СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТНОГО СТЕКЛА
METHOD OF OBTAINING SILICATE GLASS

Изобретение относится к силикатному листовому высокопрозрачному стеклу, а также кварцевому стеклу, и может быть использовано для создания солнечных батарей как на земле, так и в космосе, а также в качестве высокопрозрачной защиты в музейных и выставочных экспозициях.
Известен способ получения особо чистых светопрозрачных однородных стекол методом золь-гель.
2
Получение на основе гелей аморфных шихт с последующим их плавлением по традиционной технологии. Это направление развивается главным образом для синтеза и получения как однокомпонентных, так и многокомпонентных стекол, прежде всего кварцевых, оптических. Суть технологии сводится к приготовлению раствора на основе особо чистых растворимых сырьевых материалов (солей, гидрооксидов металлов, металлоорганических соединений, золя SiO); переходу от раствора к золю и далее к гелю и высушиванию геля с образованием аморфной порошкообразной шихты, в которой достигается идеальное (на молекулярном уровне) смешение компонентов (см. «Поликомпонентные шихты и стекла на их основе», обз. инф. сер. «Реактивы и особо чистые вещества», М., НИИТЭХИМ, 1982, 35 с.).
Однако большая газонасыщенность шихты осложняет процесс осветления, тем более в случае высоковязких расплавов, и снижает выход годной продукции.
К недостаткам золь-гель технологии следует отнести высокую стоимость многих сырьевых материалов (прежде всего алкоксидов металлов), технологические трудности, возникающие при получении монолитных стекол (растрескивание их при термообработке), повышенное содержание гидроксильных групп в стекле, а также примесей углерода, продолжительность процесса.
Известен способ изготовления высокопрозрачного силикатного стекла, характеризующийся светопропусканием лучей видимой области спектра в количестве 90-95% и прозрачного для ультрафиолетовых лучей, так называемые увиолевые стекла. Особое значение для варки таких стекол имеет шихта. Оксид кремния вводится в виде кварцевой крупки фракции 0,1-0,7 мм, содержащей не более 0,005% оксидов железа. Остальные используемые материалы должны соответствовать квалификации «х.ч, для анализов» (См. Соловьев С.И., Царицын М.А., Воробьева О.В., Замаев Г.П. «Специальные строительные стекла», Стройиздат, М., 1971).
e2
3
Известны также кварцевые стекла, шихта которых приготавливается из кварцевой крупки фракции 0,1-0,4 мм, допустимое количество примесей железа зависит от области применения стекла и исходного сырья. Так для изготовления керсила примеси находятся в пределах по FO - 0,012 (карельский кварц) до 0,0001 (Бразильский кварц, Кыштымская крупка) (См. Ботвинкин O.K., Запорожский А.И. " Кварцевое стекло",Изд. Литературы по строительству, М., 1965 г., стр. 39-41)
Температура варки стекол составляет 1560 многокомпонентного и 2000-2200°С однокомпонентного.
2
Использование химических реактивов марок "хч" или "чда" при составлении шихт промышленных листовых стекол экономически крайне не выгодно и резко увеличивает цену 1 м стекла. А получение листа кварцевого стекла ограничено шириной (примерно 360 мм) и наличием оптических искажений из-за высокой вязкости при выработке.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения стекла, включающий составление стекольной шихты, варку и выработку, причем по крайней мере один из стеклообразующих компонентов стекла вводят через синтетический сырьевой материал, в состав которого входят силикаты по крайней мере одного элемента из ряда: Li, Na, Ku газообразователи, преимущественно один из хлоридов, сульфатов, сульфидов щелочных металлов в количестве 0,01-20 мас.% (RU 2301783, опубл. 2007).
Недостатком известного способа является недостаточно высокий коэффициент светопропускания получаемого стекла.
Техническим результатом представленного изобретения является получение высокопрозрачного стекла и ускорение процесса варки.
Поставленный технический результат достигается тем, что в способе получения силикатного стекла, включающего составление шихты, варку и выработку, в качестве стекольной шихты используют комбинированную шихтовую смесь, содержащую кварцевый песок фракции 0,1-0,9 мм или кварцевую крупку фракции 0,1-0,4 мм, предварительно увлажненных раствором хлористой соли металла в количестве 0,05-1,5 мас.% и аморфный кремнезем в количестве 0-30 мас.% отдельно или в смеси с остальными компонентами при влажности шихты 0,1-5%.
Способ получения силикатного стекла, включающий составление шихты, варку и выработку, отличающийся тем, что в качестве шихты используют комбинированную шихтовую смесь, содержащую кварцевый песок фракции 0,1-0,9 или кварцевую крупку фракции 0,1-0,4 в количестве 70-100%, предварительно увлажненных раствором хлористой соли металла в количестве 0,05-1,5 мас.% и аморфный кремнезем в количестве 0-30 мас.% отдельно или в смеси с остальными компонентами при влажности шихты 0,1-5%.
2
3
3
Наиболее чистые кварцевые пески, используемые в стекловарении, например Ульяновской фирмы "Кварц" или Новоселовского месторождения (Украина), содержат примеси оксида железа (FeO) в количестве 0,012-0,015 мас.%, что не позволяет получить светопропускание в видимой части спектра листового стекла выше 85-87%. Предлагаем вводить в шихту силикатного стекла раствор хлористой соли, например NaCl, KCl, CeCl.
Ведение раствора хлористой соли непосредственно на песок или кварцевую крупку способствует увлажнению шихты и равномерному распределению активной добавки, обволакиванию тонкой пленкой наноразмерного порядка каждого зерна кварца и проникновению жидкой пленки в трещиноватую структуру кварца.
При реакциях силикато- и стеклообразования при 600°С происходит взаимодействие примесей железа с пленкой, например NaCl, по реакции
2
3
2
3
3
FeO+3NaCl+3HO-----FeCl+3Na(OH)+Fe(ОН)
2
2
3
NaOH+SiO----NaSiO
Образующееся хлористое железо улетучивается, снижая содержание примесей оксидов железа в стекле. Использование способа введения хлористых добавок через раствор с перемешиванием в смесителе и дальнейшей подачей других компонентов шихты позволяет создать наноактивную пленку, которая при высоких температурах в процессе стекловарения способствует удалению красящих примесей нетрадиционным способом.
Варка листового силикатного стекла производится в стекловаренной печи непрерывного действия при температурах 1500-1530°С. Выработка осуществляется методом проката между валками. Стекло отжигается, после чего подвергается резке на заданные листы. Способ используется также при варке кварцевого силикатного стекла с ускорением процесса варки и повышением качества стекла.
Пример 1
2
3
В отвешенную массу кварцевого песка добавляется раствор соли, полученной путем растворения 0,1% NaCl в 4 литрах воды, и тщательно перемешивается. Далее добавляются остальные сырьевые компоненты, такие как аморфный кремнезем, в количестве 25 мас.%, сода, доломит, полевой шпат, сульфат и селитра натриевая. Стекломасса полностью проваривается при температуре 1530°С. Проведение анализа показало содержание оксида железа в стекле, равное 0,0138 мас.%, в отличие от стекла, сваренного без добавления соли и содержащего 0,015 мас.% FeO. Светопропускание в видимой части спектра составило 90%.
Пример 2
В шихтовую смесь вводится 30 мас.% аморфного кремнезема и 0,5 раствора хлорида калия. Температура осветления стекломассы снижается до 1520°С, светопропускание стекла в видимой области спектра 90,5% при содержании оксида железа 0,0131 мас.%.
Пример 3
В шихтовую смесь вводится 2 мас.% аморфного кремнезема и 1% раствора NaCl. Температура осветления стекломассы составляет 1525°С, светопропускание равно 90,8%. Содержание оксида железа в стекле равно 0,0123%.
Пример 4
3
В шихтовую смесь вводится 10 мас.% аморфного кремнезема и 1,5% раствора CeCl. Температура осветления составляет 1515°С. Светопропускание в видимой части спектра составляет 92,4% и содержание оксидов железа в стекле 0,0119 мас.%
Пример 5
В отвешенную массу кварцевой крупки гранулометрии 0,1-0,4 добавляется раствор NaCl, полученный путем растворения 0,1 мас.% в 1 л воды, тщательно перемешивается и закрепляется при температуре 300°С, добавляем аморфный кремнезем 30 мас.%, перемешивается. Производят варку при температуре 2000°С. Время варки сократилось на 17% по сравнению с варкой шихты без добавок соли. Светопропускание сваренного стекла повысилось на 0,6% при сокращении примесей железа с 3,7 до 0,9 ppm.
Пример 6
В отвешенную массу кварцевой крупки гранулометрии 0,2-0,4 добавляется раствор соли в количестве 0,05 мас.% в 1 л воды, тщательно перемешивается и закрепляется при температуре 300°С.
Производят варку при температуре 2000°С. Время варки сократилось на 11%. Светопропускание стекла повысилось на 0,9% при сокращении примесей железа с 5 до 1,3 ppm.
Таким образом, использование описанного способа позволяет ускорить процесс стекловарения силикатного стекла и увеличить светопропускание получаемого стекла в видимой области спектра.