Результат интеллектуальной деятельности: ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СВИНЦОВОГО СТЕКЛА

Изобретение относится к составам шихт для получения бесцветных и окрашенных в массе свинцовых силикатных стекол и может быть использовано для изготовления изделий промышленного и декоративно-художественного назначения,

Сырьевые материалы, которые применяются для изготовления стекла, подразделяются на главные и вспомогательные. К главным сырьевым материалам относятся вещества, с помощью которых в стекло вводятся кислотные, щелочные и щелочноземельные оксиды, являющиеся основой состава современных стекол. К вспомогательным сырьевым материалам относятся различные вещества, которые применяются для улучшения качества стекломассы, ее окрашивания и глушения, а также для ускорения времени ее изготовления (Бутт Л.М., Поляк В.В. Технология стекла. - М.: Гос. изд-во литературы по строительству, архитектуре и строительству, 1960, С.67).

Основу химического состава силикатных промышленных стекол - оконных, архитектурно-строительных, тарных и других - составляют различные сочетания оксидов Na₂O, CaO, SiO₂. Для снижения склонности к кристаллизации и повышения химической стойкости стекол в их состав дополнительно вводят оксиды магния и алюминия. Так, например, еще в середине 30-х годов И.И. Китайгородским было разработано и внедрено в промышленность алюмомагнезиальное стекло состава, мас.%: SiO₂ 71,5-72; Al₂O₃ 1,5; CaO 8-8,5; Na₂O 15; MgO 3,5 (Химическая технология стекла и ситаллов. Артамонова М.В., Асланова М.С., Бужинский И.М. и др./ Под ред. Н.М. Павлушкина, - М.: Стройиздат, 1983, С.211).

Одним из главных материалов, который используется при изготовлении свинцового стекла, является оксид свинца PbO. Свинцовые стекла имеют большой удельный вес, высокий показатель преломления, характерный блеск и хорошо поддаются гранению, шлифовке и полировке (Технология стекла и стеклоизделий. Темкин Б.С., - М.: Ростехиздат, 1962, С.206). Оксид свинца используется для изготовления технических и оптических свинцовых стекол, хрустальной посуды, искусственных драгоценных камней и эмалей. Хрустальное стекло получают путем введения в составы стекол оксида свинца в количестве 18-24%, заменяя Na₂O на K₂O. В ряде зарубежных стран вырабатывают хрустальные стекла с большим содержанием PbO (США - 34,2%, Франция - 34,4%) (Химическая технология стекла и ситаллов. Артамонова М.В., Асланова М.С., Бужинский И.М. и др./ Под ред. Н.М. Павлушкина, - М.: Стройиздат, 1983, С.244-256).

Исходными материалами для введения в стекло PbO являются свинцовый глет (PbO) и свинцовый сурик (Pb₃O₄). Оксид свинца легко восстанавливается до металлического свинца, в результате стекло окрашивается в серый или черный цвет, чтобы избежать этого, свинцовые стекла необходимо варить в окислительной среде. В качестве окислителя нередко вводят калиевую селитру. Кристаллизационная способность свинцового стекла снижается при уменьшении содержания SiO₂, замене оксида натрия оксидом калия или увеличения содержания щелочей. (Технология стекла. И.И. Китайгородский, Н.Н. Качалов, В.В. Варгин, К.С. Евстропьев и др. Под общей редакцией И.И. Китайгородского. - М.: Изд-во литературы по строительству, 1967, С.282-283).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототип) является свинцовое хрустальное стекло состава, мас.%: SiO₂ - 59; K₂O - 11; Na₂O - 5,5; ZnO₂ - 3; PbO - 21,5 (Справочник по производству стекла. А.А. Апен, М.С. Асланова, Н.И. Амосов, Э.П. Бильтюкова и др./ Под ред. И.И. Китайгородского. - М.: Госстройиздат, 1963. С.974-975), для изготовления которого используют шихту, состоящую из следующих компонентов: кремнийсодержащего - кварцевого песка, натрийсодержащего - соды, калийсодержащих - поташа (карбоната калия) и нитрата калия, свинецсодержащего - свинцового глета (оксида свинца). Основным недостатком изготовления свинцового стекла из подобной шихты является дефицитность и растущая стоимость свинца, из которого изготавливаются оксиды свинца для введения в состав стекла (О. Коваль. Плюмбум, или опасная игра // Уральский рынок металлов. 2005. №9. С.35-37).

