Способ приготовления шихты для варки окрашенных оптических стекол для светофильтров

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к способам приготовления шихты для производства оптического, окрашенного в массе стекла. Технический результат - обеспечение стабильности технологического процесса при производстве окрашенного оптического стекла с заданными спектральными характеристиками. Способ приготовления шихты для варки окрашенных оптических стекол для светофильтров, включающий предварительный анализ всех химических компонентов шихты, состоящей из легкоплавких компонентов, компонентов с малой механической прочностью, компонентов с малой насыпной плотностью, красящих и других модифицирующих добавок, их ранжирование по температуре плавления, механической прочности, насыпной плотности, где взвешивание и последующее перемешивание шихты проводят в два этапа, из которых, на первом этапе взвешивают и вносят в сосуд для перемешивания легкоплавкие компоненты, которыми являются нитраты, карбонаты, сульфаты щелочных и щелочноземельных элементов, а также компоненты с малой механической прочностью и малой насыпной плотностью частиц, причем красящие и другие модифицирующие добавки взвешивают и помещают в сосуд для перемешивания между слоями легкоплавких компонентов, полученную смесь интенсивно перемешивают с обеспечением равномерного распределения красящих добавок в указанных компонентах, на втором этапе в полученную шихтную смесь, находящуюся в сосуде для перемешивания, вводят тугоплавкие компоненты и смесь вторично перемешивают с обеспечением равномерного распределения компонентов по всему объему шихты. Изобретение развито в зависимом пункте формулы. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Для реализации способа приготовления шихты для варки окрашенных оптических стекол для светофильтров состав химических компонентов шихты первоначально анализируют и ранжируют по температуре плавления, а также механической прочности и насыпной плотности. Для анализа и ранжирования компонентов шихты привлекаются как справочные, так и экспериментальные данные, с учетом критериев ранжирования.

Если данные по температуре плавления и «истинной» плотности компонентов (т.е. плотности монокристаллов) и др. могут быть широко представлены в справочной литературе, то данные по насыпной плотности и механической прочности соответствующих компонентов могут быть отображены как в паспортных данных поставщиков, так и получены экспериментально.

Так как насыпная плотность компонентов, например, может варьироваться от партии к партии, а также изменяться со временем, то для ее измерения существуют специальные приборы, выпускающиеся серийно. При этом важнейшим параметром, позволяющим провести ранжирование по величине насыпной плотности, является отношение насыпной плотности к «истинной» плотности (как правило, выраженной в процентном отношении). По определению насыпная плотность сыпучих компонентов вследствие малого размера частиц и наличия воздушных полостей между ними всегда меньше плотности соответствующего монокристалла. Таким образом, по отношению насыпной плотности к «истинной» плотности можно провести ранжирование компонентов на компоненты с малой и большой насыпной плотностью.

Под воздействием нагрузки, например в процессе помола, насыпная плотность может изменяться, в том числе как увеличиваться, так и уменьшаться. Увеличение насыпной плотности может происходить

вследствие механического уплотнения сыпучих смесей (в том числе вибрационного), а также ввиду деформации частиц и их частичного разрушения, вследствие чего осколки более крупных частиц заполняют мелкие воздушные пустоты. В то же время при малой механической прочности частиц, в процессе помола, частицы сыпучих компонентов значительно уменьшаются в размерах, а количество и общий объем воздушных пустот увеличивается и тем самым насыпная плотность уменьшается, относительно насыпной плотности до помола. Таким образом, проведя помол сыпучих компонентов в стандартных условиях можно сделать заключение и провести соответствующее ранжирование компонентов по их механической прочности.

В сводной таблице 1 приведены данные анализа шихтных компонентов, представленных в примерах реализации метода №1,2,3 (включая дополнительный материал к ответу на запрос от 24.04.2017). Насыпная плотность и механическая плотность компонентов измерялись экспериментально.

