Newsletter

Login Form



Aktualne wydanie

Okładka SS-11-2017

20170725-edgetech-banner-160x600-polonaisEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

baner konferencja 12 2017

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

 

  

FF18 750x150px PL NEUGIERIG

 

 budma750x200

 

 

 

lisec SS FastLAne

 

baner-2-krzywe

 

 

 

Technologiczne aspekty produkcji szkła
Data dodania: 10.12.07
Technologiczne aspekty produkcji szkła

 W Polsce pierwsza huta szkła powstała pod koniec XII w. w Poznaniu. 

Najbardziej rozwiniętymi ośrodkami wyrobu szkła był Dolny Śląsk, rejon Krakowa i Sandomierza. Jednak sytuacja polityczna (rozbiory Polski) zahamowała rozwój szklarstwa i dopiero w latach 1929-1933 nastąpił powrót do szybkiego rozwoju tej dziedziny przemysłu. 

 

Jednak podczas II wojny światowej zniszczono polski dorobek w tej dziedzinie. 

 

W latach powojennych rozpoczęto odbudowę zniszczonych hut oraz budowę nowych. Tak między innymi powstała huta szkła w Sandomierzu i kilka zakładów tworzących Krośnieńskie Huty Szkła.

 

Surowce do produkcji wyrobów szklanych

     Polska jest krajem, który w swych zasobach posiada wszelkie niezbędne produkty, które stanowią podstawę do produkcji szkła. Podstawowymi surowcami są: piasek, soda (topniki) oraz wapień (stabilizator), środki klarujące, środki barwiące, surowce mącące szkło, surowce pozostałe (np. stłuczka szklana).



Piasek
     Wydobywany jest głównie na Dolnym Śląsku, w rejonie Tomaszowa Mazowieckiego, Tarnobrzega i Białej Góry. Piasek składa się głównie z dwutlenku krzemu (SiO2), ale zawiera także zanieczyszczenia, jak tlenki żelaza (III), glinu i tytanu. Piasek szklarski stanowi około 75% składu szkła, więc od jego właściwości fizyko-chemicznych (uziarnienia i zawartości zanieczyszczeń) zależą właściwości szkła. Ma to szczególne znaczenie przy produkcji np. szkła laboratoryjnego.

     Im więcej dwutlenku krzemu w masie szklanej tym odporność chemiczna szkła jest większa.



Soda
     Sodę używa się jako topnika w postaci dwóch podstawowych surowców węglanu sodu lub potasu:
- Węglanu sodu (Na2CO3) ma wpływ na temperaturę topnienia krzemionki i dzięki temu ma wpływ na właściwości szkła. Węglan sodu powstaje z soli kamiennej (NaCl) w obecno- ści amoniaku (NH3). Podczas reakcji węglan sodu rozkłada się na dwutlenek węgla (CO2) i tlenek sodu (Na2O), który to bezpośrednio jest odpowiedzialny za obniżenie temperatury topnienia krzemionki.
- Węglan potasu (K2CO3), który podobnie jak węglan sodu ulega rozkładowi Podczas reakcji tworzy dwutlenek węgla (CO2) i tlenek potasu (K2O) i podobnie jak węglan sodu bezpośrednio wpływa na obniżenie temperatury topnienia krzemionki.



Wapień
     Pełni rolę stabilizatora. Wapień czyli węglan wapnia (CaCO3) zapobiega rozpuszczaniu szkła w wodzie. Jest za to właściwie odpowiedzialny tlenek wapnia (CaO), który wraz z dwutlenkiem węgla (CO2) jest produktem rozkładu węglanu wapnia w odpowiedniej temperaturze. Przez zapobieganie rozpuszczaniu się szkła w wodzie rozumie się zwiększenie połysku i wytrzymałości oraz uodpornienie szkła na działanie czynników atmosferycznych.



     Często zamiennikiem węglanu wapnia, jako stabilizatora podczas procesu produkcji, jest minia ołowiana czyli inaczej podwójny tlenek ołowiu (2 PbO • PbO2). Minia ołowiana ma tę zaletę, że powoduje zwiększenie współczynnika załamania światła.



     W procesie produkcji szkła stosuje się również inne surowce niż wyżej wymienione. Są one używane przy produkcji różnych odmian szkła. Mają wpływ na jego właściwości. Stosuje się:
- tlenek boru (B2O3) – do produkcji szkieł technicznych ponieważ obniża temperaturę wytopu.
- dwutlenek cyrkonu (ZrO2) – dodawany w procesie produkcji szkieł technicznych i optycznych ponieważ zwiększa odporność chemiczną oraz współczynnik załamania światła.
- tlenek litu (Li2O) – przy produkcji szkła technicznego. Jego obecność wpływa na obniżenie temperatury topnienia zestawu szklarskiego oraz zwiększa odporność szkła na zmiany temperatury.



