Брылина Т.Е.
Власова С.Г., канд. хим. наук, доц.
Уральский государственный технический университет – УПИ
Замена традиционных сырьевых материалов дешёвыми отходами металлургической промышленности может обеспечить снижение расходов в стекольном производстве, а также решить некоторые вопросы по охране окружающей среды. В связи с этим в стекольной промышленности стараются применять шлаки различных производств. В частности, отходы от производства низкоуглеродистого феррохрома в Уральском регионе можно использовать для синтеза зелёного стекла, а также доменные шлаки Нижнетагильского металлургического комбината (НТМК), Серовского и Асбестовского комбинатов можно использовать для производства коричневой стеклотары.
Феррохромный шлак является переработанным и обогащённым, а для очистки доменного шлака от металлических включений проводилась магнитная сепарация. Шлаки содержат большое количество оксидов-модификаторов, поэтому были добавлены в шихту вместо доломита. Шихту для синтезированных зелёных и коричневых стёкол приготовили, используя кварцевый песок, шлак, соду, сульфат и по необходимости в небольшом количестве оксиды кальция и магния, варьируя соотношение «шлак-доломит». Химический состав при этом оставался неизменным (для зелёного стекла марки ЗТ, для коричневого стекла марки КТ). Феррохромный шлак содержит оксид хрома Cr2O3, а доменный шлак – оксид железа Fe2O3 и другие примеси, вследствие чего краситель для получения зелёного и коричневого цвета стекла не вводим. Таким образом, дешёвый шлак не только вносит необходимые оксиды в стекло, но и используется в качестве красителя, что выгодно с экономической точки зрения.
Варка производилась в силитовой печи при температуре 1350 – 1400°C в течение 3,5 час, отлитые в графитовые формы образцы отжигали в муфеле в течение 1,5 час.
Образцы стекла получили тёмно-зелёного и коричневого цвета; традиционными методами их исследовали на различные свойства, которые бы удовлетворяли всем технологическим требованиям, в том числе выработочным характеристикам. Вязкость стёкол определили методом вдавливания индентора.
По методу М. В. Охотина определили характеристические температуры для установленного набора вязкостей, что позволило определить выработочные индексы для заданного состава стёкол, а именно: температурный интервал формования (ТИФ) – ТИФ = (TS - TA), относительную скорость стеклоформующей машины (ОССМ) – OCCM = (TS - 450) / (TS - TA) + 80 и индекс кристаллизации (ИК) – ИК = (TS - TA) - 170. Полученные индексы согласуются с заданными интервалами: ТИФ должен лежать в пределах от 170 до 180°C, ОССМ от 104 до 110% и индекс ИК должен иметь положительное значение. Таким образом, стёкла данного состава удовлетворяет всем требованиям по выработочным свойствам.
Исследованы тепловые свойства стёкол: определили термическое расширение образца стекла на вертикальном кварцевом дилатометре в интервале температур от комнатной до температуры начала размягчения стекла. По дилатометрической кривой определили характеристические температуры Tg (температура стеклования) и Tw (температура начала размягчения), которые соответствуют рассчитанным по методу М. В. Охотина.
Стёкла исследовали на химическую устойчивость. Эксперимент по определению водостойкости при 98°C показал, что данные зелёные и коричневые стёкла можно отнести к классу устойчивых стёкол (III гидролитический класс).
Результаты исследований и теоретических расчётов показали, что зелёные и коричневые стёкла с содержанием шлаков до 10 мас.% удовлетворяют всем требованиям по выработочным свойствам и светопрозрачности для стеклотары, их можно рекомендовать для изготовления тёмной бутылки.
Список литературы: