Как делают стекло. Как из непрозрачного песка, делают прозрачное стекло

Стекло представляет собой наиболее древний предмет, который был найден человеком и используется до сих пор. Найден, потому что человек не сам придумал и сделал его впервые. Вероятнее всего, первое стекло появилось много тысяч лет назад из вулканической лавы. Сейчас это вещество принято называть обсидианом. Как делают стекло? Давайте вернемся к тем временам, когда его еще не было. Постепенно люди познавали окружающую природу и заметили, что при смешивании натуральной соды с песком и последующем нагревании появляется прозрачное вещество. Именно так им и стали известен этот новый вид материала. Этот процесс был описан Плинием - древнегреческим энциклопедистом. Именно с того момента и началась история использования стекла, ставшего в нашей сегодняшней жизни совершенно незаменимым. Ведь сейчас оно используется повсеместно.

Однако имеется и иная теория относительно того, как делают стекло, точнее, как его производили раньше. Некоторые ученые решили, что стекловидный материал был выявлен в качестве побочного продукта при выплавке меди или обжиге В жизни человека этот продукт сыграл поистине выдающуюся роль. Сложно переоценить его значение. Производство листового стекла сравнимо с такими открытиями, как добыча огня и изобретение колеса. Во времена Древнего Египта из него было принято изготавливать всевозможные украшения. Позже из него научились производить емкости для жидкостей. С тринадцатого века наблюдалось резкое увеличение количества изготовленого стекла. Венеция стала центром его производства. Мастерам стала известна технология создания восточного стекла, после чего они стали развивать и улучшать ее. Прозрачность стекла стала возможна благодаря добавлению в него всевозможных примесей. Мастера стали делать из него разную посуду, которая была очень тонкой и изящной. В те времена стеклянные изделия больше служили в качестве предметов роскоши и украшений.

Если вопрос о том, как делают стекло, вам все еще интересен, то можно рассказать о том, как оно находило все новые и новые сферы применения. Технология его производства совершенствовалась. Было придумано зеркало, это сделали посредством нанесения на одну сторону амальгамы. При строительстве тоже стали использовать стекло. Обычно его применяли при возведении дворцов и храмов. А после того как мастера научились делать его цветным, они стали украшать им окна, делая прекрасные витражи. И сейчас широко используется стекло для фьюзинга. И в науке со временем стали использовать стекло. Благодаря открытию его способности концентрировать и рассеивать свет, были созданы разнообразные линзы, сделаны телескопы и микроскопы. Данные открытия стали гигантским шагом в развитии естественных наук - медицины, биологии, астрономии, физики и прочих. Ни в одном научном направлении без стекол невозможна какая-либо деятельность.

Как делают стекло? Как и когда-то раньше, из песка. В своей основе песок содержит представленный тут в виде кристаллов кварца. При нагревании он плавится. Если быстро охладить его, то минералы не успеют кристаллизоваться, становясь прозрачными. Для придания изделию какого-либо цвета в него добавляются оксиды разных металлов. Для придания стеклу максимальной прозрачности песок очищают так, чтобы в его составе содержался практически один кварц.

На данный момент существует масса способов получения продукта с разными свойствами: армированного, закаленного, зеркального, бронированного. В качестве основы и сейчас служит простой песок, который подвергается обработке. Важно сказать о том, что песка на планете пока хватает, поэтому стекло не скоро выйдет из нашего обихода.

Инструкция

Вначале технологи подбирают компоненты, из которых будет изготовлено стекло для конкретных нужд. В качестве исходных материалов используются кварцевый песок, сульфат натрия, кальцинированная сода, доломит и некоторые другие добавки. Все компоненты тщательно отмеряются, ведь от правильного выбора пропорций будет зависеть качество стеклянной массы.

В бункер с исходными компонентами добавляют также битое стекло. При изготовлении стеклянной массы обычно остаются излишки и отходы, которые тоже идут в дело. Их измельчают и подают в общую емкость, где все материалы смешиваются до сравнительно однородного состояния. Теперь смесь готова к следующему этапу обработки.

Из бункера исходные компоненты поступают в газовую печь. Температура внутри этого устройства достигает 1500оС. Под воздействием такого количества тепла компоненты будущего стекла расплавляются и превращаются в прозрачную массу. Полученный состав тщательно перемешивают, чтобы вещество стало полностью однородным. Весь процесс постоянно находится под контролем оператора печи, помогает которому автоматика.

На следующем этапе обработки стеклянная масса поступает в специальные емкости. Они напоминают большие ванны, наполненные жидким оловом. Распределяясь по поверхности этого металла, будущее стекло не тонет, а превращается в тонкий листовой материал с почти идеально ровной поверхностью. Для придания листам нужной толщины стекло пропускают через валки определенного размера.

