Nombor Batch Redox dan Kesannya pada Pembuatan Kaca Berwarna

Pengenalan Batch Redox Number

Nombor redoks batch ialah satu alat yang digunakan oleh glassmakers sebagai tanda sifat kaca akhir dibentuk, serta dalam mencairkan sendiri. Kaca terdiri terutamanya daripada silika, biasanya diperolehi dari pasir, di samping natrium karbonat dan kalsium oksida, serta pelbagai bahan tambahan lain bergantung kepada
kaca yang dikehendaki
. Redoks dalam kes ini merujuk kepada keseimbangan kesan oksidatif dan pengurtif yang diberikan kepada kaca oleh komponen ditambah, dan nombor boleh dicapai berdasarkan komponen ini. Nombor redoks batch dikira oleh glassmakers bagi setiap kelompok yang dihasilkan, dan hasil pengiraan berguna dalam meramal hasil seperti warna. Nombor redoks batch, oleh kerana itu, adalah satu langkah empirikal pengurangan keadaan pengoksidaan setiap Kumpulan.

proses pembuatan kaca
botol di talian pengeluaran

Pengiraan Nombor Redox Batch

Batch nombor redoks dikira atas dasar proses Glassmaking menggunakan 2mt pasir. Kesan caruman bahan tambahan kaca biasa terkenal (1), dan jadi ia hanya kes mengambil nombor ini, mendarabkan oleh jisim dan menambah nilai bersama-sama. Pasir tidak menyumbang kepada pengiraan redoks. Contoh resipi kaca Flint mudah adalah seperti berikut:

Sekumpulan Flint Glass akan memerlukan komponen berikut:

Pasir 2,000 kg
Slag * 100 kg
Garam (NaSO4) 20 kg

Oleh itu, nombor redoks boleh dikira:
Slag 100 kg x-0.092 =-9.20
Garam 20 kg x 0.670 = 13.40
-9.20 + 13.40 = 4.20

* dalam contoh ini, Sanga menyediakan kalsium oksida dan natrium karbonat

Sebuah kaca mencairkan dalam kes ini akan mempunyai batch redoks nombor 4.20. Untuk lebih kompleks mencairkan, pengiraan akan lebih lama, dengan mengambil kira semua bahan tambahan.

Bagaimana Batch Redox Number dapat Dimodulasi?

Warna kacamata adalah berdasarkan kepada interaksi bahan tambahan dan baki redoks. Tambahan kaca yang biasa adalah peralihan sebatian logam yang, dalam keadaan pengoksidaan yang berbeza, mempunyai valin berbeza. Ion khusus yang bertanggungjawab untuk warna dirujuk sebagai chromophore. Valin sebatian bergantung kepada jumlah oksigen dalam mencairkan, imbangan keseluruhan bahan tambahan, Negeri redoks dan suhu (2).

Chromophore yang paling penting dalam Glassmaking adalah Amber chromophore, yang dihasilkan oleh interaksi besi dan ion sulfat. Sulfat ditambah kepada kebanyakan gelas, mengeluarkan buih dan benih dalam membuat produk akhir yang unggul, biasanya ditambah dalam bentuk natrium sulfat. Dalam kaca, sulfat boleh dikurangkan kepada sulfat, ini berlaku pada nombor redoks batch rendah. The Amber chromophore terbentuk di hadapan kedua Fe3 + dan S2- (sulfat) ion dan mempunyai perang yang intensif colouration (3).

Agak ringkas, nombor redoks batch boleh ditukar oleh penambahan oxidising atau mengurangkan komponen. Penambahan daripada mengurangkan spesies akan menyebabkan nombor redoks batch berkurangan, manakala penambahan spesies oxidising akan menyebabkan nombor redoks batch untuk meningkat. Ukuran nombor redoks batch yang diperhatikan adalah tidak langsung-glassmaker akan menubuhkan nisbah besi dikurangkan (Fe2 +) untuk besi keseluruhan dalam kes produk kaca siap, melalui optik cara (4). A lebih tinggi Fe2 + ke nisbah keseluruhan menunjukkan gelas yang lebih dikurangkan. Nisbah besi digunakan sebagai seterika terdapat dalam hampir semua gelas. Dalam kes mencairkan, tekanan separa gas oksigen diukur, dengan nilai yang lebih tinggi Indikatif kaca yang lebih pengoksidaan (5).