Środki klarujące
     Środki klarujące są stosowane podczas produkcji szkła z kilku powodów. Przede wszystkim powodują usunięcie pęcherzyków gazów nagromadzonych podczas produkcji. Pęcherzyki gazów to produkty przemian chemicznych zachodzących podczas procesu technologicznego. Do środków klarujących zalicza się m.in. saletrę (azotan sodu(V) lub potasu), arszenik, siarczan sodu (VI), związki chloru i fluoru.



Środki używane do barwienia szkła
     Surowcami barwiącymi szkło są:
- związki manganu i niklu, barwiące szkło na fioletowo.
- związki kobaltu i miedzi, barwiące szkło na niebiesko.
- związki żelaza i chromu, barwiące szkło na zielono.
- związki siarki, żelaza z dodatkiem manganu, kadmu i srebra, barwiące szkło na żółto i brązowo.
- związki miedzi, złota i selenu, barwiące szkło na czerwono.



Surowce (mącące) używane do produkcji szkła nieprzezroczystego
     W celu uzyskania szkła nieprzezroczystego (mlecznego) podczas produkcji dodaje się surowce mącące szkło, którymi są związki fluoru.



Surowce pozostałe

     Do surowców pozostałych należy zaliczyć stłuczkę szklaną, która jest pozyskiwana podczas procesu produkcji jako materiał odpadowy oraz w wyniku recyklingu opakowań szklanych. Pozwala to na znaczne ograniczenie kosztów produkcji. Stłuczka dodana do zestawu szklarskiego przyspiesza proces topnienia surowców, a przez to znacznie zmniejsza się zużycie wody. Na wyprodukowanie 1 tony szkła tylko z surowców podstawowych potrzeba 680 kg czystego piasku szklarskiego, a także ponad 80 kg skalenia i wapienia, 181 kg dolomitu, ponad 270 kg sody, czyli węglanu wapnia, i około 300 kg szkła używanego, czyli stłuczki.



     Jedna tona stłuczki szklanej zastępuje 1,2 tony kosztownych (wydobycie i transport), nieodnawialnych surowców naturalnych) [3]. Wzrost udziału stłuczki szklanej o 1% przy wytwarzaniu szkła powoduje oszczędność energii o około 0,25%, poza tym oszczędza się wodę potrzebną do produkcji i ogranicza emisję tlenków azotu [18]. Bieżący popyt na uzdatnioną stłuczkę szacowany jest na około 500 tysięcy ton.



Z wprowadzonych na rynek w 2001 roku ok. 850 tys. ton opakowań szklanych ponownie przetworzono tylko 140 tys. ton. Pozostałe szkło (ok. 700 tys. ton) nie zostało zagospodarowane i prawdopodobnie pozostaje na składowiskach wraz z innymi odpadami. W roku 2004 poddano ponownemu przetworzeniu już 167 tys. ton stłuczki [2][19].



Proces technologiczny wyrobu szkła
     Proces technologiczny wytwarzania wyrobów szklanych jest wieloetapowy i wymaga zachowania wielu parametrów tak, aby wyrób końcowy spełniał oczekiwania wizualne  oraz techniczne. Do najważniejszych parametrów produkcji, od których zależy jakość produktu końcowego jest temperatura, odpowiednie warunki atmosfery i ciśnienie gazów.

 

Wpływ tych warunków na jakość szkła jest następujący:
- temperatura decyduje o skuteczności topnienia składników,
- warunki atmosfery decydują o czystości szkła,
- ciśnienie gazów odpowiada za jednorodność masy szklanej.



     Szkło jest substancją powstałą w skutek stopienia w bardzo wysokiej temperaturze(1573oC) piasku kwarcowego SiO2, wapienia CaCO3 i sody (węglanu sodu) Na2CO3, które następnie są szybko chłodzone. Podczas produkcji naczyń szklanych na początku przygotowywany jest zestaw szklarski, będący odpowiednią mieszaniną komponentów. Zestaw ten trafia do pieca (wanny szklarskiej) i topi się w temperaturze ok. 1500oC. Następnie masa szklana wypływa i jest formowana poprzez pocięcie jej na porcje nazywane kroplami. Trafiają one do maszyny nadającej opakowaniu szklanemu odpowiedni kształt. Uformowane opakowanie jest uszlachetniane na gorąco związkami cyny. Potem następuje proces studzenia i uszlachetniania na zimno[11].