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в утилизации отходов производства азида свинца декстринового, удешевлении производства свинцового стекла и расширении сырьевой базы его производства.

Технический результат достигается тем, что в шихте для получения свинцового стекла, включающей кварцевый песок, калийсодержащие и натрийсодержащий компоненты, оксид цинка, а также свинецсодержащий компонент, в качестве свинецсодержащего компонента используют отход производства азида свинца декстринового при следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцевый песок - 52,3; сода - 8,3; поташ - 13,3; нитрат калия - 0,4; оксид цинка - 2,9; отход производства азида свинца декстринового - 22,8.

Азид свинца является одним из основных инициирующих взрывчатых веществ (ИВВ), которые используются в России и за рубежом для изготовления средств инициирования взрывных процессов. В России изготавливают несколько различных марок азида свинца. В настоящее время производство одной из марок продукта - азида свинца декстринового составляет около 95% от общего количества, выпускаемого в стране азида свинца (Данилов Ю.Н, Илюшин М.А., Целинский И.В. Промышленные взрывчатые вещества. Часть I. Инициирующие взрывчатые вещества. Текст лекций. СПб:. СПбГТИ(ТУ), 2001. - 112 с.). Производство декстринового азида свинца сопровождается образованием маточных и промывных вод, содержащих нитрат свинца и отсевки азида свинца, которые подвергаются разложению. Разложение отходов, содержащих азид свинца, проводят в присутствии нитрита натрия азотной или серной кислотой (Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ. Багал Л.И. - М.: Машиностроение, 1975. С.224-225). После окончания операции, кислый маточник, содержащий нитрат свинца, нейтрализуют содой. Полученный осадок карбоната свинца PbCO₃ отфильтровывают и направляют на производство сурика Pb₃O₄ (Данилов Ю.Н, Илюшин М.А., Целинский И.В.. Промышленные взрывчатые вещества Часть I. Инициирующие взрывчатые вещества. Текст лекций. СПб:. СПбГТИ(ТУ), 2001. С.80)., или складируют на площадках промотходов, а маточник сливают в отстойные колонны и затем утилизируют.

Утилизация отходов крупнотоннажного химического производства путем их использования при получении свинцового стекла позволяет улучшить экологическую обстановку в районах производства азида свинца декстринового, удешевить производство стекла и расширить сырьевую базу его производства.

Процесс приготовления шихты и изготовления свинцового стекла по предлагаемому изобретению заключается в следующем.

Отход производства азида свинца декстринового после проведения химического анализа смешивается с необходимым количеством кремнезема и остальными измельченными компонентами шихты. В отходе производства декстринового содержание карбоната свинца составляет более 99%.

Полученную шихту загружают в тигли, которые подают в печь при температуре 1100-1200°C. Варку стекла осуществляют в горшковых печах при температуре 1300-1350°C.

Осветление стекломассы и ее гомогенизация требуют повышения температуры стекломассы до максимально значения - 1350-1400°C, после чего проводится процесс студки, когда температура стекломассы снижается (на 300-400°C) до температуры, необходимой для формования изделий.

Для оценки возможности использования отхода производства азида свинца декстринового при изготовлении свинцовых стекол был использован промышленный отход декстринового азида свинца, качество которого соответствовало принятым нормам. Далее были рассчитаны и изготовлены стекольные шихты на основе традиционных материалов и на основе отхода производства азида свинца декстринового. Опытные плавки свинцовых стекол проводились при температуре нагрева 1350-1400°C, а время выдержки расплавленной стекломассы при максимальной температуре нагрева составляло 35 мин.

Стекольные шихты были рассчитаны на получение свинцового стекла состава: мас.%: SiO₂ - 59,0; W - 11,0; Na₂O - 5,5; ZnO - 3,0; PbO - 21,5.

В таблице 1 приведены составы опытных стекольных шихт для получения свинцовой стекломассы и характеристика образцов полученных стекол.

Как видно из полученных результатов, применение отходов производства азида свинца декстринового несколько повышает качество получаемой свинцовой стекломассы.

Содержание отхода производства азида свинца декстринового в составе опытной шихты, используемой для получения свинцового стекла по данному изобретению, составляет более 22%, что значительно удешевляет весь процесс и позволяет полностью утилизировать отходы производства данного инициирующего взрывчатого вещества.