Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
В частности в русских песках содержится значительное количество столь вредной примеси, как Fe203.
ТАБЛИЦА 51
Химический состав некоторых песков Германии
№ по пор. J Происхождение или название Потери от прокаливания Si02 Ті02 Ai203 Fe203 CaO MgO Na20 Si02 после прокаливания
I Nievelstein 1
(Herzogenrath) 0,04 99,89 0,03 0,01 0,008 — ¦ — — 99,93
2 Welchenberg W.
6 b Neussa Rh. 0,06 99,80 0,03 0,05 0,01 0,10 следы 0,04 99,86
3 Dorentrup 0. B. 0,11 99,75 0,06 0,02 0,011 — — 0,06 99,86
4 Hohenbocka . . 0,05 99,85 0,03 0,04 0,015 — — 0,02 99,90
5 Marksteinworm . 0,03 99,85 0,05 0,02 0,016 — 0,04 98,88
ТАБЛИЦА 52
Химический состав некоторых русских песков
№ Происхождение Потери от
ио прокали- Si02 А!203 Fe„03 CaO MgO
пор. вания
1 0,14 99,34 0,23 0,08 0,19 0,05
2 Латнинский...... . 0,08 99,63 0,08 0,03 0,17 0,09
3 Часовъярский ...... 0,13 99,24 0,36 0,07 0,13 следы
4 Будский ....»,.,, 0,18 99,62 0,09 0,06 следы —
5 Лопатинский - 0,15 99*08 0,08 0,19 0,14
III
Si02
Al2034-Fe203 CaO MgO
Прочие примеси
Мы уже отмечали, что до сих пор производство прозрачного кварцевого стекла идет почти исключительно на горном хрустале.' Приведенные в табл. 51 числа с несомненностью показывают, что если в применении вместо хрусталя кварцевого песка и имеются какие-либо трудности, то они, во всяком случае, не химического характера. Лучшие сорта кварцевого песка по своему химическому составу вполне удовлетворяют даже тем строгим требованиям, которые предъявляет сырому материалу кварцевая индустрия. Основной причиной, почему кварцевый песок не может в настоящее время конкурировать с горным хрусталем, является его дисперсность. В кварцевом песке кремнезем находится в чересчур раздробленном состоянии, что при современных методах производства в сильной степени затрудняет получение из него прозрачного кварцевого стекла, т. е. стекла, лишенного рассеяных по всей массе вещества пузырьков воздуха. Однако, как мы увидим дальше, имеется ряд путей, следуя которым, можно надеяться на преодоление имеющихся здесь трудностей и если не на полную, то, во всяком случае, на частичную замену дорогого горного хрусталя несравненно более дешевым песком.
Последней группой сырых материалов, имеющих серьезное значение для производства" кварцевого стекла, являются так называемые кварциты, т. е. минералы, состоящие почти целиком из мелких, беспорядочно сросшихся друг с другом кристалликов кварца. В общем случае кварциты все же не обладают достаточной чистотой для изготовления прозрачного стекла и идут главным образом на производство стекла непрозрачного (мощные залежи такого рода кварцитов имеются у нас на Мурмане). Однако некоторые сорта кварцитов имеют исключительно высокие качества и благодаря ряду как химических, так и физических особенностей являются незаменимым материалом для производства прозрачного кварцевого стекла. Здесь мы имеем в виду кварцит, описанный известным исследователем в области кварцевой индустрии George 181. Залежи этого кварцита имеются во Франции, и повидимому — только в ней. Отличаясь высоким содержанием кремнезема (до 99,9%), полным отсутствием растворенных газов и газовых включений, этот минерал обладает еще одним бесценным, с точки зрения производства прозрачного стекла, достоинством: при нагревании он плавится, не трескаясь и не разрушаясь. Это обстоятельство, как мы увидим дальше, в значительной степени облегчает всю операцию плавки.
ТИГЛИ ДЛЯ ПЛАВКИ
Производство кварцевого стекла в больших масштабах заставило вплотную подойти к вопросу о материале тех тиглей, в которых происходит плавка кремнезема. Трудность выбора станет ясной, если вспомнить, что самый незначительный процент инородных примесей способен в корне изменить свойства получаемого продукта. Расплавленный кремнезем не должен совершенно вступать в реакцию с окружающей его оболочкой — требование, выполнить которое нелегко при температуре, равной почти 2 000°. Само собой разумеется, что кроме химической устойчивости материал должен удовлетворять условию огнеупорности. Обычно применяемые при высоких температурах угольные или графитовые тигли в данцом случае отпадают, так как углерод действует восстанавливающим образом на кремнезем и выделяющийся кремний загрязняет стекло, :
125
Насколько остро в свое время стоял вопрос с получением подходящего огнеупорного материала, видно хотя бы из того, что Heraeus18* первоначально был принужден применять для производства тиглей, в которых плавился кварц, столь дорогое вещество, как иридий/Температура плавления иридия равна 2 390°, так что с этой стороны он оказался вполне пригодным; иридий не вступает в реакцию с кремнеземом, и опасность загрязнения стекла при плавке в иридиевом тигле исключается. Основным и решающим недостатком иридия является конечно его дороговизна. Дело еще осложняется тем, что, как показал Heraeus, по охлаждении расплавленного кварцевого стекла последнее настолько крепко пристает к стенкам иридиевого тигля, что извлечь его, не испортив тигля, почти невозможно. Таким образом после каждой плавки тигель выходит из строя и должен быть подвергнут переработке, которая обходится довольно дорого. Все это побудило Heraeus искать более экономных материалов. Наиболее естественным было использовать редкие земли, окиси металлов: церия, циркона, дидимия, иттрия, лантана и пр., применение которых в качестве огнеупорного материала к этому времени было уже достаточно разработано. Испробовав различные окиси, Heraeus остановился на скиси циркона (1906) как на наиболее подходящей для плавки кварца. Все другие окиси были им забракованы благодаря их способности реагировать с расплавленным кремнеземом. Окись циркона не обнаруживает этого недостатка, и сделанный из нее тигель не грязнит кварцевого стекла при условии, если материал тигля достаточно чист. Температура плавления окиси циркона близка к 2 600°.
