Стекольная промышленность. Перспективы развития

            1. Стекольная промышленность. Перспективы развития.

            Стекло — вещество и материал, один из самых древних и, благодаря разнообразию своих свойств, — универсальный в практике человека.  Увеличение потребления листового стекла тесно связано с ростом ВВП. В целом, спрос на флоат-стекло в мире с каждым годом возрастает на 5%, и за последние 20 лет увеличение спроса систематически превышало прирост реального ВВП. Этот рост обусловлен не только экономическими причинами, но и значительным увеличением использования стекла в своих проектах архитекторами и проектировщиками. В современных зданиях всё большие площади подвергаются остеклению, и во всё большей мере применяются изделия из стекла с дополнительными функциями. Расширяется также использование стекла при реконструкции и модернизации зданий. Эта общая тенденция увеличения спроса будет развиваться там, где продолжается рост ВВП. 
Перспективными можно считать те виды стекла, которые обладают дополнительными свойствами - это, например, ламинированное стекло, пожаростойкое остекление, различные солнцезащитные покрытия и "реактивные" покрытия. Ожидается появление стекла с "активными" покрытиями, остекления с фотоэлектрическим элементом, стекла с регулируемыми параметрами и других новых видов стёкол.

               Изначально из стекла делали украшения, и лишь с течением времени его стали использовать в бытовых целях.  Применение стекла столь широко, что охватывает, пожалуй, все сферы жизни человека: двери, перегородки, душевые кабины, окна, полы, лестницы, стены, зеркала, посуда, украшения, аквариумы, витрины. Область применения стекла слишком обширна, чтоб упомянуть все виды изделии. Однако с техническим прогрессом совершенствуются и технологии обработки стекла. Если в 5 в. до Н. Э. стекло использовали для создания украшений или посуды, то сегодня из него строят дома: нынешние технологии это вполне позволяют.

               В связи с тем, что промышленность не стоит на месте, а технический прогресс большими шагами движется вперёд, стекольное производство становится всё популярнее день ото дня. Она совершенствуется, а производители расширяет свои рынки сбыта. Если говорить о видах стекла, то самым популярным в настоящий момент является листовое стекло, уровень спроса на которое увеличивается с каждым годом. 
Кроме того, развитию стекольной промышленности способствуют следующие   факторы: 
• автоматизация производства (модернизация старых и создание новых производственных линий по упаковке, резке и комплектации стеклянных изделий) 
• увеличение модельного ряда стекольных изделий (расширение ассортимента) 
• профилактические работы, направленные на улучшение качества стеклянных изделий 
• реконструкция стекольных заводов и фабрик (закупка нового оборудования) 
• работы по улучшению техники производства стекольных изделий 
                Причём модернизация стекольного производства чаще всего включает в себя двухстадийное формирование стеклянной ленты, а также совершенствование флоат-процесса с повышением мощности производственных установок. В свою очередь совершенствование способов стекольной варки подразумевает использование современных печей и оборудования (применение циклонных и шахтных печей, влияющих на качество перемешивания гранулированных частиц шихты и улучшение процесса варки готового перемешанного материала), а также увеличение общей массы стекла и площади покрытия пламенем зеркала шихты. Кроме этого в процессе стеклопроизводства источники тепла вводятся в стекломассу, что приводит к повышению теплообмена и к снижению теплопотери.  
                 В данный момент ведётся большая работа по созданию процесса бурления в ванных печах, а это необходимо для образования однородной массы стекла. Кроме того, возвращаясь к флоат-стеклу, стоит отметить, что на его смену приходит не менее популярное полированное стекло, которое возникает вследствие конвейерного производства. И если говорить о последнем виде стекла, то необходимо отметить, что полированное стекло можно создавать двумя способами: 
•    флоат-способом 
•    конвейерным      способом 
                   В свою очередь себестоимость стекла, изготовленного первым способом намного ниже, чем себестоимость стеклянных изделий, выполненных вторым способом. И если говорить о более выгодном способе производства стекла, то стоит отдать предпочтение именно флоат-способу стекольного производства. К тому же при его использовании капиталовложения уменьшатся почти в два раза, а производительность труда увеличится приблизительно в три или четыре раза. Получается, что экономически выгодно использовать, как было сказано выше, флоат-способ в    процессе     производства    стекольных    изделий. Однако если сравниват флоат-стекло с оконным стеклом, независимо от того будет иметь оно безлодочное вертикальное или лодочное вытягивание, то следует сказать о том, что производство первого будет обходить предприятию в несколько раз дороже, чем производство оконного стекла. Это связано с тем, что в процессе производства флоат-стекла используется боле дорогостоящее оборудование и трудовые ресурсы. Также возникают расходы на возникающие проблемы в процессе выделения олова. Но если говорить о качестве флоат-стекла, то оно находится на высшем уровне. Однако для улучшения технико-экономических показателей флоат-стекла необходимо увеличивать производительность поточных линий, использовать не слишком дорогое оборудование и разрабатывать альтернативные методы производства защитных атмосфер и газа, а также автоматизации процессов резки и раскроя стекольных изделий.

