رقم دفعة الأكسدة وتأثيره على صناعة الزجاج الملون

مقدمة إلى رقم الدفعة للاختزال

عدد الأكسدة دفعة هو أداة تستخدم من قبل صانعي الزجاج كمؤشر على خصائص الزجاج النهائي شكلت، وكذلك في تذوب نفسها. يتكون الزجاج بشكل رئيسي من السيليكا ، وعادة ما تستمد من الرمل ، جنبا إلى جنب مع كربونات الصوديوم وأكسيد الكالسيوم ، فضلا عن مجموعة كاملة من المواد المضافة الأخرى اعتمادا على الزجاج المطلوب.

يشير Redox في هذه الحالة إلى توازن الآثار التأكسدية والاختزالية الممنوحة للزجاج من قبل المكونات المضافة ، ويمكن تحقيق رقم على أساس هذه المكونات. يتم حساب عدد الأكسدة الدفعية من قبل صانعي الزجاج لكل دفعة يتم إنتاجها ، والنتيجة من الحساب مفيد في التنبؤ بنتائج مثل اللون. عدد الأكسدة دفعة، لذلك، هو مقياس تجريبي لحالة الأكسدة الحد من كل دفعة.

عملية تصنيع الزجاج
زجاجات على خط الإنتاج

حساب رقم الدفعة للاختزال

يتم حساب أرقام الأكسدة الدفعية على أساس عملية صنع الزجاج باستخدام 2mt من الرملي. الآثار المساهمة للإضافات الزجاجية المشتركة معروفة جيدا (1)، وبالتالي فهي مجرد حالة من أخذ هذه الأرقام، وضرب من قبل الكتلة وإضافة القيم معا. لا يساهم Sand في حساب الأكسدة. مثال على وصفة الزجاج الصوان بسيطة على النحو التالي:

سوف تتطلب مجموعة من زجاج الصوان المكونات التالية:

رسم 2000 كجم
الخبث* 100 كجم
ملح (NaSO4)20 كجم

لذلك، يمكن حساب رقم الأكسدة:
الخبث 100 كجم × -0.092 = -9.20
ملح 20 كجم × 0.670 = 13.40
-9.20 + 13.40 = 4.20

* في هذا المثال، الخبث يوفر كل من أكسيد الكالسيوم وكربونات الصوديوم

يذوب الزجاج في هذه الحالة سيكون له عدد الأكسدة دفعة من 4.20. لذوبان أكثر تعقيدا، والحساب سيكون أطول، مع الأخذ في الاعتبار جميع المواد المضافة.

كيف يمكن تعديل رقم الدفعة للاختزال؟

ويستند اللون في النظارات على تفاعلات المواد المضافة وأرصدة الأكسدة. المضافات الزجاجية النموذجية هي مركبات معدنية انتقالية والتي ، في حالات أكسدة مختلفة ، لها فلوس مختلفة. ويشار إلى أيون محددة مسؤولة عن لون كروموفور. تعتمد مقاييس المركبات على كمية الأكسجين في الذوبان ، والتوازن العام للإضافات ، وحالة الأكسدة ودرجة الحرارة (2).

الكروموفور الأكثر أهمية في صناعة الزجاج هو الكروموفور العنبر، الذي ينتج عن التفاعل بين الحديد وأويونات الكبريت. تتم إضافة الكبريتات إلى معظم النظارات ، وإزالة الفقاعات والبذور في صنع الذوبان لمنتج نهائي متفوق ، وعادة ما يتم إضافته في شكل كبريتات الصوديوم. في الزجاج، يمكن تخفيض الكبريتات إلى الكبريتيد، وهذا يحدث في أرقام الأكسدة دفعة منخفضة. يتم تشكيل الكروموفور العنبر في وجود كل من Fe3 + و S2- (الكبريتيد) الأيونات ولها تلوين بني بشكل مكثف (3).

بكل بساطة ، يمكن تغيير عدد الأكسدة دفعة عن طريق إضافة المؤكسدة أو تقليل المكونات. إضافة الحد من الأنواع سوف يسبب عدد الأكسدة دفعة إلى انخفاض، في حين أن إضافة الأنواع المؤكسدة سوف يسبب عدد الأكسدة دفعة لزيادة. قياس عدد الأكسدة دفعة لوحظ غير مباشر - فإن صانع الزجاج تحديد نسبة الحديد المخفض (Fe2 +)إلى الحديد الكلي في حالة المنتج الزجاجي النهائي، عن طريق الوسائل البصرية (4). أعلى Fe2 + إلى النسبة الإجمالية تشير إلى المزيد من انخفاض النظارات. يتم استخدام نسبة الحديد كما هو موجود في جميع النظارات تقريبا. في حالة الذوبان ، يتم قياس الضغط الجزئي لغاز الأكسجين ، مع قيم أعلى تشير إلى زجاج أكثر أكسدة (5).

