Классификация сырья

Из соединений меди в качестве молекулярного красителя  используется только окись меди CuО, который окрашивает стекло в зеленовато-голубой  цвет. Соединения меди в зависимости от концентрации, состава стекла и условий окрашивания придают стеклу синий, голубой, зеленый и красный цвета. Оксид меди CuO окрашивает стекло в голубой, слегка зеленоватый цвет. Чисто голубой цвет стекла получают при введении CuO в количестве 1 ... 2 %, с увеличением содержания оксида меди окраска стекла переходит в зеленую.

Соединения урана  придают стеклу желто-зеленый цвет. В качестве красителя используют закись урана UO2, трехокись урана UO3 и натриевую соль урановой кислоты Na2UO7·3H2O. Для стекла, окрашенного ураном, характерна флуоресценция, вызванная ультрафиолетовым излучением. При выпуске изделий из интенсивно окрашенных стекол в жёлтый и оранжевый цвета соединения урана применяют совместно с сернистым кадмием. Несмотря на то что препараты урана достаточно чисты, их применение в стекольном производстве ограничивается из-за высокой стоимости.

Соединения кадмия придают стеклу ярко-желтый цвет. Обычно при варке калиевокальциевых  стекол применяют сернистый кадмий CdS - порошок желтого или оранжевого цвета. При варке свинцовых стекол нельзя применять в качестве красителя CdS в связи с тем, что возможно образование PbS, окрашивающего стекло в черный цвет. Вводят CdS в стекло в конце варки стекломассы, так как при высокой температуре и продолжительном времени сернистый кадмий переходит в оксид кадмия, который не вызывает окраски стекла.

Оксиды редкоземельных элементов за последние годы также  начали применять в качестве красителей при производстве изделий из стекла. Окислы редкоземельных элементов, используемые в производстве сортовых стекол: окись церия СеO2 (окрашивает стекло в золотисто-желтый цвет); Совместное применение диоксида церия с диоксидом титана придает стеклу чистую золотисто-желтую окраску (вводят оксид церия в стекло через концентраты редкоземельных элементов, которые снижают себестоимость изделий), окись празеодима Pr2O3; (придает стеклу зелено-золотистый цвет); окись неодима Nd2O3 (пурпурно-красный цвет), оксид эрбия Er2O3 — красивый розовый цвет. Оксиды редкоземельных элементов являются слабыми красителями, однако стекла, окрашенные ими, характеризуются высокой прозрачностью, чистотой цвета, оригинальными оттенками, что способствовало их широкому применению. 

Коллоидные  красители. 

Коллоидные красители  вызывают образование в массе стекла взвешенных коллоидально-дисперсных частиц металлов или их соединений. Цвет стекла зависит от природы и концентрации коллоидных красителей, состава стекла и размеров взвешенных частиц. Получение окраски стекла возможно лишь путем вторичного нагревания изделий, при котором частицы увеличиваются до нужных размеров. Термообработку изделий проводят при определенном температурном и временном режимах и называют «наводкой».

Коллоидными красителями  являются соединения золота, серебра, сурьмы, закисная медь, селен и др.

Соединения селена окрашивают стекло в красный и  розовый цвет. Обычно используют металлический  селен и селенистокислый натрий Na2SeO3. Интенсивность окраски стекол в основном зависит от количества содержащегося

в них селена, а так как селен при варке склонён выгорать, то и цвет стекол часто меняется. Красные стекла, окрашенные селеном, называют селеновым рубином.

Соединения золота, придают стеклу цвет от нежно-розового до темно-красного (золотой рубин). Соединения золота окрашивают стекло в красные цвета - от розового до пурпурного (золотой рубин). Особенно чистые цвета получаются после наводки стекол с содержанием РbО от 25 до 50 %. В качестве красителя используют 10 %-ный (по массе) водный раствор хлорного золота AuCl3, содержащее 4,96% чистого золота. Розовую окраску стекла получают уже при введении 0,01% металлического золота, а для получения золотого рубина необходимо ввести 0,02% золота. Стекло, окрашенное золотом, относится к наиболее красивым и благородным и применяется при производстве высокохудожественных изделий.

