Забарвлення силікатних стекол залізо- і марганецьвміщуючими відходами металургійних виробництв - Автореферат

Щодо повної характеристики процесів, які визначають механізм формування кольорових характеристик у псевдопотрійних системах, тих досліджень, що були проведені, недостатньо. У звязку з можливістю значного зміщення окисно-відновного співвідношення компонентів у шихті при зміні кількості введених залізо-і марганецьвміщуючих техногенних матеріалів 1кф, 2кл і частки Na2SO4 є доцільним проведення досліджень у напрямку встановлення впливу редокс - умов на синтез дослідних стекол і виявлення процесів, які визначають формування їх кольорових характеристик. Доведено, що протікання реакцій в дослідних стеклах здійснюється при температурі і в процесі варки, та доведено, що при охолодженні, швидкість якого відповідає тій, що має місце у реальному виробництві, зміни кольорових характеристик не відбуватиметься. На підставі проведених досліджень було встановлено можливість забезпечення широкої кольорової гами скловиробів при використанні нетрадиційних барвників 1кф і 2кл в разі застосування електричної варки в виробництві склопрокату та тари, при якій PO2 у пічному середовищі може бути подібним до атмосфери лабораторної силітової печі і матиме значення близьке до 20 КПА. У шостому розділі на підставі результатів дослідно-промислових випробувань з подальшим впровадженням на ВАТ “Гостомільський склозавод” встановлено, що завдяки використанню нетрадиційного барвника 2кл у серійному виробництві коричневої склотари різного призначення є можливим отримання стійко забарвленої, не схильної до повторного пузире творення скломаси в умовах планових та позапланових регламентованих змінах технологічного процесу її варки, до яких відносяться: використання суміші різно забарвленого стекло бою, варіювання співвідношення шихти і бою від 70/30 до 60/40, зміна продуктивності печі в межах проектної, неминучі коливання газового складу її атмосфери.Розроблено наукові основи синтезу кальційнатрієвосилікатних стекол масового виробництва, забарвлених сполуками заліза та марганцю у процесі варки, які полягають у відтворенні умов формування визначених хромофорних центрів комплексним регулюванням значень окислювально-відновлювальних параметрів системи шихта - склорозплав - пічна атмосфера шляхом варіювання співвідношення сировинних компонентів та парціального тиску кисню у пічному середовищі. Використання результатів досліджень у серійному виробництві забарвлених склотари і склопрокату показало їх переваги, що обумовлюють забезпечення стабільного забарвлення скломаси в коричневий та оливковий кольори в газоопалюваних печах при ? = 1,14 - 1,25, зниженні її схильності до вторинного пузироутворення та збільшення виходу гідної склопродукції, у порівнянні з технологічними рішеннями, що використовуються традиційно. Ідентифіковано хромофорні центри, що забезпечують забарвлення синтезованих стекол у вказаних псевдопотройних системах, та з використанням ЕПР і ІЧС визначено їх структурну роль у побудові скломатриці і вплив на кристалізацію в цих стеклах. “склорозплав - пічна атмосфера”, які визначають механізм утворення і умови існування хромофорних центрів, що забезпечують стійкі рожеві, пурпурово-фіолетові, зелені, коричневі і чорні кольорові відтінки Ca-Na-силікатних стекол при використанні обраних техногенних матеріалів, що дозволило доповнити відомості щодо забарвлення стекол сполуками заліза та марганцю. Проведено багатомасштабні дослідно-промислові випробування і впровадження складів стекол та технології їх отримання з використанням залізо-і марганецьвміщуючих відходів в серійному виробництві склотари і склопрокату на ВАТ “Гостомільський склозавод”, СП ТОВ “Скло” та ТОВ “Бучанський завод скловиробів”.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Розроблено наукові основи синтезу кальційнатрієвосилікатних стекол масового виробництва, забарвлених сполуками заліза та марганцю у процесі варки, які полягають у відтворенні умов формування визначених хромофорних центрів комплексним регулюванням значень окислювально-відновлювальних параметрів системи шихта - склорозплав - пічна атмосфера шляхом варіювання співвідношення сировинних компонентів та парціального тиску кисню у пічному середовищі. Розроблені склади і ресурсо- та енергозберігаюча технологія отримання кольорових тарних і архітектурно-будівельних стекол забарвлених залізо- та марганецьвміщуючими металургійними відходами, в печах з різним способом опалення та атмосферою з PO2 від 4 до 20 КПА. Використання результатів досліджень у серійному виробництві забарвлених склотари і склопрокату показало їх переваги, що обумовлюють забезпечення стабільного забарвлення скломаси в коричневий та оливковий кольори в газоопалюваних печах при ? = 1,14 - 1,25, зниженні її схильності до вторинного пузироутворення та збільшення виходу гідної склопродукції, у порівнянні з технологічними рішеннями, що використовуються традиційно.