Постепенно стеклянная лента охлаждается. После выхода из оловянной ванны температура материала уменьшается примерно до 600оС. Теперь лента подается на длинный роликовый конвейер и достигает специального устройства, где стекло проходит тест на толщину листа. Точность контроля очень высока и может достигать сотых долей миллиметра. Выявленный брак возвращается на этап первичной обработки.

Длинную и непрерывную стеклянную ленту на очередном этапе режут на стандартные листы при помощи инструмента, устойчивого к износу. Одновременно обрезаются неровные кромки листа. Образующиеся при резке отходы измельчают и подают в бункер; эти осколки участвуют в новом цикле производства стекла. Фактически все производство становится безотходным.

Завершающий этап всего процесса – окончательный контроль качества стекла. На помощь контролерам приходят флуоресцентные лампы, которые позволяют выявить даже незаметные дефекты хрупкого материала. Прошедшие через участок контроля листы отправляют на склад, где они хранятся в вертикальном положении до момента отгрузки потребителю.

Стеклянная посуда, окна в домах и многое другое – для нас сегодня это привычные предметы обстановки. Однако много веков назад стеклянные кубки стоили баснословно дорого, и их можно было встретить только на столах у наиболее богатых и знатных вельмож.


Из чего же делают стекло, и как люди научились его изготавливать?

История изобретения стекла

Стекло было известно, по крайней мере, две тысячи лет назад. Древнеримский историк Плиний описал случай, в результате которого оно было изобретено. По его версии, однажды моряки, везшие на своем корабле соду, высадились заночевать на берегу, покрытом чистым золотым песком.

Они разожгли костер, чтобы приготовить ужин и согреться. Случайно один мешок из их груза прорвался, и сода высыпалась в костер. Ночью пошел дождь, смыл золу и головешки, и моряки увидели на месте костра сияющую стеклянную поверхность.

Компоненты для изготовления стекла

Так ли на самом деле было изобретено стекло, или, как гласит другая версия, оно получилось в ходе экспериментов с обжигом глиняных горшков – но люди овладели секретом его приготовления довольно давно.

Для того, чтобы изготовить стекло, требуется три основных компонента.

Кварцевый песок – это чистый речной песок, состоящий из оксида кремния. Доля песка в смеси для варки стекла составляет около 75%. Он плавится при очень высокой температуре: его нужно нагревать до 1700 градусов Цельсия. От качества песка во многом зависит прозрачность и качество будущих стеклянных изделий. Венецианские стеклодувы, изготавливавшие наиболее знаменитое в средневековой Европе муранское стекло, специально привозили песок из провинции Истрия, а для богемского стекла мастера измельчали в мелкий песок куски кварца.

Сода (или поташ) необходима для того, чтобы расплавить песок при более низкой температуре. Добавив в песок соду в нужной пропорции, температуру нагрева стеклянной смеси снижают практически вдвое.


В процессе нагрева сода разлагается до оксида натрия или калия, который и служит катализатором плавления. В древности ее получали путем выщелачивания золы после сжигания водорослей или хвойных пород дерева. Доля соды в смеси для стекла составляет около 16-17%.

Известь, или окись кальция , делает стекло нерастворимым большинством химических веществ, крепким и блестящим. Впервые добавлять ее в стекло начали богемские стеклодувы в семнадцатом столетии, применяя для этого известняк или мел.

Кроме того, сегодня в массу для приготовления стекла добавляют сульфат натрия, таламит и нефелиновый сиенит. Для получения разноцветного стекла в качестве добавок используют окиси различных металлов: меди, железа, серебра и т.д.

Этапы производства листового стекла

Все ингредиенты, из которых производится стекло, загружают в печь и нагревают до образования жидкой однородной массы.

Расплавленную массу загружают в гомогенизатор и перемешивают до полной однородности.

Стеклянную массу выливают в длинную емкость, где находится расплавленное олово. На его поверхности стекло разливается ровным слоем одинаковой толщины, постепенно остывая.

Застывшая стеклянная лента поступает на конвейер, где производится контроль толщины и нарезка на стандартные куски стекла. Обрезанные неровные края и брак, не прошедший контроль качества, поступает на переплавку.

Готовое листовое стекло проходит последнюю проверку качества и отправляется на склад готовой продукции.

Аналогичным образом изготавливается стекло для производства посуды, измерительных приборов, елочных игрушек и другой продукции. Состав стекла может изменяться в зависимости от свойств, которые оно должно иметь.