زجاجات خضراء

بالنسبة لزجاج الحاويات أو الألواح النموذجية، ترتبط قيم الأكسدة الدفعة التالية ونسب الحديد بالألوان (6):

عدد الأكسدة دفعة Fe2 +/ Fe نسبةإجمالية لون زجاجي
من 0 إلى 5 0.10 إلى 0.40 فلينت (عديم اللون)
-15 إلى 0 0.40 إلى 0.65 الزمرد الأخضر
-25 إلى -15 0.60 إلى 0.75 فويمور
-30 إلى -20 0.75 إلى 0.90 العنبر

ولذلك يمكن القول أن عدد الأكسدة دفعة أقل يتوافق مع انخفاض الزجاج. وترتبط أرقام الأكسدة دفعة تتجاوز 5 مع الزجاج الصوان المؤكسد والألوان الخضراء UVA.

ما هي آثار منتجاتنا؟

كما ذكر، يتم تصنيف المواد المضافة إلى الزجاج على نطاق واسع في تلك التي تسبب تأثير الأكسدة أو تأثير الحد، وبالتالي نقل موقف عدد الأكسدة. الحديد موجود في جميع النظارات تقريبا، لذلك ينبغي النظر في مساهمات الأكسدة أدناه بالإضافة إلى الحديد عند الانخراط في عملية صنع الزجاج. تم تحديد أرقام الأكسدة الفردية للإضافات تجريبيًا.

فارغة زجاجة زجاجة مجموعة الألوان

أكسيد الحديد الأحمر

الحديد هو واحد من المواد المضافة الأكثر شيوعا في الزجاج، ويجري موجودة في الغالبية العظمى من النظارات المنتجة تجاريا.
أكسيد الحديد الأحمر
(Fe2O3، الحديد (3) أكسيد الحديد ، أكسيد الحديد الحديدي) هو واحد من أكاسيد الحديد الأكثر استخداما ومتاحة ، وتوفير Fe3 +. كأكسيد، إضافة منه سوف تدفع موقف التوازن نحو الجانب التأكسدي. كملون في حد ذاته، أكسيد الحديد توفير Fe3 + يؤدي إلى تلوين الأزرق والأخضر. وقد أضيف أكسيد الحديد إلى يذوب الزجاج لسنوات عديدة نظرا لقدرته على إجراء الحرارة بشكل أفضل، وبالتالي تقليل كمية التدفئة الخارجية يتطلب (7). عندما خفضت إلى Fe2 +، لوحظ تلوين أزرق.

البيريت الحديد (FeS2 ، ثاني كبريتيد الحديد)

ومن المعروف Pyrite

كعامل الحد في الفضاء صناعة الزجاج، مع عدد الأكسدة من -1.20. لذلك ، فإن إضافة البيريت ستدفع موقف توازن الأكسدة لصالح انخفاض الزجاج ، وعدد الأكسدة الدفعة الأقل. لذلك يتم إضافة البيريت لإنتاج تلوين العنبر (8) ، مفيد لأكواب الحاويات التي تحتوي على الأطعمة القابلة للتلف.

زجاجات زجاجية ملونة العنبر
زجاجات زجاجية ملونة العنبر

طحين الكروم

مسار الأكسدة الذي هو حاسم مع الكروم

بين الكروم المخفض (2) والكروم القياسي (iii) والكروم المؤكسد للغاية (vi). تجدر الإشارة إلى أنه بغض النظر عن عدد الأكسدة الشاملة ، فإن الحرف الأخضر المرتبط بالكروم (iii) سيسود - يتم تعديله فقط من خلال البيئة الحمراء الشاملة. في الكروميت، الكروم (3) هو حالة أكسدة المعدن.

في بيئة الحد، فإن التوازن الأكسدة لدقيق الكروم يكون لصالح Cr2 + و Cr3+، في حين أنه في بيئة الأكسدة ، سيكون لصالح Cr3 + و Cr 6+. تأثير أدنى عدد الأكسدة الكروم هو الحد الأدنى، ويعتبر حالة الأكسدة نادرة. من ناحية أخرى ، يوفر Cr6 + لونًا أصفرًا والذي بالتنسيق مع Cr3 + "سيخفف" اللون الأخضر إلى نغمة أكثر كتمًا إلى حد ما. ومن الجدير بالذكر أن Cr6+ ضار للبشر ، لذلك يجب توخي الحذر لتقليل التعرض لأي غازات ناشئة عن الذوبان.

زجاجات نبيذ زجاجية خضراء فارغة

التفاعل بين الكروم والكروموفور العنبر مثيرة للاهتمام بشكل خاص، كما تتطلب ألوان مثل الزيتون والخضر العتيقة كل من الكروموبهور العنبر والكروم - تعديل العنبر من الكروم يسبب تحولا في موقف توازن الكروم والحديد، والتغيرات اللون ية المتناسبة. وهذا هو التأثير الذي يؤدي إلى نظارات ملونة البني والأخضر مثل feuille مورت أو الأخضرdeadleaf.

