Химия и химическая технология /7. Неорганическая химия

Пантус Д.Е.

Украинская инженерно-педагогическая академия

Исследование возможности использования нетрадиционных красителей

для получения цветных стекол

В общем выпуске продукции стекольной промышленностью окрашенные стекла (архитектурно-строительные, мозаичные, стеклотара) занимают значительное место.

Для окрашивания стекол могут быть использованы соединения металлов переменной валентности. Наиболее широкое применение для стекольной продукции - товаров народного потребления получили соединение железа, в том числе с марганцем.

Проводимая работа предполагает, во-первых, выявление вторичного ресурсного потенциала красителей для стекла с учетом технологических, экономических и экологических факторов, во-вторых, исследование возможности применения выбранных нами техногенных отходов в качестве красителей.

В настоящее время Украина входит в число стран с наиболее высокими относительными и абсолютными показателями образования и накопления разнообразных по вещественному составу промышленных отходов, в связи с чем вторичное ресурсо-использование становится долгосрочной стратегией развития национального хозяйства.

Основные объемы образования отходов на предприятиях Украины и их накопление в хранилищах организованного складирования (более 2 млрд. тонн) приходятся на долю Донецкой, Днепропетровской, а также Запорожской, Харьковской, Кировоградской и Одесской областей. Следовательно, техногенные отходы сосредоточены преимущественно в промышленно-развитых регионах и индустриальных центрах с мощным производственным потенциалом, часть которого может быть переориентирована на их (отходов) переработку. Наибольшее количество отходов, которые содержат соединения тяжелых металлов, образуется в черной и цветной металлургии. Поэтому проблема формирования базы вторичных сырьевых материалов, в частности, нетрадиционных красителей для стекольной промышленности, приобретает актуальное значение.

Более 50% потребности Украины в цветных, легирующих и редких металлах может быть удовлетворено за счет техногенных отходов.

Проведенные раннее отечественные и зарубежные исследования в области получения красителей для стекол народного потребления на основе техногенных отходов получили ограниченное применение. Предложенные материалы обладают рядом недостатков, в том числе, необходимостью в дополнительной обработке и непостоянством состава, которые не позволяют в настоящее время рекомендовать их для промышленного использования.

При выборе объекта исследования учитывали кондиционность техногенного сырья, экономическую, экологическую пригодность и ресурсно-ценностный приоритет применения. Принимая во внимание факторы, приведенные выше, приняли решение о целесообразности изучения возможности использования некоторых пылевидных отходов металлургической промышленности, содержащих соединения железа и марганца, в качестве красителей для стеклоизделий народного потребления.

Для проведения экспериментов использовали составы стекол, которые применяются на соответствующих предприятиях Украины.

Соединение Fe и Мn, ответственные за окрашивание, в состав стекла вводили, замещая SiO₂ .

Составы шихт рассчитывали на ЭВМ по методу наименьших квадратов.

Варки опытных стекол осуществляли в лабораторной электрообогреваемой силитовой печи, в корундовых тиглях при температуре 1450 - 1490 ºС. Стекла хорошо проварились и не содержали видимых дефектов. Они были устойчиво окрашены в оттенки характерных цветов (зеленого, голубого, коричневого, розового, фиолетового). Измерения коэффициента пропускания производили на спектрофотометре СФ - 26 в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях. Определение координат цветности, интегрального светопропускания выполняли на спектрокалориметре "Пульсар" при источнике света "С" с последующей математической обработкой результатов с помощью встроенного программируемого универсального блока.

Для решения вопроса о пригодности базовых составов стекол в производстве был определен комплекс физико-химических свойств, приведенных в таблице.

Основные физико-химические свойства стекол

№ стекла	Плотность ρ·10^-3, кг/м^3	ТКЛР, град^-1	Термо-стойкость	Хим. устойчивость, гидролитич. клас	Цветовой тон	цвет
15	2,531	77	86	II	496	Голубой
16	2,546	78	87	II	566	Желто-зеленый
17	2,548	79	85	II	540	Зеленый
18	2,551	79	86	III	560	Желто-зеленый

С учетом спектральных, цветовых, физико-химических характеристик синтезированные стекла могут быть рекомендованы для промышленного использования. Описанные выше измерения были осуществлены для стекол, окрашенных в оттенки зеленого и голубого цветов. Работа по исследованию свойств коричневых, розовых, фиолетовых стекол продолжается в настоящее время .