Кроме того, для повышения прочности оно может подвергаться процедуре закаливания, приобретая способность выдерживать сильные удары по поверхности.


Популярны сегодня дуплексные и триплексные стекла, склеенные специальными составами из двух или трех слоев тонкого стекла. Однако основу каждого из них составляют золотой кварцевый песок, питьевая сода и обычная известь.

Зачем вообще для стекловарения нужны печи? Дело в том, что чтобы из стекла сделать что-нибудь полезное, нужно его сначала расплавить, а плавится оно при температурах ни много, ни мало, 1400-1600 °С.

Сырьем для изготовления стекла служит, главным образом, кварцевый песок (оксид кремния SiO2)

Кварцевый песок

Чтобы придать стеклу необходимые свойства, кварцевый песок смешивают с разными добавками, в основном, это известняк (тот, который ракушечник, с фасадов зданий), полевой шпат, доломит, сода и красители (оксиды металлов)

Известняк

Полевой Шпат

Доломит

Таких добавок в стекле бывает до 20-30%. Вообще-то, чем больше добавок, тем ниже вязкость расплава (грубо говоря, он «текучее») и ниже температура плавления, т.е. его обрабатывать проще, например, выдувать бутылки и пр. можно уже при 800 °С. Но может быть и по-другому: если, например, в смесь оксид бора добавить, выйдет борсиликатное стекло, жаростойкое и устойчивое к перепадам температур - на радость домохозяйкам. Стекло же из чистого оксида кремния получится тугоплавким, из него чтобы что-нибудь выдуть, придется до 1600 °С разогреть.

В общем, с сырьем разобрались. Всё, что надо, тщательно очищают, измельчают (этим обычно специальные обогатительные фабрики/производства занимаются), перемешивают и засыпают в стекловаренную печь через специальное окно. Внутри печи в огромном бассейне за дело берется практически инфернальный огонь и превращает за несколько часов песок в жидкость.

Пламя внутри печи.

Кстати, раскочегаривание такой печи до нужной температуры - непростой, долгий, а главное, дорогой процесс (сколько топлива надо, чтоб такую огромную дуру на 2-9 тыс. тонн стекла разогреть!), поэтому, разжегши её единожды, стараются больше не гасить: процесс варки стекла за 10-15 лет службы печи прерывают только пару раз для холодного ремонта.

Естественно, смесь расплавляется не сразу вся, а постепенно; по мере расплавления она перемешивается, из нее выходят пузырьки воздуха. То, что уже хорошо расплавилось, собирается на дне бассейна (плотность-то у расплава выше) и по закону сообщающихся сосудов перетекает под стенкой, проходящей через бассейн, в другую его часть, подальше от пламени и еще не расплавленной смеси.

Тут температура немного ниже, и жидкое стекло отсюда поступает уже в следующую, рабочую ванну за пределами печи, а оттуда уходит на обработку. Чтобы получить, например, листовое стекло для окон и зеркал, его отливают и прокатывают почти как металл.

Чтобы получить идеально ровную поверхность, на современных заводах расплавленное стекло сначала выливают в бассейн, полный расплавленным оловом, и оно, стекло, плавая на поверхности олова, распределяется по нему равномерным тонким слоем и остывает примерно с 1000 до 600 °С, так получают так называемое флоат-стекло (float-glas).

Как я уже говорил, процесс этот непрерывный, и на выходе после охлаждения получается бесконечная стеклянная лента. Но прежде, чем её на куски разрезать, поверхность вновь нагревают газовыми горелками: таким образом запаиваются микротрещины, которые все равно образуются даже несмотря на постепенное охлаждение из-за разности напряжений внутри стекла при твердении. В результате стекло выходит особенно прозрачным.

Производство флоат-стекла

Старая технология, применявшаяся на советских заводах, предусматривала вертикальное вытягивание стеклянной ленты при интенсивном охлаждении поступающей из печи массы. Стекло, произведенное таким образом, отличается значительно большими оптическими искажениями.

Ну вот, вроде почти со всем разобрались. На картинке только еще одна непонятная часть печи осталась: регенератор. Штуковина замечательная и гениальная в своей простоте. За её изобретение еще в 1856 году младший из братьев Сименсов, Фридрих, получил английское дворянство. А смысл в том, чтобы экономить топливо для стекловаренной печи, подогревая воздух, подающийся в печь для горения. И экономия на топливе может достигать 40%!

