Из каких полезных ископаемых делают стекло

В данной статье вы узнаете о разновидностях стекла, каким образом добывают сырье для производства стекла и самое главное – как же производят стекло сегодня на самых современных заводах.

Стекло – один из самых древних материалов, которые использует человек. Наши предки научились его выплавлять еще 5 тысяч лет назад.

Тем не менее все эти долгие годы стекло, что называется, оставалось недооцененным. Необозримую область его применения целиком открыли всего несколько десятилетий назад. Благодаря стеклу, мы заглянули далеко в космос, проникли в глубины океана, мы стали строить из него дома, создавать произведения искусства. Мы сами не заметили как вслед за каменным, бронзовым и железным веками пришел век стеклянный. Оглянитесь, стекло окружает нас повсюду. Оно защищает от ветра и холода и создает уют. Для остекления небоскребов сегодня используют очень прочные, безопасные, экологичные  и энергосберегающие стекла.

Сегодня существует огромное количество разновидностей стекла. От вулканического, самого древнего на планете, до органического (его ученые научились получать совсем недавно). Но самым распространенным, тем, что окружает нас практически повсюду, является силикатное стекло (от латинского названия химического элемента Silicium – древний).

Одно из самых простых соединений кремния SiO2 называется кварц. Залежи кварцевого песка присутствуют на всех континентах, это один из самых распространенных минералов в земной коре. В том числе и благодаря этому стеклоделие много веков назад почти одновременно зародилось и в Африке, и в Южной Америке.

На самом деле рецепт приготовления стекла предельно прост. Это всего лишь кварцевый песок плюс газ, чтобы его расплавить. Очень много газа. Стеклоплавильная печь за один месяц потребляет 2,5 млн.м3. метана, это же количество в своих квартирах сжигают жители всего Центрального округа г. Москвы.

Все дело в том, что стекло кристаллизируется из жидкого состояния, а расплавить кварцевый песок, то есть по сути превратить его в жидкость, не так то просто. Для этого его нужно хорошо нагреть, вот куда уходит столько газа.

Итак, производство стекла включает следующие основные технологические операции:

Обо всем по порядку.

 Подготовка сырьевых компонентов

Как же добывают сырье для стекла? Из всех полезных ископаемых кварцевый песок один из самых легкодобываемых. Все дело в том, что он в природе уже находится, что называется, в готовом состоянии. Его нужно только зачерпнуть из карьера, загрузить на конвейерную ленту и отправить. Но прежде чем стать стеклом в окне или бокалом на праздничном столе, этому стеклу придется пройти в прямом смысле огонь, воду и трубы. Правда, в обратном порядке. Начинается все с сурового кастинга. Весь песок из карьера поступает на сортировочную галерею, там он ссыпается в разные кучи. Неспециалисту сложно определить, в чем разница между этими кучами, но она есть и в химическом составе, и в размере гранул.

Когда полезный материал окончательно отсортирован, его из карьера перевозят на фабрику подготовки песка. Первым делом песок моют. Это делается с помощью устройства, которое больше всего напоминает стиральную машину. В барабан загружается песок, а снаружи подается вода. Стенки барабана сделаны из пористой пленки. Размеры пор настолько малы, что они не пропускают наружу песок, но позволяют проходить только воде. Причем в воду не добавляют никаких специальных чистящих средств, поскольку они могут остаться в песке и изменить химические свойства песка. После промывки сырье просеивают. Песок избавляют от ненужных камней и других крупных включений. Далее песок ждет тонкая фильтрация. В нем могут находиться мельчайшие частички различных металлов, а они в стекле не нужны. Финальную очистку песок проходит на спиральных фильтрах. Под действием центростремительной силы частички железа или других тяжелых металлов прижимаются к краю водоворота, а песок и вода уходят в сторону.

Теперь уже идеально чистый песок можно отправлять в стеклоплавильную печь. Но сначала его необходимо высушить. На круглом столе через сырье для получения стекла продувается горячий воздух. Сухой песок зачерпывается шнеками и ссыпается в приемный бункер. Оттуда он попадает в железнодорожные вагоны или грузовые фуры и вскоре попадает на стеклоплавильную фабрику.