     Szkło można wytworzyć z samej krzemionki. Wystarczy stopić ją w temperaturze około 2000 K i stop odpowiednio schłodzić, aby otrzymać szkło. Postępując tak otrzymuje się szkło krzemionkowe. Szkło to ma niezwykle cenne właściwości. Jest bardzo twarde, odporne na działanie wody i kwasów oraz na działanie wysokiej temperatury i gwałtowne jej zmiany. Wytwarzanie tego szkła jest jednak trudne i kosztowne, więc jego produkcję ogranicza się do szczególnych rodzajów wyrobów, przeznaczonych przeważnie do wyspecjalizowanych laboratoriów naukowych.



     Podczas produkcji szkła pozostałe operacje także wpływają na uzyskanie wyrobu szklanego jak najwyższej jakości. Zalicza się do nich sporządzanie mieszaniny produktów spełniających określone wymagania, ich topnienie w specjalnych piecach. Następnie ich odpowiednie uformowanie oraz tzw. odprężanie wyrobów już uformowanych i na końcu wykańczanie (malowanie, polerowanie). Każdy z wymienionych procesów dzieli się na fazy, podczas których panują różne warunki.



     W procesie sporządzania mieszaniny surowców ważna jest dokładne odważanie poszczególnych składników, ich wymieszanie, uformowanie w postaci kostek i dozowanie do pieców.



     W procesie topnienia surowców prowadzi się:
- odwodnienie mieszanki wcześniej przygotowanej
- topnienie krzemionki, która jest surowcem „szkłotwórczym”
- mieszanie i schładzanie masy szklanej w celu jej ujednorodnienia.
- usuwanie powstałych pęcherzyków.



     Podczas procesu topnienia gromadzą się pęcherzyki gazów takich jak CO2, SO2, O2, które są produktami reakcji chemicznych zachodzących podczas procesu.



     Proces topnienia musi być prowadzony w odpowiedniej temperaturze, co powoduje zmianę charakterystyki uzyskiwanego produktu. Ma to wpływ na jego przeznaczenie. Proces topnienia odbywa się w przedziale 900-1200oC. Po stopnieniu otrzymuje się masę gotową do dalszej przeróbki, tzn. ciągnięcia i walcowania.



     W procesie formowania wyróżnia się takie czynności jak walcowanie, ciągnięcie, wytłaczanie, prasowanie, wydmuchiwanie. Czynności te powodują nadawanie odpowiedniej formy stopionej masie. Wykonuje się je poprzez obróbkę ręczną lub mechaniczną. Dawniej większość czynności wykonywano ręcznie, dziś tylko wydmuchiwanie szkła jest czynnością nadal wykonywaną ręcznie.



     W procesie uszlachetniania na gorąco uformowane wcześniej butelki czy słoiki przechodzą do tunelu w której rozpyla się związek metalicznej cyny. Wnika ona w powierzchnię szkła dając wzrost odporności mechanicznej i nadając połysk [12].



     W procesie odprężania wyróżnia się:
- ponowne podgrzewanie
- kontrolowane, wolne schładzanie.



     Proces odprężania to właściwie minimalizowanie takiej wady szkła jak zbyt duże naprężenia wewnętrzne. Wadę tą nabywa masa szklana podczas procesów formowania, gdzie w szybki sposób schładza się. Aby usunąć tę wadę należy uformowaną już masę poddać ponownemu ogrzaniu do temperatury bliskiej temperaturze topnienia i pozostawić do powolnego wystygnięcia w temperaturze otoczenia. W procesie uszlachetniania na zimno szkło staje się jeszcze bardzie lśniące i estetyczne [12].



     W procesie wykańczania wyróżnia się kilka czynności, które można wykonać celem nadania masie szklanej odpowiednich walorów estetycznych. Do tych czynności zalicza się rzeźbienie (żłobienie w materiale różnych wzorów), rytowanie (żłobienie lecz bardziej precyzyjne), trawienie (lekkie rozpuszczenie wierzchniej warstwy szkła za pomocą kwasu fluorowodorowego, następnie pokrycie materiału warstwą ochronną (np. kalafonią) i następnie rytowanie wzorów na tak powstałej powierzchni. Potem ponownie zanurza się przedmiot w kwasie celem pozbycia się ostrych krawędzi). Kolejną czynnością jest matowienie (inaczej tworzenie nieprzezroczystego szkła), malowanie, iryzowanie (uzyskiwanie mieniących się powierzchni szkła) i łuszczenie klejem. Łuszczenie polega na wpuszczaniu kleju w zmatowioną powierzchnię szkła i przy wysychaniu kleju następuje jego kurczenie i odrywanie wraz z niepotrzebnymi częściami szkła. Na rysunku nr 1 przedstawiono proces technologiczny wyrobu szkła [12].