                  Стекольная промышленноcть по-прежнему остаётся конкурентным рынком с относительно небольшим числом производителей, причём некоторые из них действуют лишь в региональном, а не во всемирном масштабе. Последним нововведением в производстве флоат-стекла является внедрение передовых видов стекла с улучшенными характеристиками, и этот процесс будет продолжаться.

                  В Казахстане  потребность стекла по программе «Доступное жилье 2020» на 7 млн.кв.м. жилья составляет 5 млн.кв.м.  
Планируется реализовать проект строительства стекольного завода мощностью 600 тонн/сутки или 190 тыс. тонн в год. Количество создаваемых рабочих мест – более 300 ед. Проектом предусматривается создание вертикально интегрированного высокотехнологичного производства листового стекла в Республике Казахстан начиная от добычи сырья до производства конечной продукции. Проект предусматривает создание новой индустриальной отрасли несырьевого сектора, внедрение импортозамещающего и экспортоориентированного производства.

                    2.  Стекло как вещество и материал. Его применение.

                    Стеклом называют твердый аморфный материал, получаемый при переохлаждении минеральных расплавов. В стеклообразном виде могут быть получены многие вещества. В строительстве же используют почти исключительно силикатное стекло, основным компонентом которого является диоксид кремния (кремнезем) SiO₂. Кремнезем сам по себе без добавления каких-либо других веществ при охлаждении расплава способен образовывать стекло, как и некоторые другие оксиды (Р₂О₅, В₂О₃); их называют стеклообразующими оксидами. Стекло не является химическим веществом с определенным составом, который может быть выражен химической формулой; поэтому состав стекол условно выражают суммой оксидов (например, состав обычного оконного стекла SiO, — 7L..72 %; Na₂O — 14...15 %; CaO — 6,5...7 %; MgO - 4 %; Ai₂O₃ - 2 % ).

                    Стекло является самым широко применяемым материалом в быту, строительстве, на транспорте благодаря своим уникальным качествам: прозрачности, твердости, химической устойчивости к активным химическим реагентам, относительной дешевизне производства. Без него невозможно изготовить оптические приборы, телевизоры, космические корабли и др. Несмотря на успехи в создании новых материалов широкого назначения, неорганические стекла после камня, бетона, металла прочно занимают одно из главных мест среди используемых в практике.

                     Около трети всей стекольной продукции - сосуды самого разнообразного типа, фасона и назначения. Замечательные декоративные свойства стекла (способность воспринимать различные окраски, передавать игру света, разнообразие в переходах от кристальной прозрачности через все степени замутнения до полной непрозрачности) обусловили существование особой группы изделий, объединяемых общим названием "художественное стекло". Сюда относится художественная столовая посуда, монументальные стеклянные изделия (барельефы, торшеры, вазы, люстры и др.) и разнообразные отделочные материалы (плитки и листы для облицовки стен, полов зданий, карнизы, фризы и др., использование стекла в витражах). Одной из важных отраслей художественного стеклоделия является производство смальт (непрозрачных стекол) широкого ассортимента. Эти стекла используются при создании монументальных стенных панно в технике мозаичной живописи, родственной технике витража.

