Как делают стекло: этапы производственного процесса

Стекло - удивительный материал, который окружает нас повсюду. Но мало кто задумывается, как именно происходит процесс производства стекла. В этой статье мы подробно разберем, из чего и как делают стекло, рассмотрим основные этапы этого увлекательного процесса.

История стеклоделия

История стеклоделия насчитывает несколько тысячелетий. Первые образцы стеклянных изделий были найдены археологами в Древнем Египте и Месопотамии и датируются III тысячелетием до н.э. Однако считается, что родиной стеклоделия является именно Древний Египет.

Уже во II тысячелетии до н.э. египтяне умели делать разноцветные стеклянные сосуды, бусы, амулеты. Они хранили секрет изготовления стекла в тайне от других народов.

В Древней Греции и Риме стеклоделие также получило широкое распространение. Греки прославились изящными разноцветными вазами и кубками, а римляне - выдувными бутылями и флаконами.

Как Михаил Ломоносов усовершенствовал производство стекла

Огромный вклад в развитие технологии изготовления стекла внес русский ученый Михаил Ломоносов. В XVIII веке он основал первую в России фабрику по производству цветного стекла и фарфора под Санкт-Петербургом. Ломоносов разработал технологию изготовления прозрачных и непрозрачных стекол, которые использовались для мозаик, витражей, посуды.

• Благодаря его исследованиям стало возможным получать стекло разных цветов и оттенков.
• Он значительно упростил и удешевил процесс производства.
• Ломоносов обнаружил, что в состав стекла можно добавлять стеклянный бой.

И сегодня большинство технологических процессов в стеклоделии основаны на его разработках.

Для производства стекла используется всего 3-4 основных компонента.

Кварцевый песок - основа стекла

Главным ингредиентом является кварцевый песок, богатый диоксидом кремния (SiO2). Он составляет около 70-80% от всех компонентов. Именно песчинки кварца в процессе плавления склеиваются между собой и образуют сплошную стеклянную массу.

Чтобы получить прозрачное стекло высокого качества, берут только чистый белый песок. Любые загрязнения снизят прозрачность конечного продукта.

Зачем в состав добавляют соду

Еще один необходимый компонент - кальцинированная сода (Na2CO3). Она составляет около 15% от общей смеси для стекла.

Задача соды - снизить температуру плавления. Без нее для расплавления кварцевого песка потребовалось бы нагреть его до 1700^оС. А добавка соды позволяет уменьшить нужную температуру до 1000-1100^оС. Это делает процесс производства более доступным и экономически выгодным.

Роль извести в производстве стекла

Третьим необходимым компонентом является известь или известняк (CaCO3) - около 10-15%.

Известь придает стеклу водостойкость и повышает прочность готовых изделий. Без нее вода быстро разъедала поверхность стекла, и оно не выдерживало бы механических нагрузок.

Также иногда в состав добавляют примеси оксидов различных металлов. Они нужны для придания стеклу цвета.

Как получить цветное стекло

Чтобы придать стеклу нужный оттенок, используют следующие соединения:

• Красный цвет - оксиды железа и сурьмы;
• Синий и зеленый - оксиды меди и кобальта;
• Желтый и коричневый - оксиды серы, хрома, титана.

Чем больше добавки того или иного вещества - тем интенсивнее получается цвет. Таким образом можно получать практически любые оттенки и использовать разноцветное стекло для витражей, посуды, украшений.

Основные этапы производства

Процесс изготовления стекла состоит из нескольких основных стадий.

1. Подготовка исходных компонентов. На первом этапе все ингредиенты взвешиваются, просеиваются и смешиваются в строго определенных пропорциях. Эта смесь называется стекольной шихтой. Подготовленную шихту загружают в специальную стекловаренную печь.
2. Плавление смеси. Затем включается печь и происходит постепенный нагрев шихты до температуры около 1500^оС. При такой высокой температуре частички кварца, соды и известняка плавятся, слипаются между собой и образуют однородную вязкую массу - так называемое "жидкое стекло".
3. Формование расплава. После полного расплавления и гомогенизации смеси ее выпускают из печи и при помощи специального оборудования придают нужную форму - листов, труб, банок и т.д. На этом этапе стекло еще очень мягкое и пластичное.
4. Постепенное охлаждение. После формовки стеклянные изделия помещают в специальную печь для постепенного охлаждения. Этот процесс длится от нескольких часов до суток. Дело в том, что стекло не выносит резкого перепада температур и может лопнуть или растрескаться.

Готовые изделия медленно охлаждают с 1500^оС до комнатной температуры со скоростью около 100 градусов в час. Только после такой постепенной обработки стекло полностью затвердевает и становится прочным.