botol kaca hijau

Untuk kontena biasa atau kaca plat, nilai redoks Kumpulan berikut dan nisbah besi adalah berkaitan dengan warna (6):

Nombor redoks batch Fe2 +/Fejumlah nisbah Warna kaca
0 ke 5 0.10 ke 0.40 Flint (formaldehid)
-15 ke 0 0.40 ke 0.65 Emerald Green
-25 to-15 0.60 ke 0.75 Feuille Morte
-30 hingga-20 0.75 ke 0.90 Amber

Oleh itu, ia boleh dikatakan bahawa nombor redoks batch yang lebih rendah sepadan dengan kaca dikurangkan. Nombor redoks batch yang melebihi 5 dikaitkan dengan gelas pengoksidaan dan UVA Green colourations.

Apakah Kesan Produk Kami?

Seperti yang dinyatakan, bahan tambahan kepada kaca secara umum dikategorikan kepada mereka yang menyebabkan kesan oxidising atau kesan pengurangan, dengan itu memindahkan kedudukan nombor redoks. Besi hadir dalam hampir semua gelas, jadi sumbangan redoks di bawah harus dipertimbangkan sebagai tambahan kepada besi apabila terlibat dalam proses membuat kaca. Nombor redoks individu untuk bahan tambahan telah ditentukan eksperimen mental.

Botol bir kosong pelbagai warna

Oksida Besi Merah

Besi adalah salah satu bahan tambahan yang paling biasa dalam kaca, yang hadir di kebanyakan besar gelas dihasilkan komersial.
Red Iron oksida
(Fe2O3, besi (iii) oksida, ferrik oksida) adalah salah satu daripada yang paling banyak digunakan dan sedia oksida besi, menyediakan Fe3 +. Sebagai oksida, penambahan itu akan menolak kedudukan keseimbangan ke arah oksidatif. Sebagai colourant dengan hak sendiri, besi oksida menyediakan Fe3 + menimbulkan colouration biru-hijau. Besi oksida telah ditambah ke kaca larut selama bertahun-tahun kerana keupayaannya untuk menjalankan haba yang lebih baik, oleh itu mengurangkan jumlah Pemanasan luar memerlukan (7). Apabila dikurangkan kepada Fe2 +, colouration biru diperhatikan.

Iron Pyrite (FeS2, besi (ii) disulfida)


Pyrite
dikenali sebagai ejen mengurangkan dalam ruang Glassmaking, dengan nombor redoks of-1.20. Oleh itu, penambahan pyrite akan menolak kedudukan keseimbangan redoks memihak kepada kaca dikurangkan, dan nombor redoks Kumpulan yang lebih rendah. Pyrite oleh itu ditambah untuk menghasilkan Amber colouration (8), berguna untuk gelas kontena yang mengandungi makanan mudah rosak.

botol kaca berwarna kuning
botol kaca berwarna kuning

Tepung Chrome

Laluan redoks yang penting dengan chromite

adalah antara yang dikurangkan kromium (ii), standard kromium (iii) dan yang sangat pengoksidaan kromium (vi). Adalah diperhatikan bahawa bebas daripada keseluruhan nombor redoks batch, watak hijau yang dikaitkan dengan kromium (iii) akan digunakan-ia hanya dimodatkan oleh persekitaran redoks keseluruhan. Dalam chromite, kromium (iii) adalah keadaan pengoksidaan logam.

Dalam persekitaran yang semakin berkurangan, keseimbangan redoks untuk tepung Chrome akan memihak kepada CR2 + dan CR3 +, manakala dalam persekitaran oxidising, ia akan memihak kepada CR3 + dan CR6 +. Kesan daripada nombor pengoksidaan terendah kromium adalah minimum, dan ia dianggap sebagai keadaan pengoksidaan jarang. Sebaliknya, CR6 + menyediakan colouration kuning yang dalam konsert dengan CR3 + akan ' mencairkan ' warna hijau kepada nada yang agak lebih disenyapkan. Terkenal adalah hakikat bahawa CR6 + adalah berbahaya kepada manusia, jadi penjagaan harus diambil untuk mengurangkan pendedahan kepada apa-apa gas yang timbul daripada mencairkan.

Kosongkan botol wain kaca hijau

Interaksi kromium dan Amber chromophore adalah sangat menarik, sebagai warna seperti zaitun dan antik sayur-sayuran memerlukan kedua-dua Amber dan kromium chromophores-modulasi Amber oleh kromium menyebabkan anjakan dalam kedudukan keseimbangan kromium-besi, dan yang sepadan warna perubahan. Ia adalah kesan ini yang membawa kepada gelas berwarna hijau merah seperti feuille Morte atau daun mati hijau.