Вместе с кварцевым песком в стеклоплавильную печь загружаются и другие материалы: сульфат натрия, известняк и сода. Известняк улучшает погодостойкость стекла. Сода и сульфат натрия понижают температуру плавления. Все это расплавляется при температуре 1600°С и превращается в жидкую вязкую субстанцию.

На практике же наблюдается отклонение от этого стандарта. Самая распространенная система: Na2O-CaO-SiO2-MgO-Al2O3.

Метод флоатации

Сегодня практически повсеместно при изготовлении листового стекла используют метод флоатации. На дне печи установлена огромная ванна с расплавленным оловом. Жидкое стекло выливают в эту ванну, и так как его плотность меньше плотности олова, оно растекается ровным слоем по поверхности и плавает. При этом оно постепенно начинает остывать и кристаллизироваться.

ρжидкого стекла ≈ 1,4 г/см3

ρолова ≈ 7,31 г/см3

 В этой ванне стекло становится похожим на пластилин, оно еще мягкое и специальный ролик вытягивает его из печи как ириску.

На выходе из печи стекло имеет температуру 600°С. Лента из стекла аккуратно двигается по роликовому конвейеру и постепенно остывает. На краю этой ленты хорошо виден след, оставленный тем самым роликом, который протолкнул ее из ванной с оловом. Этот край отрезается, а обрезки отправляются обратно в печь на переплавку.

Далее эту бесконечно длинную ленту отправляют на резку. Режут стекло на равные части при помощи алмазного стеклореза, траектория движения резца которого такова, что он движется под определенным углом с той же скоростью, что и стекло. Это необходимо для того, чтобы отрезанный край стекла был ровным.

Затем один из поперечных валиков, на которых лежит порезанное стекло, приподнимается, надламывая лист. Все происходит в автоматическом режиме. Человеку на этом этапе находиться не то что не нужно, а даже опасно, ведь иногда стекло лопается, и осколки разлетаются в разные стороны. Максимальный на сегодня формат цельного листа, называется джамба (6 м — длина и 3,21 м – ширина).

Перед отправкой на оконную фабрику несколько готовых листов из партии проверяют. Тесты не замысловатые – стекло просто бьют. Тест на ударопрочность: три металлических шарика, вес каждого 4,1 кг сбрасываются с определенной высоты.

В ходе этого теста стекло имеет право покрыться трещинами, его задача удержать металлический шар на поверхности, не дать ему пробить лист насквозь. Только если после падения всех трех шаров у стекла не появилось сквозных отверстий, его признают годным и партию отправляют дальше.

Все перемещения огромных листов на складе производятся с помощью мощных автоматизированных погрузчиков с вакуумными присосками. Это самый простой и безопасный способ. Риск повреждения даже самых тонких листов сведен к минимуму.

Готовые листы теоретически уже можно отправлять на фабрику по изготовлению окон. Еще лет десять назад так и делали. Но сегодня практически везде используются стеклопакеты. Они гораздо прочнее и безопаснее. Смысл в том, что между двумя слоями стекла прокладывается специальная пленка. Она в случае чего удерживает осколки и не дает стеклу разбиться вдребезги. Причем специальная прозрачная пленка не приклеивается к листам, а припаивается к ним. После того как на станке готовится слоеный пирог из одного пластикового и двух стеклянных коржей, он запекается в огромной печи при температуре 400°С. На выходе получается стеклопакет.

В завершении

В завершении статьи хочется просто сказать «спасибо» нашим предкам, что научили нас такому мастерству как стеклоделие. Сегодня невозможно представить наш мир без стекла. Благодаря его всевозможным полезным свойствам (прозрачность, твердость, химическая устойчивость, относительно невысокая цена), мы можем использовать стекло в различных отраслях промышленности. Не вызывает сомнения, что развитие стекольной области будет только усовершенствоваться, и в плане состава стекла, и в плане технологии, и соответственно будем ожидать новых видов изделий из стекла.