                      В виде стеклоэмалей, непрозрачных тонких стекловидных слоев различных цветов, стекло используется как защитное покрытие, предохраняющее металлические изделия от разрушения и придающее им внешний вид, удовлетворяющий эксплуатационным и эстетическим требованиям. Стеклоэмали применяются при изготовлении химической и пищевой аппаратуры, посуды, изделий санитарной техники, труб, вывесок, облицовочных плиток, ювелирных изделий. Оптическая промышленность и оптическое стекло позволили создать современные точнейшие оптические приборы во всем разнообразии их типов и назначений (обычные очки, микроскопы, телескопы, фото- и киноаппараты и др.).

                      Особо чистое кварцевое стекло используется для изготовления волоконных световодов при создании волоконно-оптических линий связи, позволяющих передавать большие объемы информации. Отдельный класс стекол образуют так называемые лазерные стекла. Это многокомпонентные стекла различной природы (силикатные, фосфатные, фторбериллатные, боратные, теллуритные и др.), активированные неодимом. Лазеры могут быть миниатюрными, как, например, используемые в медицине, и могут представлять собой мощные системы, применяемые в термоядерном синтезе. Лазеры применяются также в научных исследованиях, геодезии, при точной обработке металлов .

                       Исследование стекол методом рентгеноструктурного анализа явилось качественным скачком в понимании природы стеклообразного состояния. Согласно полученным данным было показано следующее:

   1). кристаллиты содержат 1 - 2 элементарных ячейки, да и то искаженных, то есть терялся смысл самого понятия "кристаллит";

   2). высказано предположение о химически неоднородном строении стекла. Исторически кристаллитная гипотеза сыграла большую роль в понимании природы стеклообразного состояния, но ее пригодность для описания большинства стеклообразных веществ оказалась невелика.

                 Наряду с кристаллитной гипотезой получило развитие предположение, что структуру оксидных стекол образуют элемент-кислородные полиэдры, аналогичные таковым в кристаллах, но их сочленение не имеет строгого порядка и периодичности, как в кристаллах. Было установлено, что рентгенограммы кварцевого стекла лучше всего интерпретируются в рамках модели непрерывной беспорядочной сетки тетраэдров SiO4 . Атом кремния, окруженный четырьмя атомами кислорода, и отражает ближний порядок в структуре стекла. Как показали многочисленные рентгеновские и нейтронографические (основанные на изучении рассеяния нейтронов стеклом) исследования, наличие неупорядоченной сетки подтверждается применительно к структуре однокомпонентных стекол, таких, как B₂O₃ , SiO₂ , As₂O₃ , Si, B, и некоторых других. Исследования поведения стеклянных электродов в растворах электролитов также позволили высказать определенные суждения о ближнем порядке в стеклах. На базе экспериментального материала по изучению поведения электродов из разных стекол в растворах электролитов и его теоретического осмысления автором был предложен метод изучения элементов структуры стекла по типу комплексных ионов, таких, например, как [AlO₄/2]1 - , [BO₄/2]1 - [7].

                    Позже ионообменные процессы нашли широкое применение в градиентной оптике, в производстве стеклянных электродов и в производстве рН-метров, которые можно встретить на многих предприятиях и в лабораториях в качестве средства контроля и измерения кислотности среды и определения содержания в ней щелочных металлов. Однако для стекол, содержащих два или более компонентов, характерна химическая неоднородность. Так, при введении в SiO2 оксида натрия в результате взаимодействия оксидов, несмотря на сохранение координации атомов кремния относительно кислорода, непрерывность кремнекислородной сетки нарушается за счет частичных обрывов связей Si-O-Si, соединяющих тетраэдры между собой.