2. Встановлено можливість синтезу стекол широкої кольорової гами в псевдопотрійних системах Б.с. - Fe2O3 - Na2O(s) і Б.с. - (Mn2O3, Fe2O3) - Na2O(s) з використанням складу, що застосовується у виробництві склотари в якості базового (Б.с), при різному концентраційному співвідношенні сульфатної складової (Na2O(s)) та нетрадиційних барвників - залізо- і марганецьвміщуючих техногенних матеріалів 1кф і 2кл.

3. Ідентифіковано хромофорні центри, що забезпечують забарвлення синтезованих стекол у вказаних псевдопотройних системах, та з використанням ЕПР і ІЧС визначено їх структурну роль у побудові скломатриці і вплив на кристалізацію в цих стеклах.

4. Вперше встановлено інтегральну залежність кольорових стекол систем Na2O-CAO-MGO-Al2O3-SIO2-Mn2O3-Fe2O3 і Na2O-CAO-MGO-Al2O3-SIO2-Fe2O3 від редокс-стану шихти і пічного середовища та визначено межі значень окисно-відновних параметрів в системі

“склорозплав - пічна атмосфера”, які визначають механізм утворення і умови існування хромофорних центрів, що забезпечують стійкі рожеві, пурпурово-фіолетові, зелені, коричневі і чорні кольорові відтінки Ca-Na-силікатних стекол при використанні обраних техногенних матеріалів, що дозволило доповнити відомості щодо забарвлення стекол сполуками заліза та марганцю.

5. Розроблено методику комплексної всебічної оцінки можливості використання техногенних матеріалів в склоробстві, яка містить визначення їх хімічного, мінерального і фракційного складу, фізико-хімічних властивостей, екологічних характеристик та обєму накопичення. Її використання дозволило встановити перспективність застосування залізо- та марганецьвміщуючих відходів металургійних виробництв в якості компонентів-барвників шихт кальційнатрієвосилікатних стекол.

6. Розроблено склади та промислову технологію виробництва стійко забарвлених коричневих та оливкових стекол для тарних і склопрокату з фізико-хімічними та технологічними властивостями на рівні світових аналогів, зокрема, термостійкість 85-86?C, водостійкість II гідролітичний клас, коефіцієнт світлопрозорення при 630-700 нм 53%, в УФ-області 2-6%, індекс кристалізації 0-20, низька схильність до вторинного пузироутворення.

7. Проведено багатомасштабні дослідно-промислові випробування і впровадження складів стекол та технології їх отримання з використанням залізо- і марганецьвміщуючих відходів в серійному виробництві склотари і склопрокату на ВАТ “Гостомільський склозавод”, СП ТОВ “Скло” та ТОВ “Бучанський завод скловиробів”. Отримана склопродукція відповідає вимогам ТУУ 64.00333888.03-98 і 64.00333888.01-95, ДОСТ 13906-78, 10117-80 та 5533-86 і перевершує склотару, що виготовлялася раніше за якістю: значення опору внутрішньому тиску підвищені з 1,6-1,86 до 1,87-2,1 МПА, кількість непроварених часток знижена на 40-50%.

8. Досягнуто суттєве ресурсо- та енергозбереження за рахунок виключення або зменшення до 50% кількості вугілля в складі шихти коричневих стекол та зменшення витрат природного газу на 4,5%, збільшення виходу гідних виробів, подовження строку служби вогнетривів скловарених печей. Економічний ефект тільки за рахунок скорочення кількості вугілля на ВАТ “Гостомільський склозавод” склав 19649 грн. Отримані акти випробування і впровадження підтверджують економічну та технічну ефективність результатів виконаних досліджень і свідчать про перспективність розширення масштабів їх використання.

