Экологические проблемы основных производств (стр. 5 )

Количество сортов стёкол (по химическому составу) исчисляется сотнями. Стекло всё шире применяется в качестве строительного материала. Часто применяются стеклянные блоки, обладающие комплексом ценных для строительного материала свойств: малым объёмным весом, высокой прочностью, высокими тепло - и звукоизоляционными качествами. Большие перспективы открываются перед новыми материалами – так называемыми стеклопластиками, в которых стекловолокно и стеклянные плёнки сочетаются с различными связующими органическими материалами. Стеклопластики в ряде случаев не уступают, по прочности, стали и в то же время легче её более чем в 4 раза. Из стеклопластиков изготавливают корпуса кораблей, кузова автомобилей, цистерны, строительные детали (в том числе и прозрачные), разнообразные детали машин и т. д. Стеклопластики заменяют дерево, цветные и чёрные металлы. Стеклопластики по своим свойствам часто превосходят эти материалы, именно поэтому их нередко называют незаменимыми заменителями.

Каждый знает, что основным недостатком стекла является его хрупкость. Однако уже сейчас достигнуты поразительные успехи в повышении прочности стекла. Методами термохимического упрочнения удаётся повысить сопротивление стекла статическому изгибу до 200 кг/мм2. Широко распространено производство закалённого стекла, применяемого наряду с многослойным стеклом для остекления автомашин и самолётов, в качестве «безопасного» стекла. Физические свойства стекла в основном определяются химическим составом компонентов, условиями варки стекла и последующей его термической обработкой.

Технология производства стекла включает следующие основные процессы:

-  подготовку сырьевых материалов;

-  смешение этих материалов и приготовление однородной шихты;

-  варку стекла;

-  формование и обжиг стекла.

В некоторых случаях требуется химическая, механическая и термическая обработка изделий.

Сырьевые материалы, применяемые в производстве стекла, делятся на главные стеклообразующие материалы (чистый кварцевый песок, сода, поташ, сульфат натрия, известняк, доломит, борная кислота или бура, фосфорная кислота или фосфаты, чистый глинозём или каолин, полевой шпат, сурик, оксид цинка и др.) и вспомогательные материалы (красители, обесцвечивающие вещества, окислители, восстановители, осветлители). В качестве красителей применяют соединения металлов (закиси кобальта и никеля, оксиды железа, хрома, марганца, меди, урана, селена, сернистый кадмий, хлорное золото и др.). Обесцвечивающими веществами являются: селен, закись кобальта, оксид марганца. В качестве окислителя в стекольную шихту вводят натриевую или калиевую селитру, мышьяковистый ангидрит, пероксид марганца. Восстановителями служат: уголь, кокс, виннокаменные соли, соединения олова. Для получения матового «молочного» стекла применяют фторсиликат натрия, а также соли фосфорной кислоты с соединениями олова. Осветлителями, т. е. материалами, облегчающими удаление из стекломассы газовых пузырьков, являются нитрат и сульфат аммония, хлорид натрия и другие.

Стекольная шихта должна быть однородной, поскольку от этого зависит качество стекломассы. Поэтому сырьевые материалы предварительно измельчают, просеивают и тщательно перемешивают.

Варка строительного стекла проводится в ванных печах (рис.9.3) и подразделяется на собственно варку, осветление, гомогенизацию и охлаждение (так называемую студку стекла).

Процесс стеклообразования начинается при 1200-1240оС. Для шихт, содержащих кремнезём, углекислые кальций, магний и натрий, процессы, протекающие между компонентами шихты при нагревании, можно представить следующей схемой:

<300оС ,

<400оС ,

340-620оС ,

450-700оС ,

585-900оС ,

912оС полное разложение + ,

700-900оС ,

600-920оС ,

980-1150оС ,

1010-1150оС ,

1200-1240оС стеклообразование.

 

Рис. 9.3 Конструкция ванной печи для формовки листового стекла:

а – продольный разрез; б – поперечный разрез; 1 – варочная часть; 2 – зона студки; 3 – заградительное приспособление в области стекломассы (керамические брусья «лодки» или охлаждаемые водой трубы); 4 – перегородка в области пламенного пространства; 5 – горелки; 6 – пламенное пространство; 7 – загрузочный карман.

Варка стекла обычно производится при 1400-1450оС, осветление и гомогенизация – при 1500оС, студка – при 1200оС. Проварившаяся стекломасса, как правило, содержит большое число видимых газовых пузырьков, удаление которых происходит при максимальной температуре и минимальной вязкости.

