Аналіз можливості використання техногенних матеріалів в якості ефективних забарвлюючих компонентів. Розробка наукових основ забарвлення кальційнатрієвосилікатних стекол масового виробництва залізо- та марганецьвміщуючими металургійними відходами.
Аннотация к работе
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”.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
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.
Список литературы
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.
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.