стекло производится

Окисленное и восстановленное стекло, красители и многое другое

Введение в цветное стекло


Стекло
представляет собой аморфное твердое тело, состоящее в основном из диоксида кремния (SiO2,кремний) наряду с добавками для модулирования цвета, прочности и тепловой производительности продукта. Для достижения определенного цвета стекла могут быть добавлены различные переходные металлические соединения. Цветное стекло было вокруг, по крайней мере, с римских времен, когда стекло, датируемое четвертым веком в Галилее, было установлено, что цвета от бледно-голубого до зеленого до янтаря - с цветами, вытекающими из железно-сероводородного хромофора (1).

Окисленные и уменьшенные очки являются терминами, которые часто используются, но мало понял. Короче говоря, различные добавки на основе серы могут быть использованы в производстве стекла, и если сера находится в окисленном состоянии, таких как сульфид, то стекло называется "окисленное стекло". И наоборот, "уменьшенное стекло" - это когда сера присутствует в уменьшенном состоянии, например, сульфат. Уменьшенное/окисленное обозначение не относится вообще к содержанию кремнезема стекла.

Цвет стекла определяется концентрацией, идентичностью и балансом растворов соединений серы и противозаелинов (вышеупомянутые переходные металлы, включая железо, например), манипуляция этим балансом приводит к различным цветам в расплава и, таким образом, конечный продукт(2).

Эта статья будет иметь дело только с силикатными очками.

Почему стекло окрашено?

Стекло может быть окрашено по разным причинам, от требования определенного оттенка до лучшего подарка или рекламы продукта, до обеспечения содержимого стекла защитой от ультрафиолетового излучения, в дополнение к чисто декоративным целям. Цветное стекло, как думал в традиционном смысле, в основном используется только для контейнера стекла, но некоторые добавки к пластине стекла были использованы на протяжении многих лет, которые модулируют цвет от яснокогда-либо так немного.

цветные стеклянные бутылки

Янтарное / Коричневое Стекло

Характерный оттенок янтарного стекла, найденный повсюду от пивных бутылок до медицинских банок, обусловлен янтарным хромофором. Этот хромофор состоит из железа, Fe3 ",координируется тетрахедралли тремя кислородными лигандами и одним сульфидом. Таким образом, баланс редокса имеет решающее значение: для уменьшения окружающей среды и может быть недостаточно железа (как это было преобразовано в железо) и избыток сульфида; если окружающая среда слишком окисляется, будет избыток железа и недостаточное содержание сульфида. Крайне важно знать баланс ферросплавов и железа в расплава, атмосферу как внутри, так и выше расплава, и соотношение соединений серы. Помимо физических компонентов, температура самого расплава может влиять на цвет и перенос янтарного стекла (3). Во многих случаях более темная окраска янтаря может быть достигнута с небольшим добавлением
оксида меди
в расплава.

бутылки янтарного цвета на конвейере
янтарные бутылки

Красный оксид железа

Преимущество использования
оксида железа
в качестве пигмента заключается в том, что он добавляет янтарную окраску из вышеупомянутого янтарного железного хромофора, но не добавляет другие компоненты к расплава. Это окисляющая добавка, и поэтому будет двигаться номер redox к окислительной стороне, связанные с янтаря и коричневого цвета стекла. Оксид железа обычно используется для увеличения содержания железа в железо дефицитных очков, таких, как те, которые иногда могут возникнуть с пиритом.

пирит

Пирит является одним из наиболее распространенных руд железа, и, таким образом, это относительно недорогой источник железа для стекольного производства. В качестве пигмента пирит добавляется в расплавления стекла для производства и янтарной окраски(4), а его использование обеспечивает стекло устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, эффективно поглощая свет в режиме суб-450 нм. Это делает pyrite янтарного стекла особенно хорошо подходит для пищевых продуктов, наркотиков и лабораторных химических веществ. В отличие от оксида железа, пирит описывается как снижая добавка.

Зеленое стекло

Зеленое стекло является другим самым популярным выбором цвета для стекла, в основном в качестве контейнера стекла для пива, вин и газированной воды. Утюг и хром в основном несут ответственность за зеленую окраску, и с помощью
хромированной муки (хромит порошок, железный хромит)
и
железного пирита
в концерте, широкий спектр оттенков зеленого может быть произведено, от изумрудно-зеленого до feuille morte или мертвых цветов листьев.

Грузия зеленый (знаменитый оттенок, связанный с бутылками Coca-Cola) и изумрудно-зеленый производятся с использованием методов окисления, используя как пирит и хромит, в то время как все другие оттенки зеленого, как правило, производятся с использованием методов снижения. До шести килограммов хромита на метрическую тонну песка используются для изумрудно-зеленого стекла (5). Использование хромированной муки предпочтительнее старого метода достижения таких высоких уровней окисления, дихромата калия. Дихромат калия является токсичным и, таким образом, опасно обрабатывать.

Что такое Хром ская и как она используется в повседневной жизни

Для Грузии зеленый, количество хромита не более 10 из того, что будет использоваться для изумрудно-зеленого стекла используется. Стекло цветного цвета Feuille morte является еще одним гибридом пирит-хромита, где хромированная мука и пирит используются в соотношении 1:2 (т.е. 1 кг хромированной муки и 2 кг пирита на метрическую тонну песка).

Зеленые бутылки на сборочной линии, окрашенные железным хромитом

Примечательно, что история хромита как стеклянного пигмента, появившегося в 1849 году, примерно через пятьдесят лет после того, как он был использован в качестве глазури пигмента. Природа хромита как огнеупорного материала несколько исключила его из использования в очках, однако оптимальный баланс размера молоть и температуры обеспечил его более широкое принятие(6).

Синие, красные и черные очки

Красное непрозрачное стекло было использовано с египетских времен, и с тех пор разработано в Великобритании железного века, оно было главным образом сформировано стеклом сформированным когда легировано с colloidal медью, и более поздно с оксидом свинца (7.8). В современном стекольном стекле не используются коллоидная медь и свинец, а их оксиды.

При добавлении в стекло расплава, медные соединения образуют равновесие, которое отличается в зависимости от того, находится ли он в окислительных или редуктивных условиях. Окислительная среда создастсистему Cu2 -Cu,которая приводит к синей окраске, сродни сульфату меди; в то время как при условиях уменьшения, система Cu-Cu0 установит, давая рубиново-красную окраску. Ион Cu0 не имеет окраски (9). Оксид меди сам по себе является окисляющим допантом, и добавление его в достаточном количестве приведет к производству черного стекла. Возможно, наиболее визуально привлекательным из всех очков является темно-синий цвет, предоставляемый добавлением оксида кобальта, CoO, к расплава (10).

черные цветные стеклянные бутылки

Глубокое красное стекло также может быть достигнуто с добавлением селенида кадмия в то время как, оксид марганца может быть включен в расплава (11), что приведет к фиолетовый / фиолетовый оттенков, хотя марганца-допинг очки, как правило, не очень ультрафиолетовый устойчивостью.

Количественная добавка: номер окислительно-восстановительного комплекса

Glassmakers в масштабе, как правило, используют термин, называемый "пакет redox номер", чтобы определить ингредиенты, необходимые для определенного цвета стекла, который в целом прокси, как сокращение или окисление расплава. Номера Redox рассчитываются по сумме всех активных компонентов Redox в расплава, добавляя вместе редокс-фактор, умноженный на компонент фракции массы на две метрические тонны песка, для каждого компонента. Особое внимание необходимо уделить использованию культа - наполнителя, - который часто содержит большое количество органического (уменьшаемого) материала, который может легко сбросить пакетный расчет redox. Кроме того, на редокс стекла влияют также условия внутри печи, такие как температура и то, как окисляется атмосфера. Поэтому крайне важно обеспечить, чтобы использовались только высокой чистоты и высококачественные добавки.

Как правило, и особенно в случае стекла, содержащего железо (который является наиболее часто используемым стеклянным красителем): номер redox между 20 и 0 будет производить бесцветные стекла, между 0 и -15 будет производить зеленое стекло, между -15 и -25 будет производить 'feuille morte' стекло и между -20 и -30 будет производить янтарь. Для железо-допингового стекла эти значения, по мере их уменьшения, соответствуют более высокому соотношению Fe2 'к Fe 3 (т.е. больше уменьшению).

диапазон различных цветных стекла

Влияние на производственные процессы

Короче говоря, контейнерное стекло производится путем плавления вместе сырья в печи для получения расплава, расплава затем уточнить, формируется и annealed. Циклические процессы отделки могут происходить между и после формирования и annealing шаги. Аннеалинг является метод, используемый для удаления точек стресса в стекле (12). Этот процесс в целом то же самое для стекла пластины, однако формирование заменяется рисунок и прокатки схеме.