                     В настоящее время известно, что в стеклообразное состояние можно перевести вещества различной природы. Это и расплавы ряда чистых оксидов и их смесей в бесчисленных вариантах, и солеобразные расплавы - халькогенидные, галогенидные, нитратные и др. В стеклообразном состоянии легко могут быть получены и многие органические вещества. Стекла легко образуются водными растворами многих солей и их смесей. В последнее десятилетие стали известны металлические стекла, полученные особо быстрым охлаждением сплавов разных металлов. Таким образом, в стеклообразном состоянии могут находиться вещества самого разного химического типа, с самыми разными видами химических связей - ковалентных, ионных, металлических_ и разнообразными физико-химическими свойствами.

                      3. Классификация изделии из стекла.

                      Выделяют три разряда изделий из стекла в зависимости от их назначения:

- стеклянные изделия, предназначенные для бытового использования, - это и повседневная и «парадная» посуда, статуэтки и прочие элементы декора интерьера, лампы, зеркала (в дальнейшем бытовые стеклянные изделия подразделяются в зависимости от количества произведенных копий изделия на штучные, комплектные и не комплектные; по размеру – на мелкие, средние, крупные и особо крупные);

-  архитектурно-строительные стеклянные изделия;

-  технические стеклянные изделия.

                        Далее изделия также классифицируются по типу используемого при их создании стекла. В свою очередь стекла различают по их происхождению, химическому составу, физическим свойствам и целям использования.

                        В зависимости от обработки поверхности стекла различают изделия матовые, прозрачные и декорированные. Декорирование может быть путем осуществления иризации, нанесения декоративной резьбы, цветного декоративного покрытия, позолоты, инкрустации и т.д. Кроме того, изделия могут быть изготовлены из цветного или нецветного белого стекла.

                        По методу производства различают выдувные изделия, прессованные изделия, прессо-выдувные изделия и изделия, полученные путем центробежного литья.

                        По наличию особых свойств различают изделия из светочувствительного, солнцезащитного, огнеупорного, жаропрочного видов стекла.

                        По главному веществу стекольного состава различают стекла оксидные, сульфидные, фторидные и т.д.

                        Для производства изделий бытового использования принято использовать стекло, основу состава которого составляют оксиды. Это могут быть оксиды кремния (SiO₂ – силикатное стекло); бора и кремния (боросиликатное стекло); алюминия, бора и кремния (алюмоборосиликатное стекло); щелочных (оксиды натрия, калия, лития) и щелочно-земельных металлов (оксиды клаьция, магния, цинка, свинца) и другие. Каждый оксид придает стеклу особые, уникальные свойства.

                   В соответствии с государственным стандартом ГОСТ 24315-80, выделяют следующие виды оксидного стекла для производства бытовых изделий в зависимости от его состава:

-    натрий-кальций-силикатное;

- специальное бытовое (стекло с высоким уровнем температурной устойчивости, жаропрочности – боросиликатное либо алюмоборосиликатное стекло);

-       хрустальное (стекло, в составе которого насчитывается не менее десяти процентов оксидов свинца, бария, цинка);

-    малосвинцовое хрустальное (стекло, в составе которого содержится порядка восемнадцати- двадцати четырех процентов оксида свинца);

-     высокосвинцовое хрустальное (содержание оксида свинца в составе стекла данного типа превышает тридцать процентов);

-    бариевое хрустальное (в составе – более восемнадцати процентов оксида бария).

                   В качестве производственного материала для бытовых стеклянных изделий, а именно жаропрочной посуды для духовок и микроволновых печей, могут использоваться и так называемые ситаллы.

                    Ситалл – это особого рода стеклокристаллический материал, белый, непрозрачный, отличающийся высоким уровнем термостойкости, также устойчивостью к воздействию кислот и щелочей. Производится по методике направленной кристаллизации из особым образом термически обработанного литийалюмосиликатного стекла. Стеклокристаллические материалы по своей природе и технологии получения являются своего рода гибридом стекла и керамики. От стекла они отличаются зернистой, кристаллической структурой. На керамику не похожи, потому что их кристаллы намного меньше, а структура монолитнее. Ситаллы имеют важное преимущество перед керамикой: их можно формовать по обычной технологии стекольного производства, прессовать, прокатывать, вытягивать, выдувать, а также изготовлять порошковым методом, который нашел распространение в керамической промышленности.