أنثراسايت / كربون

كمركب عضوي ، لا يؤثر الجمرة الخبيثة على تلوين الزجاج في حد ذاته ، ولكنه سيحول موقف توازن الأكسدة نحو بيئة تقليل. الكربون النقي
والجمرة الخبيثة
(85 كربون) لديهم أرقام الأكسدة من -6.70 و -5.70 على التوالي. وبما أن البيئة المخفضة مفضلة من حيث عملية التصنيع، فإن الجمرة الخبيثة تضاف إلى حد كبير لهذا السبب.

أكسيد النحاس

في ظل ظروف الأكسدة، سيبقى أكسيد النحاس في شكل أكسيد القبريك (CuO). يحتوي الأيون Cu2+ على لون أخضر أزرق. في ظل ظروف الحد، ومع ذلك، سوف يكون هناك أكسيد النحاس في شكل أكسيد كوبروس (Cu2O)، مع Cu+ أيون المسؤولة عن لون أحمر مكثف. لذلك ، لتحقيق الزجاج الأحمر أو الأسود ، لا بد من الحفاظ على تقليل الظروف عبر عدد ريدوك دفعة منخفضة. ويتحقق الزجاج الأسود مع ضربة الحرارة وأكثر يمكن قراءتها هنا.

زجاجة سوداء

آثار رقم اختزال الدفعة على عملية التصنيع

وفقا للبحوث، يمكن أن تعمل درجة حرارة الفرن أقل في انخفاض قيمة الأكسدة، بالإضافة إلى كونها أسهل لتكرير (9). في الأكسدة السفلية ، سيكون هناك فقاعات أقل في الذوبان بسبب انخفاض الأكسجين في الذوبان. كما هو الحال مع أي تفاعل كيميائي، وequiliblibria الأكسدة تعتمد على درجة الحرارة. في صناعة الزجاج الحديثة، حيث المخاوف البيئية ذات أهمية قصوى، يمكن استخدام cullet الزجاج المعاد تدويره. في كثير من الأحيان ، يتم استخدام هذا الزجاج في شكل مسحوق وإضافته إلى الذوبان ، على الرغم من أنه تجدر الإشارة إلى أنه نظرًا لأن الكوليت غالبًا ما يحتوي على كميات معتدلة من المواد العضوية ، فإن الإضافة يمكن أن تسبب انخفاضًا في عدد الأكسدة الدفعية - والتي قد تكون أو لا تكون مرغوبة.

مجموعة من الزجاجات القديمة، منغم
قيعان الزجاجات الملونة المتنوعة

ملخص

  • عدد الأكسدة دفعة هو أداة تستخدم من قبل صانعي الزجاج للتنبؤ ورصد خصائص الزجاج
  • تعديل عدد الأكسدة يوفر ألوان مختلفة من الزجاج، المستمدة من توازن الكروموبهورسات المعدنية الانتقالية العديدة
  • يمكن حساب رقم دفعة الأكسدة مقدمًا للتنبؤ بنتائج عملية الزجاج ، ويتم حسابه طوال العملية لمراقبة التقدم
  • بالإضافة إلى تكوين وتوازن الأكسدة ، ودرجة الحرارة ، واستخدام وكلاء الزعنف لها تأثير على الزجاج النهائي العام
الكربون
copper_oxide
مسحوق أكسيد الحديد الأحمر في وعاء
مسحوق البيريتس في وعاء
دقيق الكروميت في وعاء

مراجع

1 دبليو سيمبسون وD. D. مايرز، التكنولوجيا الزجاجية، 1978، 19، 82

2 ث. ثيممورن وآخرون، بول. الام. الخيال العلمي.، 2007، 30، 487

3 ن. ف. شيرنوفايا وآخرون، زجاج وسيراميك، 2000،57، 84

4 جيم ر. بامفورد، توليد الألوان والتحكم في الزجاج، علوم وتكنولوجيا الزجاج،إلسفير، أمستردام، 1977

5 P. Laimbock, في خط أجهزة استشعار الأكسجين لذوبان الزجاج وحمام القصدير, في GlassTrend, ايندهوفن, 2013

6 ر. فالكوني وآخرون، القس مينرالول. جيوكيم.، 2011، 73، 113

7 ر. ل. شوت ي. بادجر ج. م. سيرام. Soc., 1942,25, 355

8 W. A. Weyl, نظارات ملونة,جمعية تكنولوجيا الزجاج, شيفيلد, 1951

9 أ. هيوبرت وآخرون، أثر الأكسدة في ذوبان الزجاج الصناعي وأهمية التحكم في الأكسدة في المؤتمر السابع والسبعين المعني بمشاكل الزجاج،كولومبوس، 2017