1. Брагина Л.Л., Пантус Д.Е., Шитц Л.К. Исследования высокотемпературной вязкости щелочносиликатных стекол, содержащих соединения железа и марганца // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ, 2000.-Вып. 105.-С.58-60.

Здобувачем досліджено високотемпературні вязкістні властивості коричневих і чорних експериментальних стекол.

2. Перспективы использования техногенных, отходов содержащих поливалентные катионы, в силикатных технология / Л.Л. Брагина, Г.К. Воронов, Н.П. Соболь, Д.Е. Пантус // Сборник трудов ОАО “УКРНИИОГНЕУПОРОВ им. А.С. Бережного” Харьков: Каравелла, 2000.- №100. - С.132-138.

Здобувачем визначено технологічні характеристики дослідних кольорових стекол.

3. Пантус Д.Е., Брагина Л.Л., Пантус Н.А. Спектрофотометрические исследования стекол, окрашенных ионами переменной валентности // Вопросы химии и химической технологии. - Днепропетровск: УГХТУ.- 2001.-№4.-С.43-45.

Здобувачем ідентифіковано хромофорні центри і встановлено механізм забарвлення синтезованих стекол.

4. Пантус Д.Е. Промышленные испытания техногенного красителя в производстве стеклотары // Вестник Национального технического университета “Харьковский политехнический институт”. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2001. - №20. - С. 30-32.

5. Пантус Д.Е. Исследования влияния скорости охлаждения на формирование цвета железомарганецсодержащих стекол // Вестник Национального технического университета “Харьковский политехнический институт”. - Харьков: НТУ “ХПИ”.- 2002.- Вып. 6. - Том 2.- С. 116-119.

6. Патент 44856 Україна, МКІ6 С 03 С 1/10 Барвник для / Н.О. Пантус, Д.Є. Пантус, М.Й. Мілян (Україна).- № 98126857; Заявлено 24.12.1998; Видано 15.03.2002. Бюл.№3.

7. Деклараційний патент 49183А Україна, МКІ6 С 03 С 1/10 Барвник для скла / Д.Є. Пантус, С.П. Гірник, Н.О. Пантус, М.Й. Мілян (Україна).- №2001053250; Заявлено 15.05.2001; Видано 16.09.2002. Бюл.№9.

8. Брагина Л.Л., Пантус Д.Е. Цветное стекло для тары // Упаковка. - Киев. - 2000. - №5.-С.20-21.

Здобувачем обґрунтовано і експериментально доведено перспективність використання техногенних матеріалів, як барвників для скла, та доцільність застосування чисельних розрахунків редокс-параметрів щодо варки кольорових стекол.

9. Пантус Н.А., Пантус Д.Е. Применение нетрадиционных красителей на основе отходов различных производств для окрашивания стеклянной тары в зеленый цвет // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции “Прикладные исследования в технологи производства стекла и стеклокристаллических материалов”. - Константиновка, 1997. - С. 24.

Здобувачем здійснено аналіз даних щодо використання різних промислових відходів як барвників для скла та синтезовано кольорові стекла.

10. Получение окрашенных стекол с применением техногенных отходов / Л.Л Брагина, Д.Е Пантус., Н.П. Соболь, Н.А. Пантус // Тезисы докладов научно-практической конференции “Потребительская кооперация на пороге ??? тысячелетия Белгород, 1999. - Ч.1. - С. 162-168.

Здобувачем досліджено фізико-хімічні і кольорові характеристики стекол, забарвлених залізо- та марганецьвміщуючими металургійними відходами.

11. Пантус Д.Е., Брагина Л.Л. Влияние окислительно-восстановительной среды в системе “стеклорасплав - печная атмосфера” на процесс образования хромофорных центров в стекле // Сборник тезисов докладов Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. - Харьков: Каравелла 2001.-С.60-61.

Здобувачем експериментально встановлено вплив значень редокс-параметрів варки на кольороутворення і технологічність скломаси забарвленої техногенними матеріалами.

12. Пантус Д.Е., Брагина Л.Л. ЭПР- исследования железо- и марганецсодержащих кальцийнатрийсиликатных цветных стекол // Сборник тезисов докладов Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. -Харьков: Каравелла. - 2002. - С. 53-54.

Здобувачем досліджено структурні особливості кольорових стекол.