Как правило, более низкий редокс (т.е. более сокращающаяся окружающая среда) позволяет лучше перерабатывать и для печи работать при более низкой температуре, обеспечивая экономические и экологические выгоды (13). Кроме того, более низкий редокс означает, что будет меньше сульфата, что, в свою очередь, будет означать лучшее рафинированное стекло.

Еще в 1942 году стало известно, что добавление небольшого количества оксида железа в расплавление привело к повышению эффективности процесса в печи. Было теоретизировано, что ускорение скорости плавления связано с наличием железа, вызывающего лучшую теплопроводность в расплава в целом (14). Добавление соединений к расплава должно быть сделано с большой осторожностью, так как падение температуры может привести к девитации - т.е. кристаллизации расплавленного стекла (15).

Антрацит и фельдспар являются общими добавками к расплава, каждый из которых модулирует свойства расплава:

различные цветные бутылки

Антрацит / Carbon

Антрацит не является стеклянным пигментом в своем собственном праве, но он часто используется наряду с соединениями железа и сульфида железа для повышения свойств стекла, обеспечивая желтые/янтарные цвета. Добавление антрацита модулирует общий редокс в пользу сокращения, что может повлиять на обеспечение уровня окраски. Известно, что антрацит может устранить недостатки, вызванные газами в расплава, и может снизить температуру расплава при использовании с хромом и марганцевыми пигментами (16).

полевой шпат


Фельдспар
с точки зрения стеклодела называют «потоком», то есть уменьшает температуру плавления твердого тела. Его включение может означать более низкую температуру в расплава. Флюксы широко используются во всей стекольной и керамической промышленности для их способности содействовать полному сжижению (17). Кроме того, feldspar может позволить себе стеклянные желаемые свойства, такие как повышенная твердость, долговечность и химическая устойчивость (18).

расплавленной соды известковое стекло наливают

Резюме


Цвет
цветного стекла определяется идентичностью добавок, их составом и балансом редокса в расплава


Пирит
и хромит в значительной степени отвечают за янтарный и зеленый цвета соответственно, с блюзом и красными, обеспечиваемыми медными соединениями, среди других


Баланс
редокса и другие добавки, такие как фельдспар и антрацит, оказывают влияние на общий производственный процесс и конечную производительность стекла

copper_oxide
красный порошок оксида железа в горшке
Пириты порошок в кастрюле
Хромитная мука в горшке
Шпата

Ссылки

1 J. W. H. Schreurs и R. H. Brill, Археометрия, 1984, 26, 199

2 К. Нассау, MRS Proc., 1985, 61, 427

3 В. Л. Спикс и Ф. Р. Бэкон, Дж. Soc., 1953, 36, 377

4 W. A. Weyl, Цветные очки, Общество стеклянных технологий, Шеффилд, 1951

5 W. Фогель, Стеклянная химия, 2-й ed., Springer-Verlag, Гейдельберг и Берлин, 1994

6 I. C. Freestone и M. Bimson, J. Glass Stud., 2003, 45, 183

7 М. Хьюз, Proc. Прехист. Soc., 1972, 38, 98

8 Р. Х. Брилл и Н. Д. Кэхилл, J. Гласс Стад., 1988, 30, 16

9 H. D. Шрайбер и др., Керамический Транс., 2004, 141, 315

10 Патент США US10246370B2, 2017

11 Патент США US3830639A, 1972, истек

12 Производство стекла, Агентство по охране окружающей среды США, Колумбус, 1976

13 А. Хуберт и др., Влияние Redox в промышленном расплавлении стекла и важность redox control в 77-й конференции по проблемам стекла, Колумбус, 2017

14 Р. Л. Шут и А. Е. Барсук Дж. Soc., 1942, 25, 355

15 Б. Измирлиоглу и З. Йилмаз Дж.Хем. Технологий. Metall., 2015, 50, 404

16 А. Коровьяковский, магистерская магистерская магистерская магистерская магистерская физика, Технологический университет Лаппеенранты, 2016 г.

17 Р. А. Обстье и М. Эпплиер, Понимание Глазури, Американское керамическое общество, Вестервилл, США, 2005

18 А. О. Таннер, Фельдспар и Нефелин Сенит, ежегодник минералов 2015года, Геологическая служба США, Рестон, США, 2015