2.5.2. Розрахунок теоретичного складу скла, що містить фтор, за шихтою

Часто до складу стекол для прискорення процесу варіння (вже 0, 5–1 % дає прискорення на стадіях освітлення й гомогенізації на 15–18 %) і як глушники вводять сполуки фтору (3, 5–4 мас. %): флюорит або плавиковий шпат CaF₂, кріоліт 3Na·AlF₃, хіоліт 5NaF·AlF₃, кремнефтористий натрій Na₂SiF₆. Найбільш поширеним є CaF₂.

Однак фториди інтенсивно руйнують вогнетриви печей, вони легколеткі й токсичні і разом з димовими газами можуть потрапляти в навколишнє середовище. Тому їх застосування вимагає правильної оцінки їхнього вмісту й урахування факторів охорони навколишнього середовища.

Втрати фтору у звичайних стекол становлять у середньому 1/3, у тугоплавких (малолужних, безлужних і боросилікатних) – 1/2 від загальної їх кількості у шихті.

Розрахунок теоретичного складу скла, яке містить фтор у складі шихти, з урахуванням того, що фтор, який вводиться плавиковим шпатом CaF₂, вивітрюється на одну третину у вигляді SiF₄, має такий вигляд.

ПРИКЛАДИ РОЗРАХУНКІВ

Приклад 1. Для шихти скла складу, мас. ч.: пісок – 73,00; сода – 28,00; плавиковий шпат – 23,00; крейда – 15; гідрат глинозему – 7,00. Необхідно визначити теоретичний склад скла, вихід скла та втрати при склоутворенні.

Приймаємо, що сировину вводять хімічно чистими матеріалами. Для визначення теоретичного складу скла розраховуємо кількість оксидів, що переходять у скло з урахуванням вигару:

з піском – 73 мас. ч. SiО₂;

з крейдою 15 / 1,79* ≈ 8,38 мас. ч. CaО;

з содою 28 / 1,71* ≈ 16,4 мас. ч. Na₂O;

з гідратом глинозему 7,00 / 1,53* ≈ 4,6 мас. ч. Al₂O₃.

* шихтні множники, які враховують вигар матеріалу (дивись додаток табл..)

Визначаємо кількість фтору, що переходить до складу скла. Розраховуємо вміст фтору в хімічно чистому CaF₂.

78,07 Мас. Ч. CaF2 (мол. Маса) – 38 мас. Ч. F

100 мас. ч. CaF₂ – Х

Звідси Х= 48,67 мас. ч. (≈ 49 мас. ч.) F.

Тоді у складі шихти вміст фтору складає:

23,00 ∙ 0,49 = 11,27 мас. ч.

Втрати фтору з урахуванням прийнятого значення (1/3) становитимуть:

1/3 ∙ 11,27 = 3,76 мас. ч.

У вигляді CaF₂ це складає:

100 мас. ч. CaF₂ – 49 мас. ч. F

Х – 3,76 мас. ч. F

Звідси Х= 7,67 мас. ч. CaF₂

Тому до складу скла повинне перейти:

23,00 – 7,67 = 15,3 мас. ч. CaF₂.

З реакції 2CaF₂ + SiO₂ = 2CaO + SiF₄ випливає, що у скло перейде:

156,14 мас. ч. CaF₂ – 112,16 мас. ч. CaO

7, 67 мас. ч. – Х

Отже, Х = 5,51 мас. ч. CaO.

Вміст SiO₂ у склі відповідно зменшиться на величину:

156,14 мас. ч. CaF₂ – 60,09 мас. ч. SiO₂

7,67 мас. ч. CaF₂ – Х

Звідси Х = 2,95 мас. ч. SiO₂

Отже, до складу скла з шихти перейде:

SiO₂ 73 – 2,95 = 70,05 мас. ч.

CaO 8,38 + 5,51 = 13,89 мас. ч.

Na₂O 16,4 мас. ч.

Al₂O₃ 4,6 мас. ч.

CaF₂ 15,3 мас. ч._______________

разом 120,24 мас. ч.

Тепер можна визначити теоретичний склад скла, що отримується з даної шихти, який буде таким (мас. %):

SiO₂ = = 58,26;

CaO = = 11,56;

Na₂O = = 13,64;

CaF₂ = = 12,72;

Al₂O₃ = = 3,82.

ЗАДАЧІ ДЛЯ ПРАКТИКИ

1. Для шихти скла складу, мас. ч.: пісок – 54,5; борна кислота – 35,5; глинозем – 9,2; поташ – 24,5; плавиковий шпат – 7,1 визначити теоретичний склад скла, якщо фтор вводити понад 100 %.

2. Визначити шихтовий склад й втрати при склоутворенні оптичного скла складу, мас. %: SiO₂ – 53,3; B₂O₃ – 16,2; Al­₂O₃ – 8,8; K₂O – 16,2; As₂O₃ – 0,2; F – 5,3.

3. Для шихти емалі (ЕСП–200) складу, мас. ч.: пісок – 38, 9; польовий шпат –14,6; борна кислота – 14,2; бура – 21,5; сода кальцинована – 24,7; селітра натрієва – 5,0; кріоліт 7,9; TiO₂ – 5,1; Co₂O₃ – 1,7 визначити втрати при склоутворенні та вихід емалі.

4. Визначити шихтовий склад й втрати при склоутворенні кальційвмісної емалі складу, мас. %: SiO₂ – 50,0; B₂O₃ – 9,0; Al­₂O₃ – 4,0; Na₂O – 14,0; CaO – 13,5; Fe₂O₃ – 1,1; Na₃AlF₆ – 8,4.

5. Розрахувати втрати при склоутворенні шихти складу, мас. ч.: пісок – 72,6; гідрат глинозему – 9,4; крейда – 18,6; сода – 17,2; плавиковий шпат – 18,4.

6. Визначити вихід скла з шихти складу, мас. ч.: пісок – 48,3; вапняк – 20,6; бура кальцинована – 19,8; сульфат натрію – 28,5; кріоліт – 12,1.

7. Для шихти емалі (ЕСГ–21) складу, мас. ч.: пісок – 9,83; польовий шпат – 38,29; борна кислота – 19,98; бура – 30,10; сода кальцинована – 21,96; селітра натрієва – 5,0; плавиковий шпат – 7,38; TiO₂ – 5,1; Co₂O₃ – 0,59; NiO – 1,22, мангановий концентрат – 1,26. Визначити втрати при склоутворенні та вихід емалі.

8. Визначити шихтовий склад й втрати при склоутворенні емалі (ЕСГ–26) складу, мас. %: SiO₂ – 44,0; B₂O₃ – 19,5; Al­₂O₃ – 5,0; Na₂O – 20,1; CaF₂ – 8,1; Co₂O₃ – 0,8; NiO – 2,5.

9. Визначити шихтовий склад й втрати при склоутворенні емалі (ЕСГ–31) складу, мас. %: SiO₂ – 50,0; B₂O₃ – 16,2; Al­₂O₃ – 6,0; Na₂O – 18,0; CaF₂ – 7,8; Co₂O₃ – 0,7; NiO – 1,6; TiO₂ – 0,5.

10. Для шихти емалі (ЕСГ–41) складу, мас. ч.: пісок – 18, 03; пегматит –34,77; борат кальцію – 27,27; сода кальцинована – 25,63; селітра натрієва – 6,06; плавиковий шпат – 10,8; TiO₂ – 1,06; Co₂O₃ – 1,0; NiO – 0,6. Визначити втрати при склоутворенні та вихід емалі.

11. Визначити вихід скла з шихти складу, мас. ч.: пісок – 48,3; вапняк – 20,6; бура кальцинована – 19,8; сульфат натрію – 28,5; кріоліт – 12,1.