Принцип работы регенератора

Регенератор состоит из двух одинаковых шахт, заполненных жаропрочными керамическими сборками, образующими внутри шахт множество мелких каналов для воздуха. Воздух поступает через первую шахту, попадает в печь через окно, смешивается с топливом (газом) и сгорает. Раскалённые продукты горения уходят через другое окно во вторую шахту, и прежде, чем выйти наружу, нагревают упомянутые керамические сборки. Потом, как они достаточно накалятся, минут через двадцать, поток воздуха пускают через вторую шахту, он в ней разогревается перед попаданием в печь, а отработанные газы начинают разогревать сборки в первой шахте. Затем цикл повторяется.

За рамками этого рассказа остались разнообразные жаропрочные керамические покрытия внутри печи (металл для такой температуры не годится). С ними всё тоже довольно занимательно: физические и химические процессы, протекающие во время плавления стекла, приводят к удивительным образованиям: внутри печи начинают расти сталактиты!

Стекла бывают разные. Подозреваю, что вас интересует именно процесс производства того стекла, с которым мы сталкиваемся ежедневно — обыкновенное листовое или даже можно сказать «оконное».

О нем и поговорим.

При изготовлении стекла используются следующие компоненты.

Состав (сырье)

• Кварцевый песок;
• Кальцинированная сода;
• Таламит;
• Известняк;
• Нефелиновый сиенит;
• Сульфат натрия.

Как изготавливают стекло (процесс производства)

Обычно, предприятия производящие стекло используют в качестве ингредиентов стеклянный лом (битое стекло) плюс вышеперечисленные компоненты.

1) Составные элементы будущего стекла поступают в печь, где все это плавится при температуре 1500 градусов, образуя однородную жидкую массу.

2) Жидкое стекло поступает в гомогенизатор (аппарат для создания стабильных смесей), где оно перемешивается до массы с единой температурой.

3) Горячей массе дают отстояться несколько часов.

4) Жидкое стекло подается в емкость с жидким оловом, где оно плавает на его поверхности, принимая форму ленты.

5) Этап охлаждения

6) Лента из стекла подается на роликовый конвейер, где лазерный сканер измеряет толщину ленты все еще горячего и мягкого стекла.

7) Автомат делает неглубокую поперечную борозду на поверхности уже остывшей и затвердевшей ленты.

8) Далее по конвейеру уже двигаются нарезанные фрагменты стекла, где специальный ролик обрезает края каждого фрагмента, чтобы получить край идеальной формы. Обрезки падают в специальный резервуар, чтобы поступить на вторичную переработку в качестве сырья.

9) Практически готовые листы транспортируются в отдел контроля качества продукции.

10) Специалист по контролю проводит несколько тестов с отдельно выбранным экземпляром из общей партии продукции.

Вот так и делают стекло!

Для любителей наглядности, прилагаю к статье видео ролик от Discovery, где демонстрируются все этапы производства на одном из современных предприятий.

Возможно, вам будет интересно:

Согласно распространенной версии, чипсы появились в результате недовольства одного из клиентов ресторана, который был раздосадован тем фактом, что повар порезал его жареный картофель слишком толстыми ломтиками. Повар воспринял это как личную обиду, и заменил блюдо, нарезав картофель ломтиками толщиной с бумажный лист. После прожарки получилось интересное блюдо с золотистой корочкой и характерным аппетитным хрустом. Вот так и появились так популярные сегодня картофельные чипсы. Предлагаю вам…

Мы уже успели выяснить, из чего делают валенки. Пришло время узнать собственно о процессе их производства (+ посмотрим видео). Несмотря на то, что валенки незаслуженно считают довольно простой и даже "деревенской" обувью, процесс их производства очень сложен и включает в себя множество промежуточных этапов. Можно с уверенностью утверждать, что изготовить пару модных брендовых туфелек гораздо проще, нежели пару добротных народных валенок. Как же их делают? В…

Хозяйственные (бытовые) веники для подметания - удобный инструмент для сметания пыли и прочего мусора с поверхности пола наших домов и квартир. Каждый из нас хоть раз в жизни брал в руки это чудо веничной промышленности. Однако вопрос "из чего он сделан" поставит в тупик подавляющее большинство домохозяек. Давайте устранять этот пробел в знаниях! В общих чертах, домашние веники изготавливают из ветвей и прутьев различных травянистых…

Первое, что я вспоминаю при слове "пластилин" - счастливое детство и нелюбимый мной детский сад (какие контрасты!). Разумеется, в столь юном возрасте я не задумывался из чего он сделан. Позже, я был уверен, что пластилин изготавливают из какой-то химии, возможно, вредной для детей! Однако, как оказалось, я был не прав. В состав пластилина входит: Измельченный порошок глины; Воск Животное сало Озокерит (вещество, схожее с пчелиным…