РАЗДЕЛ 2
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА НАПРАВЛЕНИЯ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Анализ имеющихся сведений по окрашиванию стекол показал, что наиболее распространенными красителями в технологии получения цветных стекол массового производства являются оксиды переходных металлов, в частности, железа, марганца и др. В настоящее время в условиях украинской экономики кондиционное сырье, традиционно применяемое с этой целью, является дорогостоящим и дефицитным, либо имеет приоритет ресурсной ценности для других отраслей промышленности. Перспективным направлением решения вопросов ресурсо- и энергосбережения и повышения рентабельности стекольной отрасли, при условии сохранения высокой конкурентной способности продукции, является использование отходов различных производственных комплексов, которые обладают значительным потенциалом тепловой и химической энергии, вместо кондиционного сырья, что позволит кроме всего прочего улучшить экологическую обстановку в Украине [129,130].
Рациональное решение проблемы получения высококачественных цветных стекол при одновременном удешевлении их производства может быть достигнуто при условии правильного подбора красителей и обязательного учета влияния окислительно-восстановительного состояния шихты и печной атмосферы на процессы окрашивания и осветления стекломассы, а также на расход технологического топлива при варке.
К сырьевым компонентам, определяющим редокс-состояние шихты тарных и архитектурно-строительных стекол, относятся: углерод и сульфиды, как восстановители и сульфаты, оксиды металлов переменной валентности, в частности, марганца и железа, как окислители.
Различное соотношение указанных составляющих в стекольной шихте будет способствовать изменению важного технологического параметра стекломассы - окислительно-восстановительного потенциала (ОВП). Не менее важным параметром, определяющим редокс-состояние стеклорасплава, является содержание кислорода в газовом пространстве варочного агрегата.
Поэтому идея, положенная в основу данной работы, заключается в том, что регулируя значения ОВП и концентрации кислорода в печной атмосфере, на основании установления механизма их комплексного влияния на взаимодействие между ионами железа, марганца, серы и кислорода можно обеспечить образование определенных хромофорных (окрашивающих) центров в стекле и оптимизировать условия осветления стекломассы.
С позиций последующей практической реализации этих научных положений при массовом производстве окрашенных стеклоизделий необходимым явился выбор такого техногенного материала в составе которого имелись бы окисляющие и восстанавливающие компоненты.
Как показал анализ литературы [129], к ним относятся пылевидные отходы доменного производства чугуна и ферромарганца, содержащие катионы железа, марганца и углерод. Экономическая целесообразность их использования определяется также отсутствием необходимости в дополнительной термической и механической обработке.
На основании изложенного и в связи с целью работы - разработкой научных основ окрашивания силикатных стекол массового производства техногенными марганец-, железо-, углеродсодержащими материалами и технологии их (стекол) производства - явилось необходимым решить следующие задачи:
- провести комплексную всестороннюю оценку возможности использования выбранных техногенных материалов в качестве эффективных красящих компонентов при синтезе цветных стекол;
- выявить влияние, оказываемое редокс-потенциалом шихты и печной атмосферы на цветовые характеристики стекол, синтезированных с использованием указанных материалов;
- дополнить сведения по механизму окрашивания кальцийнатриевосиликатных стекол соединениями железа и марганца;
- определить физико-химические и технологические свойства стекол, оптимальных по спектрально-цветовым характеристикам;
- отработать технологические параметры промышленного производства разработанных стекол, произвести их опытно-промышленные испытания и внедрение в серийное производство.
Решение поставленных задач позволит расширить возможности использования техногенного сырья в стекольной отрасли, что обеспечит существенную экономическую независимость предприятий и будет способствовать ресурсо- и энергосбережению а также снижению загрязнения окружающей среды.
В соответствии с выбранным направлением исследования и поставленными задачами были использованы следующие материалы и экспериментальные методики.
Для исследования фазового состава выбранных техногенных материалов использовали рентгенофазовый анализ, который осуществляли на дифрактометре ДРОН-3м со счетчиком Гейгера при отфильтрованном Сu?- излучении. Условия съемки: напряжение на трубке 24 кВ, анодный ток - 6 мА, скорость вращения счетчика - 2 об/мин. Идентификацию химических соединений по полученным в результате опыта дифрактограммам осуществляли по картотеке дифракционных паспортов таблиц, содержащих значения d и n [131, 132],
где d - межплоскостное расстояние, Ао;
n - порядок отражения (целое число: 1, 2, 3....).
Дифференциально-термический анализ отходов и проводили на дериватографе ОД-103 системы Ф. Паулик, И. Паулик, Л. Эрдей [133]. Навеска исследуемого вещества составляла 2,11 г. В качестве эталона применяли прокаленный при 1300?С Al2O3, скорость подъема температуры 6-10 град/мин.
Выбор сырьевых материалов был обусловлен их применением в действующем производстве стеклянной тары на ОАО "Гостомельский стеклозавод" (пгт. Гостомель, Киевская область) и ООО ТК "Кристалл" (г. Константиновка, Донецкая область). Химический состав используемого сырья приведен в табл. 2.1.
Подготовка сырьевых материалов включала следующие операции: измельчение, просев через сито № 025 и взвешивание на лабораторных технических весах с точностью до 0,01 г.
Расчет состава шихты производили по методу наименьших квадратов на ЭВМ по специально разработанной программе (Приложение А).
Таблица 2.1
Химический состав сырьевых материалов
Наименование
сыр