Rodzaje szkła
     Wyroby szklane można dzielić ze względu na kilka kryteriów:
     Ze względu na temperaturę mięknięcia szkła wyróżnia się szkła miękkie (miękną w temp. 500oC) i szkła twarde.



     W zależności od składu chemicznego sporządzonej wcześniej mieszaniny składników wyróżnia się:
- szkło sodowo-wapniowe (najtańsze) stosowane często do produkcji butelek i innych opakowań. Charakteryzuje się kolorem zielonkawym co jest spowodowane jego zanieczyszczeniem przez związki żelaza.
- szkło potasowo-wapniowe często stosowane do wyrobu różnego rodzaju szkła laboratoryjnego i stołowego. Jest to czyste szkło z połyskiem, droższe od sodowowapniowego, i bardziej odporne na zmiany temperatury.
- szkło ołowiowe stosowane do wyrobu szkieł stołowych (wazonów). Jest droższe, a podczas uderzenia wydaje dźwięk podobny do kryształu.
- szkło borowo-krzemowe jest również stosowane w produkcji szkła laboratoryjnego oraz w produkcji naczyń żaroodpornych ponieważ odznacza się odpornością na działanie wysokich temperatur i działanie środków chemicznych.
- szkło krzemionkowe stosowane jest głównie do produkcji soczewek, aparatów do destylacji oraz zbiorników na kwas. Jego główną zaletą jest to, że jest odporne na uszkodzenia mechaniczne oraz wytrzymałe pod względem termicznym i chemicznym.



     Ze względu na zastosowanie wyróżnia się [11]:
- szkło budowlane
  – szkło płaskie (szyby)
  – kształtki szklane (luksfery, kafle szklane)
  – szkła, które wykazują zwiększoną odporność na przenikanie zimna oraz dźwięków (szyby zespolone)
  – szkło bezpieczne (hartowane lub klejone, które nawet podczas uszkodzenia nie stwarza niebezpieczeństwa dla człowieka)
- szkło techniczne (laboratoryjne, oświetleniowe, optyczne, sanitarne).
- akustyczne – jeden z rodzajów szkła piankowego, stosuje się go do wykładania sufitów i ścian w halach koncertowych, studiach nagrań, halach fabrycznych.
- wodne – gęsta masa znajdująca zastosowanie jako spoiwo.
- wodochronne – jedne z rodzajów szkła piankowego, służy do izolowania rurociągów, chłodni.
- szkło gospodarcze (stołowe, termosy, lustra itp.)
- opakowania szklane (wszelkiego rodzaju opakowania pozwalające na przechowywanie produktów żywnościowych takich jak przetwórstwo owocowo-warzywne, produkcja napojów oraz innych produktów).

Produkty uboczne powstające w wyniku produkcji szkła
     Podczas procesu produkcji wyrobów szklanych powstaje stosunkowo mało produktów ubocznych w porównaniu do zakładów hutniczych produkujących na przykład stal. Jednym z głównych czynników ubocznych w hutach szkła jest powstawanie zapylenia. Pyły są produktem przemian chemicznych podczas procesu produkcji i są określane jako pyły pierwotne, które są bardzo drobne. Oprócz nich podczas produkcji powstają również pyły zwane wtórnymi. Są one wytwarzane podczas przeróbki mechanicznej stłuczki szklanej przy ich kruszeniu w kruszarkach, w czasie transportu stłuczki do huty i przesypywania surowca.



     W zależności od wielkości cząstek pyły przemysłowe można podzielić na:
- grube – które mają średnice większe od 10 μ (można je zobaczyć gołym okiem lub pod mikroskopem o małym powiększeniu).
- średnie – które mają średnice od 10-0,25 μ (widoczne pod mikroskopem o dużym powiększeniu).
- drobne – które mają średnicę mniejszą od 0,25 μ (widoczne pod ultramikroskopem) [12].