Формование изделий из стекла почти полностью механизировано. Ручное формование применяется только при изготовлении изделий сложной конфигурации и некоторых бытовых и художественных изделий. В зависимости от химического состава стекломассы формование стеклоизделий производится при 800-1100оС.

Формование стеклянных изделий производится следующими методами:

-  вытягиванием (листовое оконное и трубчатое стекло);

-  прокаткой (толстое зеркальное листовое стекло);

-  прессованием (плитка, изоляторы, стаканы, вазы);

-  выдуванием (бутылки, склянки, плафоны);

-  прессовыдуванием (консервная тара, осветительная арматура).

Для осуществления каждого из этих методов формования применяются разные приспособления и различные по своей конструкции и принципу действия машины.

9.10. Ситалл и шлакоситалл

Ситаллами называются кристаллические материалы, получаемые при введении в расплавленное стекло катализаторов, в результате чего в объёме материала возникают центры кристаллизации, на которых происходит рост кристаллов основной фазы. Термин «ситаллы» предложен профессором МХТИ им. и происходит от слов «стекло» и «кристалл».

В зависимости от состава стекла, типа катализатора и режима термической обработки из одного и того же состава стекла можно получить ситаллы с различными кристаллическими фазами, а, следовательно, и с различными заранее заданными свойствами. Ситаллы могут быть также получены из расплава стёкол на основе огненно-жидких и металлургических шлаков.

Разработка теоретических основ синтеза и промышленной технологии нового класса стеклокристаллических материалов – шлакоситаллов явилась одним из крупных достижений в области химической технологии строительных материалов. Учённые МХТИ им. , НИИ Автостекло и Государственного института стекла совместно с работниками Константиновского завода «Автостекло» впервые в мировой практике разработали технологию и в короткие сроки внедрили в промышленном масштабе производство листового шлакоситалла (методом непрерывного проката) и прессованных шлакоситалловых плиток.

Составы шлаковых стёкол определяются видом используемого шлака. Пределы изменения химического состава стёкол, предназначенных для получения шлакоситаллов, сравнительно невелики. Основной корректирующей добавкой в большинстве случаев является обычный песок. В зависимости от вида шлака стекла могут принадлежать к системам:

-  (константиновский шлак от производства чугуна);

-  (высокомагнезиальные шлаки Урала и Сибири);

-  (топливные шлаки и золы).

Практически во все шлаковые стёкла вводится щелочной оксид в количестве 3-5%. Основой шихты для получения шлакоситалла служит измельчённый доменный шлак (до 60%), песок (35-40%) и некоторые другие добавки. Во всех составах шлакоситаллов присутствует фтор (до 2,5%). Специально вводимые добавки соединений фтора существенно понижают температуру кристаллизации и устраняют температурный разрыв между процессами образования зародышей и роста основной фазы (волласанита) в шлакоситаллах. Температура кристаллизации шлакоситалла составляет 930-9800С.

Благодаря специальным добавкам шлакоситаллы можно получать чёрного, белого, голубого и других цветов. Прочность шлакоситаллов на изгиб достигает 2500 кг/см2. Шлакоситаллы обладают исключительно высокой износоустойчивостью, а также химической и термической стойкостью.

Хорошие физико-механические и физико-химические свойства шлакоситалла, и в первую очередь его износостойкость и химическая устойчивость, в сочетании с декоративностью делают шлакоситаллы ценнейшим строительным материалом для объектов культурно-бытового и промышленного назначения. Только в Москве шлакоситалл нашёл применение при строительстве таких известных объектов, как павильон «Металлургия» ВВЦ, аэропорт «Шереметьево», универмаг «Москва», центральный городской аэровокзал и т. д.

9.11. Экологические проблемы производства строительных материалов

Одна из основных экологических проблем производства строительных материалов связана с громадными объёмами производства, добычей и переработкой свыше 2 млрд. т природных материалов. С этим связано широкомасштабное отчуждение, нарушение и загрязнение сельскохозяйственных угодий, поскольку сырье для строительных материалов для уменьшения транспортных расходов, как правило, добывается как можно ближе к району строительства. А районы интенсивного строительства – это густонаселенные районы, удоб­ные для выращивания сельскохозяйственных культур. Один из путей решения проблемы заключается в рекультивации нарушенных земель, устройстве прудов на месте карьеров и их использование для куль­турных целей, рыборазведения и т. д.