Antrasit / Karbon

Sebagai sebatian organik, antrasit tidak mempunyai kesan ke atas kaca colouration di sebelah kanan, tetapi akan beralih kedudukan redoks keseimbangan ke arah persekitaran yang mengurangkan. Karbon tulen dan antrasit

(85 karbon) telah redoks bilangan 6.70 dan 5.70. Sebagai sebuah persekitaran yang semakin berkurangan, adalah lebih baik dari segi proses pembuatan, ia sebahagian besarnya ditambah atas sebab ini.

Oksida Tembaga

Di bawah syarat oxidising, kuprum oksida akan kekal dalam bentuk oksida (CuO). The cu2 + ion mempunyai colouration hijau-biru. Di bawah keadaan yang berkurangan, bagaimanapun tembaga oksida akan hadir dalam bentuk yang cuprous oksida (cu2O), dengan ion cu+ yang bertanggungjawab untuk warna merah yang lebih gigih. Oleh itu, untuk mencapai kaca merah atau hitam, ia adalah penting untuk mengekalkan mengurangkan keadaan melalui nombor redoks batch yang rendah. Kaca hitam dicapai dengan mogok haba dan banyak lagi yang boleh
dibaca di sini
.

kaca botol hitam

Kesan Batch Redox Number pada Proses Pembuatan

Menurut kajian, suhu Relau boleh berlari lebih rendah pada nilai redoks yang lebih rendah, di samping lebih mudah untuk memperhalusi (9). Pada redoks yang lebih rendah, akan ada sedikit buih dalam mencairkan kerana kurang oksigen dalam mencairkan. Seperti mana-mana tindak balas kimia, redoks equilibria adalah bergantung kepada suhu. Dalam Glassmaking moden, di mana kebimbangan alam sekitar adalah penting, cullet kaca kitar semula boleh digunakan. Selalunya, kaca ini digunakan dalam bentuk serbuk dan ditambah kepada mencairkan, walaupun ia harus diperhatikan bahawa kerana cullet sering mengandungi jumlah sederhana bahan organik, penambahan boleh menyebabkan pengurangan dalam nombor redoks batch-yang mungkin atau mungkin tidak diingini.

Koleksi botol kaca lama, tona
Bahagian bawah pelbagai botol kaca berwarna

Ringkasan

  • Nombor redoks batch adalah satu alat yang digunakan oleh glassmakers untuk meramal dan memantau sifat kaca
  • Modulasi daripada nombor redoks menyediakan warna yang berbeza kaca, yang diperolehi daripada kira-kira pelbagai chromophores berasaskan logam peralihan
  • Nombor batch redoks boleh dikira terlebih dahulu untuk meramalkan hasil proses kaca, dan dikira sepanjang proses untuk memantau kemajuan
  • Sebagai tambahan kepada komposisi dan redoks imbangan, suhu, penggunaan ejen fining mempunyai kesan ke atas kaca akhir keseluruhan
Karbon
copper_oxide
serbuk oksida besi merah di dalam periuk
Serbuk pyupacara dalam periuk
Chromite tepung dalam periuk

Rujukan

1 W. Simpson dan D. D. Myers, kaca Tech., 1978, 19, 82

2 W. Thiemsorn et Al., Bull. Mater. Mini., 2007, 30, 487

3 N. F. Zhernovaya et Al., kaca dan seramik, 2000, 57, 84

4 C. R. Bamford, penjanaan warna dan kawalan dalam kaca, kaca Sains dan teknologi, Elsevier, Amsterdam, 1977

5 P. Laimbock, sensor oksigen dalam talian untuk kaca mencairkan dan mandian bijih timah, di glasstrend, Eindhoven, 2013

6 R. Falcone et Al., Rev. Mineralol. Geochem., 2011, 73, 113

7 R. L. Shute dan A. E. Badger J. am. Ceram. SoC., 1942, 25, 355

8 W. A. Weyl, gelas berwarna, masyarakat teknologi kaca, Sheffield, 1951

9 A. Hubert et Al., kesan redoks dalam kaca industri lebur dan kepentingan kawalan redoks dalam persidangan 77th mengenai masalah kaca, Columbus, 2017