     Ilość pyłów pierwotnych jak i wtórnych może być ograniczona poprzez zastosowanie ciągu technologicznego odpowiednio zhermetyzowanego, a także stosowanie materiałów do okrywania środków transportu stłuczki szklanej i specjalnych pojemników do jej przewozu.



Marcin Mrozicki



Spis literatury:
[1] Mielcarzewicz E., Gospodarka wodnościekowa w zakładach przemysłowych, Państwowe Wydawnictwa Naukowe, Warszawa 1986
[2] www.opakowania.com.pl , informacje dotyczące wykorzystania stłuczki szklanej do wspomagania produkcji szkła, 15.02.2007
[3] www.ekoimy.most.org.pl , informacje dotyczące możliwości wykorzystania stłuczki szklanej do procesu produkcji oraz procentowy udział poszczególnych składników do produkcji szkła 10.02.2007
[4] Anielak A, Chemiczne i fizykochemiczne oczyszczanie ścieków, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000
[5] Ruffer H, Rosenwinkel K.H, Oczyszczanie ścieków przemysłowych, Oficyna Wydawnicza Projprzem-EKO, 1998
[6] Kowal A, Oczyszczanie wody, wydanie czwarte, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005
[7] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 04.09.2000r w sprawie wymagań jakim powinna odpowiadać woda do picia i na potrzeby gospodarcze, woda w kąpieliskach, oraz zasad sprawowania kontroli jakości wody przez organy Inspekcji Sanitarnej, Rozporządzenie obowiązywało w czasie wykonania badań wody przez Sanepid w 2001r.
[8] Koziorowski B., Oczyszczanie ścieków przemysłowych, Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa 1980.
[9] Sanak-Rydlewska S., Technologia oczyszczania ścieków przemysłowych, Wydawnictwo Akademii Górniczo-Hutniczej, skrypt uczelniany nr 1259, Kraków 1991.
[10] www.ekoportal.org/elekcje/szklo , informacje dotyczące rodzajów szkła i jego wykorzystania, 01.03.2007
[11] www.fos.pl , informacje dotyczące procesów technologicznych wykorzystywanych podczas produkcji szkła, 15.02.2007
[12] Italcomma, Systemy oczyszczania wody używanej w cyklach produkcyjnych, Świat szkła, nr 03/2007, 74-75
[13] www.wynalazki.mt.com.pl , informacje dotyczące zastosowania szkła w różnych urządzeniach, 20.05.2007
[14] www.life.epce.org.pl , informacje dotyczące zaopatrzenia w wodę zakładów przemysłowych i oczyszczania ścieków poprodukcyjnych, 21.05.2007
[15] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 8 lipca 2004r.w sprawie warunków, jakie należy spełniać przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego [Dz.U. 2004 Nr 168 poz. 1763].
[16] Bartkiewicz B., Oczyszczanie ścieków przemysłowych, Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa 2002.
[17] Poskrobko B., Piontek W., Sidorczuk E., Raport o gospodarce odpadami opakowaniowymi w Polsce w 2002 r., Fundacja Ekonomistów Środowiska i Zasobów Naturalnych w Białymstoku, Warszawa 2003
[18] Kardaś P., Recykling opakowań szklanych, Szkło i ceramika nr 03/2005, [19] Stareprawo G., Współczesne technologie oczyszczania ścieków, praca dyplomowa inżynierska, Częstochowa 2005
[20] Łomotowski J., Szpindor A., Nowoczesne systemy oczyszczania ścieków, Arkady, Warszawa 1999
[21] Krok A., Sposoby oczyszczania ścieków zaolejonych, praca dyplomowa inżynierska, Częstochowa

 

patrz też:

- Kryterium pękania i zniszczenia szkła konstrukcyjnego , Dobrosława Jaśkowska, Świat Szkła 9/2008,
- Badania elementów szklanych w różnych warunkach obciążenia i pracy , Dobrosława Jaśkowska, Świat Szkła 1/2009,
- Budowa wewnętrzna i właściwości szkła konstrukcyjnego , Dobrosława Jaśkowska, Świat Szkła 3/2009
- Technologia szkła stosowanego w budownictwie , Dobrosława Jaśkowska, Świat Szkła 4/2009,
- Od biżuterii do materiału konstrukcyjnego , Dobrosława Jaśkowska, Świat Szkła 6/2009,  
 
 

inne artykuły tego autora:

- Gospodarka wodno-ściekowa w hutach szkła , Marcin Mrozicki,  Swiat Szkła 12/2007

 

więcej informacji: Świat Szkła 11/2007

 

 

 

01 chik