Для измерения насыпной плотности применялись три цилиндрических мерных сосуда, выполненных из плавленого корунда емкостью ~20 мл. Объем сосудов определялся заполнением дистиллированной водой при температуре 20°С. Мерные сосуды наполнялись шихтными компонентами до верха, без уплотнения и взвешивались на лабораторных весах с погрешностью ±0,001 г. По результатам измерений определялось среднее значение насыпной плотности и стандартное отклонение (среднее стандартное отклонение приведено в Таблице 1 в круглых скобках).

Для измерения механической прочности компонентов их подвергали механическому ручному помолу в агатовой ступке в течение двух минут при нагрузке 500 гр. После помола перемолотый компонент ссыпали в одну большую емкость и повторно измеряли его насыпную плотность с использованием трех мерных сосудов с использованием лабораторных весов.

Как видно из таблицы 1, наименьшей насыпной плотностью из представленных компонентов обладает оксид цинка, плотность которого составляет значения от 12,3% до 6,9% от «истинной» плотности для реактивов одного химического состава разных поставщиков и химической чистоты (ZnO БЦО и ZnO ч). Наименьшей механической прочностью обладает нитрат натрия (NaNO₃ хч), насыпная плотность которого вследствие механического помола уменьшилась на 21%.

Для ранжирования компонентов с целью формирования двух групп компонентов (таблица 2), состоящих из легкоплавких компонентов, а также компонентов с малой насыпной плотностью и с малой механической прочностью (группа 1), а также тугоплавких компонентов (группа 2) были использованы следующие критерии ранжирования;

легкоплавкие компоненты шихты - Т пл. ≤1000°С

компоненты с малой насыпной плотностью - отношение насыпной плотности к плотности ≤30%

компоненты с малой механической прочностью - уменьшение насыпной плотности после помола ≥-10%.

тугоплавкие компоненты шихты - Т пл. ≥1500°С.

Как видно из сопоставления таблиц 1 и 2 температура плавления (точнее возгонки) оксида цинка (ZnO) превышает значение в 1500°С, однако с учетом малой насыпной плотности и критерия ранжирования (отношение насыпной плотности к плотности ≤30%) этот компонент, как и оксиды свинца (Pb₃O₄, чда и PbO (осч, кр. модиф.) отнесены к первой группе компонентов, включающих как легкоплавкие компоненты, так и компоненты с малой насыпной плотностью и малой механической прочностью. К последним, в соответствие с критериями ранжирования, относятся нитраты калия и натрия (KNO₃, хч, NaNO₃, хч), а также соответствующие карбонаты (K₂CO₃, хч, Na₂CO₃, хч), которые обладают не только малой механической плотностью, но низкой температурой плавления (Тпл. менее или равна 1000°С).

1. Способ приготовления шихты для варки окрашенных оптических стекол для светофильтров, включающий предварительный анализ всех химических компонентов шихты, состоящей из легкоплавких компонентов, компонентов с малой механической прочностью, компонентов с малой насыпной плотностью, красящих и других модифицирующих добавок, их ранжирование по температуре плавления, механической прочности, насыпной плотности, при этом взвешивание и последующее перемешивание шихты проводят в два этапа, из которых на первом этапе взвешивают и вносят в сосуд для перемешивания легкоплавкие компоненты, которыми являются нитраты, карбонаты, сульфаты щелочных и щелочноземельных элементов, а также компоненты с малой механической прочностью и малой насыпной плотностью частиц, причем красящие и другие модифицирующие добавки взвешивают и помещают в сосуд для перемешивания между слоями легкоплавких компонентов, полученную смесь интенсивно перемешивают с обеспечением равномерного распределения красящих добавок в указанных компонентах, на втором этапе в полученную шихтную смесь, находящуюся в сосуде для перемешивания, вводят тугоплавкие компоненты и смесь вторично перемешивают с обеспечением равномерного распределения компонентов по всему объему шихты.

2. Способ по п. 1, в котором тугоплавкие компоненты вводят, предпочтительно, в виде SiO₂.