако этим дело не ограничивается. При температуре ниже 105°С происходит химическое взаимодействие междуNa23 и H2O с образованием моногидрата Na2CO3·H2O. При наличии доста­точного количества воды и понижении температуры ниже 35,4°Cпоглощается еще 6 молекул H2O с образованием гептагидрата Na2CO3·7Н2О и, наконец, при температуре ниже 32оС сода поглощает еще 3 молекулы воды с образованием декагидрата Na2CO3·10H2O. Таким образом, охлажденная ниже температуры 35°С содокарбонатная шихта всегда будет сухой, поскольку введенная в нее вода с целью предупреждения пыления и расслоения, а также для ускорения протека­ния реакций стеклообразования будет химически связана. В связи с данным об­стоятельством технологически обоснованным является поддержание темпера­туры шихты выше 35°С. При этом сода, присутствуя в шихте в форме гидрата и в количестве около 20% по массе связывает примерно 3% H2O. Практика шихтоприготовления же показывает, что присутствие 1,5% воды в капельном со­стоянии в шихте обеспечивает упомянутые выше эффекты Повышение этого количества вызывает лишь повышение затрат топлива на варку (за счет испаре­ния лишней воды). Таким образом, оптимальная влажность содокарбонатных шихт составляет 4,5–5,0%. Оптимальная температура шихты 40–50°С.



Согласно ГОСТ 5100–85 содержание Na23 в прокаленном продукте менее 98,2%, содержание хлоратов в пересчете на NaCl не более 0,5%, Fe2O3<0,003, Na2SO4<0,05. Основные предприятия-производители соды: Крымский содовый завод (г. Красноперекопск), Стерлитамский. Сульфат натрия Na2SO4, будучи в чистом виде, содержит 43,7% Na2O и 56,3% SO4 и представляет собой мелкокристаллический белый порошок, растворимый в воде. Известна его природная разновидность – глауберова соль Na24·10Н2О. В недалеком прошлом природный сульфат натрия являлся основным источником Na2O для варки стекол, однако сегодня его применение весьма ограничено (сульфатом вводится не более 4–5% от общего содержания Na2O в шихте). Все дело в том, что при размножении сульфата в период варки в атмосферу выделяется SO2, отрицательно влияющий на экологическую обстановку. Для SO2 пока не разработано надежных способов нейтрализации.



Na2SO4 используется в настоящее время для интенсификации процесса осветления традиционных составов стекол для массовых производств, хотя реальная его роль значительно сложнее (см. раздел стекловарения). Сущность сульфатного осветления выражается следующим уравнением:

Na2SO4 Na2O+SO2↑+1/2O2

Особенностью сульфата натрия является его раннее плавление при t=884°С (до разложения). Расплав сульфата, во-первых, является поверхностно-активным веществом, во-вторых, практически нерастворим в стекломассе (растворимость <1%). Часть расплава Na2SO4 адсорбируется на поверхности разде­ла с твердыми частицами (кварца), а также с пузырьками газа, снижая межфаз­ное поверхностное натяжение. В итоге за счет смачивания нерастворенных зерен кварца стекломассой ускоряется процесс их растворения, рост газовых пузырей ускоряется. Адсорбция расплава Na2SO4 на газовых пузырьках облегчается их рост за счет снижения поверхностного натяжения на границе стекломассы.

Разложение Na2SO4, адсорбированного на зернах SiO2, при повышенной температуре приводит к интенсивному массообмену вблизи поверхности раздела за счет выделения и движения пузырьков и («смешивающий эффект»).

Для ускорения разложения сульфата в процессе варки и повышения степени однородности расплава (предупреждения образования «щелоков» – лужиц расплавленного Na2SO4 на поверхности стекломассы) в шихту добавляют вос­становитель, чаще в виде угля. Дотекающая при варке реакция

Na2SO4 Na2SO3 +СO

приводит к образованию сульфита, который разлагается без плавления.

Стекла, полученные в ходе такого «восстанавливающего» осветления, отличаются высокой устойчивостью к «вторичному» пузырю – вторичному выделению SO2 в виде пузырей.

Проведение процесса восстанавливающего сульфатного осветления требует сохранения при температурах осветления достаточного количества неразложившегося Na2 SO4.

Иначе, при большой степени восстановления, образуется сульфид Na2S. Сульфидная сера в присутствии железа образует комплексы, окрашивающие стекло в коричневые оттенки.

В связи с истощением запасов кондиционного природного сырья стекольные заводы перешли на применение синтетического сульфата натрия, являющегося побочным продуктом некоторых химических производств, например, Могилевского и Светлогорского заводов химволокна. В соответствии с ГОСТ 6318-77 содержание основного вещества в сырье не менее 99,8%, Fе2О3 – не более 0,04%.

К числу важнейших требований, предъявляемых к сырьевым материалам, используемым в производстве изделий из стекла, относятся стабильность их химического состава, а также химическая однородность. Первое требование относится к составу крупных: партий сырья, прибывающих с месторождений и обогатительных фабрик, обрабатываемых на данном предприятии. Требование к химической однородности сырья включает сохранение стабильности состава данного вида сырья на всех стадиях производственного цикла хранения, обра­ботки, транспортирования и др.

Требования к однородности основных стекольных сырьевых материалов в производстве изделий из стекла определяются соответствующей нормативной документацией (табл. 5.8)

Соответствие основного сырья приведенным требованиям является гарантией обеспечения постоянства состава получаемого на их основе стекла Вклад колебаний состава исходных материалов в общую величину отклонения состава шихты от заданного может быть весьма значительным, что демонстрирует табл. 5.9.

 

Таблица 5.8

Допустимое содержание основного вещества и примесей, масс

Сырье ГОСТ Марка Допустимое содержание основного вещества и примесей, масс.%
SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO R2O Na2CO3 NaCl Na2SO4 ппп влажн.
Песок кварцевый ВС050-1 ≥98,5± 0,2 ≤0,6±0,1 ≤0,05  
Доломит   ≤1,5 ≤1,0 ≤0,05 ≥19,0 ≤32,0 ≤7,0
Известняк ИК5302 ≤1,5 ≤0,5 ≤0,2 ≤1,5 ≥53,0 ≤7,0
Полевой шпат ПШС-03-20 ≤65,0 ≥20,0 ≤0,3 ≥12,0 ≤1,0
Сода 1 сорт <0,03 99,2 ≤0,5 ≤0,5 ≤0,8
Сульфат натрия 63/8 1 сорт <0,01 <0,53 >0,75

Таблица отражает колебания состава полностью подготовленного сырья. Понятно, что в условиях карьеров степень неоднородности сырья будет гораздо выше. По мере добычи, складирования, транспортирования и обработки его однородность повышается:

– при добыче природного сырья в 1,5 – 2 раза;

– в процессе обогащения и флотации – в 3 раза;

– транспорт сырья с централизованных баз на стекольный завод в 5 раз;

– помол и просев в составном цехе – в 1,8 – 3 раза.

Таблица 5.9


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2019 год. (0.02 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал