Инфоурок / Другое / Другие методич. материалы / Поурочная карта по ПМ.05 Выполнение работ по одной или нескольким профессиям рабочих, должностей служащих (13065 Контролер стекольного производства) по теме: Основное сырье в производстве стекла
Обращаем Ваше внимание: Министерство образования и науки рекомендует в 2017/2018 учебном году включать в программы воспитания и социализации образовательные события, приуроченные к году экологии (2017 год объявлен годом экологии и особо охраняемых природных территорий в Российской Федерации).

Учителям 1-11 классов и воспитателям дошкольных ОУ вместе с ребятами рекомендуем принять участие в международном конкурсе «Законы экологии», приуроченном к году экологии. Участники конкурса проверят свои знания правил поведения на природе, узнают интересные факты о животных и растениях, занесённых в Красную книгу России. Все ученики будут награждены красочными наградными материалами, а учителя получат бесплатные свидетельства о подготовке участников и призёров международного конкурса.

ПРИЁМ ЗАЯВОК ТОЛЬКО ДО 21 ОКТЯБРЯ!

Конкурс "Законы экологии"

Поурочная карта по ПМ.05 Выполнение работ по одной или нескольким профессиям рабочих, должностей служащих (13065 Контролер стекольного производства) по теме: Основное сырье в производстве стекла

библиотека
материалов

ПОУРОЧНАЯ КАРТА


ПМ 05 КОНТРОЛЕР СТЕКОЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА


СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТЕКЛА


Студент должен знать:

-основное и вспомогательное сырье для производства стекла, его характеристику.

Формирование компетенций ПК 5.1. Соблюдать условия хранения сырья.

ПК 5.3. Осуществлять контроль качества сырья для производства стекла и стеклоизделий.

Изучите текст

Кремнезем (SiO2) является главной составной частью промышленных стекол. Около 95 % всех производимых промышленностью стеклоизделий получают на основе силикатных стекол, концентрация кремнезема в которых составляет 55–75 % и более.

Для введения в состав стекла SiO2 используют различные природные виды кремнезема: кристаллический кварц – горный хрусталь, жильный кварц, кварцевые пески, песчаники, кварциты; скрытокристаллический – халцедон, агат, кремень; аморфный – опал, трепел, диатомит, опоки.

Качество песков для стекловарения оценивают по их химическому и гранулометрическому составам. Главное требование к пескам – максимальное содержание диоксида кремния и минимальное содержание окрашивающих примесей.

Для стекловарения применяют так называемые стекольные пески, содержащие не менее 95 % кремнезема и строго регламентируемое количество окрашивающих примесей.

Среди окрашивающих примесей наиболее распространенным является оксид железа, в той или иной концентрации содержащийся в составе всех кварцевых песков.

Ионы железа в промышленных стеклах содержатся в двух- и трехвалентном состоянии. Равновесие между этими степенями окисления железа может быть сдвинуто под влиянием температуры и состава стекла. Повышение температуры и понижение количества оксидов щелочных металлов увеличивает концентрацию ионов Fе+2, добавка окислителей (соединений мышьяка, марганца и др.) повышает относительное содержание ионов Fе+3.

Влияние Fе2О3 и FеО на окраску стекла различно: Fе2O3 сообщает стеклу желтовато-зеленый или желтый оттенок, FеО – синевато-зеленый или синий оттенок. Интенсивность окраски, которую вызывает двухвалентное железо, приблизительно в 15 раз сильнее, чем окраска трехвалентным железом.

Крупнейшими месторождениями песков, пригодных для стекловарения, на долю которых приходится более половины (около 60 %) поставляемых промышленности песков, являются Ташлинское, Егановское, Авдеевское и Новоседовское.

Государственным стандартом определены технические условия на кварцевый песок, молотый песчаник, кварцит и жильный кварц для стекольной промышленности. Предусмотрено 15 марок песка для разных типов изделий из стекла. В зависимости от марки доля оксида железа колеблется в пределах 0,01–0,25 % по массе.

Помимо оксидов железа в песках могут присутствовать другие красящие оксиды: Cr2O3, TiO2, P2O5, Co2O3, MnO2. При содержании более 0,05 % эта группа примесей должна удалятся из песка. Одновременно в стекольных песках присутствуют неокрашивающие примеси: Al2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O. Эти оксиды, как правило, входят в состав стекла в качестве основных компонентов. Поэтому их содержание в песке должно учитываться при расчете состава шихты. По содержанию и характеру этих примесей различают пески: чисто кварцевые (более 98 % SiO2 и до 1,5 % Al2O3), глинистые и глинисто-полевошпатовые (90–98 % SiO2 и 1,5–10 % Al2O3). В зависимости от характера примесей для обогащения песка используют следующие методы: промывка – для обогащения беспленочных глинистых песков; оттирка – для обогащения пленочных глинистых и неглинистых песков; флотация – для удаления легких и тяжелых ожелезненных минералов; флотооттирка – комбинированный способ для извлечения из песка глинистых и пылевидных частиц, железосодержащих зерен рудных и нерудных минералов и для оттирки пленки; магнитная сепарация – для обогащения беспленочных неглинистых песков при наличии в них минералов, обладающих магнитной восприимчивостью. Однородность гранулометрического состава и размер частиц песков оказывают большое влияние на скорость варки и на количество пороков стекла. Природные кварцевые пески состоят из зерен с диаметром от 01, до 2 мм. По установившейся практике наиболее пригодными для стекловарения считаются пески со средним размером зерен 0,15–0,4 мм. В соответствии с действующими ТУ зерен крупнее 0,5 мм должно быть не более 5 %, зерен менее 0,1 мм – не более 8 %. На территории Российской Федерации балансом запасов учтены 62 месторождения кварцевых песков и песчаников, а также 2 месторождения кварц-каолиновых песков. Запасы кварцевых песков сосредоточены преимущественно в Северо-Западном, Центральном и Поволжском экономических районах. Стекольные заводы, расположенные в Уральском, Западно-Сибирском, Восточно-Сибирском и Дальневосточном экономических районах, не обеспечены собственной сырьевой базой и вынуждены привозить сырье из других районов России, главным образом из Поволжья.

Карбонатное сырье используется для введения в состав стекла оксидов кальция и магния. Карбонатное сырье в основном состоит из минералов класса карбонатов – кальцита, доломита, магнезита. Стекольная промышленность использует доломит, известняк и мел. Основное требование к карбонатному сырью состоит в постоянстве его состава и отсутствии загрязнений, способных вызвать понижение прозрачности изделий из стекла.

Проблема качества доломитов для стекольного производства осложняется тем, что этот вид сырья не поддается обогащению экономически целесообразными способами. Содержащиеся в сырье тонкодисперсные примеси равномерно распределены по объему породы и лишь в редких случаях концентрируются в определенных классах крупности, что делает возможным их обогащение путем классификации. Однако для большей части месторождений эффект, достигаемый в результате обогащения доломита, не оправдывает затрат, поэтому стекольная промышленность вынуждена ориентироваться на природное сырье высокого качества.

Поскольку высококачественные стекольные доломиты встречаются в природе редко, они разведаны на ограниченном количестве месторождений. Для доломитов – Мелихово-Федотовский карьер во Владимирской области, Боснийское месторождение на Северном Кавказе и Заиграевское месторождение в Бурятии; для известняков – Алферовское месторождение (Владимирская обл.), Щуровское (Московская обл.); для мела – Ямское, Славянское (Донецкая обл.), Белгородское, Вольское (Саратовская обл.) месторождения Требования по минералогическому составу к доломиту и другому карбонатному сырью остаются теми же, что и к песку, в том числе отсутствие тугоплавких минералов, попавших в сырье при его транспортировании. Карбонатное сырье поставляется на заводы в виде крупных кусков, так как на современных карьерах дробление и помол не производят.

Глиноземсодержащее сырье применяется для введения в состав стекла оксида алюминия. В стекольную шихту для промышленных стекол Al2O3 вводится с помощью полевого шпата, полевошпатовых концентратов, нефелина и каолина, пегматита. Для варки стекол, обладающих повышенной теплопрозрачностью, используют технический глинозем и гидрат оксида алюминия. Широкое использование полевого шпата и пегматита обусловлено тем, что эти минералы содержат в своем составе не только Al2O3, но и оксиды натрия и калия, что приводит к снижению температуры варки шихт по сравнению с шихтами на основе технического глинозема. Кроме того, использование щелочесодержащих полевых шпатов и пегматитов позволяет экономить дефицитную соду.

Стекольная промышленность потребляет около 40 % всех добываемых полевых шпатов и пегматитов. Балансовые запасы полевошпатового сырья на территории России распределены крайне неравномерно. Большая часть разведанных запасов полевых шпатов и пегматитов сосредоточена в Северо-Западном регионе, на территории Карелии и Мурманской области (81,2 %), остальные – в районах Урала (8,5 %), Дальнего Востока (5,1 %) и Восточной Сибири (5,2 %). Многие годы основными поставщиками алюминийсодержащего сырья для стекольных заводов страны являлись Шилкинский (Читинская обл.), Вишнево-горский (Челябинская обл.) и Кондопонский (Карелия) ГОКи.

В настоящее время для стекольной промышленности используют пегматиты Кондопонского месторождения. Нефелин поступает с Кировской обогатительной фабрики Кольского полуострова, хотя из-за высокого содержания оксидов железа последний может применяться только при производстве бутылочного стекла. Щелочесодержащее сырье применяется для ввода в состав стекла оксидов щелочных металлов – натрия, калия, Основными источниками оксида натрия являются кальцинированная сода (Na2CO3), сульфат натрия (Na2SO4), полевошпатовые материалы, а также содопоташная смесь (Na2CO3K2CO3Н2О). В мировой практике стекловарения применяют синтетическую соду двух видов: легкую с насыпной плотностью менее 1 т/м3 (0,5–0,7) с размерами зерен от 0 до 0,3 мм и тяжелую с насыпной плотностью более 1 т/м3 с размерами зерен от 0,1 до 2,0 мм.

Отечественная стекольная промышленность потребляет в основном легкую кальцинированную соду, получаемую аммиачным способом. Она отличается повышенной летучестью и сильно пылит при транспортировке в составном цехе, поэтому при усовершенствовании технологии ориентируются на тяжелую гранулированную соду, получаемую в результате перекристаллизации обычной кальцинированной соды в моногидрат (Na2СO3Н2О), обладающий более компактной кристаллической структурой.

По содержанию в стекольной шихте сода обычно занимает второе место после кварцевого песка. В связи с этим в стекловарении предъявляются жесткие требования к гранулометрическому и химическому составу соды.

Для предотвращения пыления при транспортировке и загрузке в печь сода не должна содержать тонкодисперсных частиц размером менее 0,1 мм. Преимущества гранулированной соды по сравнению с легкой состоят в том, что размер ее частиц приближается к размеру зерен песка и, таким образом, предотвращается слеживание шихты после смешивания компонентов.

Кроме синтетической соды в стекольной промышленности можно использовать и природную соду. Природное содовое сырье разнообразно по химическому составу, содержанию примесей, условиям образования и другим характеристикам. Оно представляет собой содовые соляные озера с залежами горных пород, содержащих карбонаты и бикарбонаты натрия – трон (Na2СO3Na2НСO3Н2О), натрон (Na2СO310Н2О), термонатрит (Na2СO3Н2О), давсонит (Na2Al[СO3](ОH)2), гейлюссит (Na2Са2[CO3]25Н2О), шортит (Na2Са2[СO3]3).

Химическая промышленность России выпускает также нефелиновую соду, несколько отличающуюся по составу и свойствам от кальцинированной. Нефелиновая сода является побочным продуктом переработки нефелинового сиенита – Na2OAl2O32SiO2 – главного источника получения глинозема. Ее получают упариванием под вакуумом. По насыпной плотности и размеру частиц нефелиновая сода занимает промежуточное положение между тяжелой и легкой содой.

Другим важным видом щелочного сырья для производства стекла является сульфат натрия. Он вводится в состав стекла не только как источник оксида натрия, но и как источник оксида серы, который необходим для повышения скорости осветления стекломассы. В связи с высокой агрессивностью сульфата натрия по отношению к огнеупорам и необходимостью одновременного ввода восстановителя в составе стекла он содержится в небольшом количестве. В стекловарении применяют природный и синтетический сульфат натрия. Источником природного сульфата натрия служат мирабилит Na2SO410H2O, тенардит Na2SO4 и астраханит Na2SO4MgSO44H2O.

Стекольная промышленность России потребляет в основном синтетический порошкообразный сульфат натрия, который является побочным продуктом различных химических производств. Насыпная плотность продукта около 1 т/м3.

В стекло оксид калия вводят главным образом с поташом K2CO3 и селитрой KNO3. Кроме того, оксид калия содержится в содопоташной смеси и полевошпатовых материалах. Поташ дороже, чем сода, но он улучшает колер стекла. Поэтому его используют преимущественно при изготовлении посуды, хрусталя, цветных оптических и специальных технических стекол.

Вспомогательное сырье

В составе стекольной шихты количество вспомогательных сырьевых материалов по отношению к массе шихты невелико. Окрашивание, глушение и обесцвечивание имеют большое значение в производстве художественного стекла, цветного проката, сортовой посуды и стеклянной тары. Глушение и обесцвечивание стекла можно считать разновидностями окрашивания. Все эти процессы осуществляются в стекловарении путем ввода в стекольную шихту красителей, глушителей, обесцвечивателей.

К вспомогательным материалам относятся также восстановители и окислители. Нередко один вспомогательный компонент, введенный в шихту, одновременно выполняет функции красителя, глушителя и осветлителя.

Красители вводят в шихту для окраски стекла. Равномерно растворяясь в стекломассе, они окрашивают ее в требуемый цвет. Практикуется окрашивание сваренной стекломассы, в этом случае краситель вводят в нее при помощи специальных приемов или устройств в стекловаренной печи. По механизму окрашивания различают красители молекулярные, ионные и коллоидные. Виды красителей называются в соответствии с механизмом их растворения в стекломассе. К молекулярным красителям относятся оксиды и селениды тяжелых металлов – хрома, марганца, никеля, кобальта, железа и др. При варке стекла основная часть этих красителей вступает в реакцию с другими компонентами стекла, образуя окрашенные сложные микрокристаллы силикатов, боратов и сульфоселенидов, которые равномерно растворяясь в стекломассе, обеспечивают его гомогенное окрашивание.

Глушители вводят в состав шихты для придания стеклу свойств рассеяния света или непрозрачности, что можно определить как разновидность коллоидного окрашивания. Глушение вызывается частицами небольшого размера заглушающих веществ, выделяющихся из расплава стекломассы при ее охлаждении или дополнительной тепловой обработке из-за ограниченной растворимости или почти полной нерастворимости некоторых веществ в стекле.

Для глушения стекла чаще всего применятся фтористое и фосфорное сырье: криолит – 3NaFAlF3, фтористый кальций – CaF2, кремнефтористый натрий – Na2 SiF6, фосфорнокислый кальций Сa3(PO4)2. В зависимости от способа образования и природы заглушающей фазы, глушеные стекла можно разделить на следующие группы: кристаллические, капельные и газовые. Наиболее распространенными являются стекла с кристаллическим глушением. Как правило, для хорошего глушения стекла фтористые соединения вводят в шихту из расчета содержания глушителя в стекле 3–7 %, а фосфорные соединения из расчета 2–3 % в зависимости от состава стекла. Оксиды циркония, олова, алюминия, соли цинка, олова и других соединений вводят в стекло из расчета 1–4 мас. %.

Осветлители – это вещества, вводимые в шихту для облегчения освобождения стекломассы от газовых включений (пузырей и мошки), т. е. для улучшения процесса осветления. Осветлители дают возможность снизить температуру варки стекломассы, что обеспечивает экономию топлива и огнеупоров, удлиняет кампанию стекловаренных печей. В качестве осветлителей применяют оксиды или соли металлов и других соединений, разлагающихся с выделением крупных пузырьков кислорода, сернистого и азотного ангидрида. Наиболее распространенными осветлителями являются сульфат натрия, диоксид мышьяка, натриевая и калиевая селитра, аммонийные соли – сернокислый, азотнокислый, хлористый аммоний; хлористый натрий, оксид церия. Содержание осветлителей в стекольной шихте невелико: от 0,1 до 1,5–2 мас. % в зависимости от состава и условий его варки.

Обесцвечиватели применяются с целью обеспечения светопрозрачности стекла. Существует два способа обесцвечивания – химический и физический.

Химическим способом оксид железа Fe (II) переводится в оксид железа Fe (III). С этой целью применяют триоксид мышьяка As2O3, калиевую и натриевую селитру KNO3 и NaNO3, сульфат натрия Na2SO4, хлористый натрий NaCl. Лучшим окислителем является As2O3. Однако его применение осложнено тем, что он ядовит в любых соединениях, в том числе и парах.

Физический способ обесцвечивания заключается в добавке веществ, окрашивающих стекломассу в цвет, дополнительный к зеленому, причем общая прозрачность стекла при этом снижается. В качестве физических обесцвечивателей применяют диоксид марганца MnO2, металлический селен Se, оксид никеля NiO, оксид кобальта Со2О3 и редкоземельные соединения церия, германия, титана, циркония, тория, неодима и другие.

Химические обесцвечиватели вводят в шихту в зависимости от состава стекла из расчета их содержания в стекле от 0,0005 до 3 мас. % , физические обесцвечиватели – в зависимости от требуемого цвета стекла. Ускорители – материалы, ускоряющие процесс стекловарения. Для интенсификации варки стекла используют фтористые соединения, аммонийные соли, хлористый натрий, оксид бора, бария, нитриты. Фториды повышают гомогенность и содействуют осветлению стекла, ускоряют варку на 15–16 %. Их вводят в количестве 0,5–1 % сверх 100 % . Аммонийные соли при условии введения в количестве 3 % сверх ускоряют варку на 10–15 %. Оксид бора в количестве 1,5 % сверх 100 % ускоряет варку так же, как фториды. Особенно эффективно интенсифицируется варка стекла при одновременном введении фтора и бора. Оксид бария в количестве 0,25–0,5 % взамен оксида кальция ускоряет варку на 10–15 %. Окислители используют для создания окислительных условий варки, которые необходимы при варке некоторых цветных стекол. В качестве окислителей применяют нитраты, мышьяк, перекись марганца и другие вещества, разлагающиеся с выделением кислорода в процессе варки стекла.

Натриевая селитра NаNО3 при 400 °С начинает выделять кислород, а при 725 °С полностью разлагается с выделением окиси натрия, азота и кислорода. Калиевая селитра разлагается при более высокой температуре, чем натриевая (925 °С), и оказывает поэтому более сильное окислительное действие. Калиевая селитра еще более гигроскопична, чем NаNО3. Мышьяковистый ангидрид Аs2О3 при введении в состав стекла совместно с нитратами при низких температурах поглощает кислород и превращается в пятиокись, которая при высокой температуре, близкой к температуре осветления, диссоциирует, выделяя кислород. Поэтому, в отличие от чистых нитратов, смесь нитратов с мышьяком оказывает окисляющее действие и при высоких температурах.

Двуокись церия СеО2 при высокой температуре разлагается с выделением окиси церия и кислорода. Сильнейший окислитель и прекрасный обесцвечиватель.

Восстановители. Кроме углеродных восстановителей (древесные опилки, уголь, кокс, торфяной полукокс), применяют винно-каменную соль и соединения олова. Виннокаменная соль KНС4Н4О6 в чистом виде представляет собой кристаллический белый порошок. В стеклоделии применяют более дешевый неочищенный винный камень бурого цвета. Используется как восстановитель при варке медного рубина. Из соединений олова в качестве восстановителей применяют SnO – порошок белого цвета; оловянную соль SnС122Н2О – сильногигроскопичные кристаллы белого цвета, и оловянные опилки Sn.


Задание


1 Составить таблицу по основному сырью

Вид сырья

Вносимый оксид

Каким видом сырья вносится

минерал

характеристика

Основные требования к сырью

Кремнеземсодержащее сырье

SiO2

кристаллический кварц – горный хрусталь, жильный кварц, кварцевые пески, песчаники, кварциты; скрытокристаллический – халцедон, агат, кремень; аморфный – опал, трепел, диатомит, опоки.

кварц

является главной составной частью промышленных стекол

Главное требование к пескам – максимальное содержание диоксида кремния и минимальное содержание окрашивающих примесей. Государственным стандартом определены технические условия на кварцевый песок, молотый песчаник, кварцит и жильный кварц для стекольной промышленности. Предусмотрено 15 марок песка для разных типов изделий из стекла. В зависимости от марки доля оксида железа колеблется в пределах 0,01–0,25 % по массе.

Карбонатное сырье






Глиноземсодержащее сырье






Щелочесодержащее сырье








2. Составить таблицу по вспомогательному сырью

Вид вспомогательного сырья

назначение

Минерал, горная порода

характеристика

примечание

Красители

.Красители вводят в шихту для окраски стекла. Равномерно растворяясь в стекломассе, они окрашивают ее в требуемый цвет. Практикуется окрашивание сваренной стекломассы, в этом случае краситель вводят в нее при помощи специальных приемов или устройств в стекловаренной печи. По механизму окрашивания различают красители молекулярные, ионные и коллоидные. Виды красителей называются в соответствии с механизмом их растворения в стекломассе.

Не указано

К молекулярным красителям относятся оксиды и селениды тяжелых металлов – хрома, марганца, никеля, кобальта, железа и др. При варке стекла основная часть этих красителей вступает в реакцию с другими компонентами стекла, образуя окрашенные сложные микрокристаллы силикатов, боратов и сульфоселенидов, которые равномерно растворяясь в стекломассе, обеспечивают его гомогенное окрашивание.

-



3. Подготовьте кроссворд на 20 слов по изученной теме.

4. Выполните тест

1.Карбонатное сырье применяется для введения в состав стекла оксидов:

А) кремния

Б) алюминия

В) натрия и калия

Г) кальция и магния

Д) железа


2. Осветлители

А) это вещества, вводимые в шихту для облегчения освобождения стекломассы от газовых включений (пузырей и мошки),

Б) это вещества, вводимые в шихту для насыщения стекломассы газовыми включениями

В) это вещества, вводимые в шихту для придания массе белого цвета

Г) это вещества, вводимые в шихту для снижения температуры плавления шихты


3. Глушители

А) вводят в состав шихты для придания стеклу белого цвета

Б) вводят в состав шихты для маскировки дефектов стекломассы

В)вводят в состав шихты для придания стеклу свойств рассеяния света или непрозрачности



8




Самые низкие цены на курсы переподготовки

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 50% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок", но в дипломе форма обучения не указывается.

Начало обучения ближайшей группы: 25 октября. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (10% в начале обучения и 90% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru

Общая информация

Номер материала: ДВ-378062

Похожие материалы