Соединения серебра (0,05-0,1%) придают стеклу золотисто-желтый цвет. В качестве красителей обычно применяют 10 %-ный (по массе) раствор  нитрата серебра AgNO3. После вторичного нагрева образуется в массе стекла металлическое серебро. Растворимость серебра в стекле низкая и поэтому требуется длительное выдерживание при высоких температурах. Улучшение окраски стекла достигается при добавлении диоксида олова SnO2. В отдельных случаях изделия из стекла окрашивают только с поверхности (так называемые серебряные протравы) с помощью специальной пасты из смеси глины, охры и хлорида серебра AgCl c75,25%Ag.

Соединение меди Cu2O обладает большой красящей способностью и образует в стекле коллоидный раствор  частиц металлической меди, которые  в интервале температур 580 ... 700 С после наводки придают стеклу темно-красный цвет (медный рубин). Медь является одним из древних красителей стекла и ее растворимость значительно выше золота и серебра. Вводят Cu2O в количестве 1 ... 3 % от массы шихты в виде порошка коричневого цвета. Кроме того, при варке медного рубина следует вводить в качестве восстановителей в состав шихты виннокаменную соль калия KHC4H4O6 и закись олова SnO. Обычно для варки медного рубина используют натриевые стекла. При содержании меди в стекле 0,8 ... 1,8 % по массе получают интенсивное окрашивание хрустальных стекол, которые используют для выработки накладных стекол с толщиной окрашенного слоя в несколько десятых долей миллиметра.

Элементарный  селен Se при использовании вместе с солями кадмия и серой окрашивает стекло в ярко-красный цвет (селеновый рубин). Для этого вводят (по массе) 0,3 ... 0,8 % Se, 1 ... 1,45 % карбоната CdCO3 и 0,5 ... 1 % S (по массе сверх основного состава стекла). При варке селенорубиновых стекол выбирают составы, содержащие 4 ... 18 % оксида цинка, который способствует получению более интенсивной окраски стекла. Потеря селена вследствие улетучивания достигает 70 ... 80 % вводимого количества.

Соединения сурьмы Sb2O3 и Sb2O5 вводят в состав стекла для  получения сурьмяного рубина, который по степени окрашивания занимает промежуточное положение между селеновым и медным рубинами. Наилучший результат получают при одновременном введении серы и угля. Используют при варке рубина также и сернистые соединения сурьмы, например Sb2S3 — порошок черного цвета. Сурьмяный рубин имеет более интенсивный цветовой оттенок и поэтому его целесообразно использовать при выработке накладных хрустальных стекол. 

Глушители.

 Глушители  вводят в стекломассу для   придания стеклу светорассеивающих свойств. Глушеные стекла используют в светотехнике (стеклянные лампы, колпаки, абажуры). В качестве глушителей используют соединения фтора и фосфора.

Соединения фтора: криолит Na3AlF6 — двойная фтористая  соль натрия и алюминия; кремнефтористый  натрий Na2SiF6 — продукт производства суперфосфата; фтористый кальций CaF2, встречаемый в природе в виде плавикового шпата.

Соединения фосфора: фосфорнокислая соль кальция Са3(РO4)2; кислый фосфорнокислый кальций СаНРO4·2H2O; кислая фосфорнонатриевая соль NaHPO4·12H2O.

Глушители стекла придают стеклам свойства рассеивать свет и казаться непрозрачными (тушеными). При введении в стекломассу они  образуют соединения, которые выделяются при охлаждении расплава в виде капель и частиц величиной около 1 мкм. Глушение стекла происходит при выработке изделий или при их термической обработке (наводке).

Наиболее широко используют в качестве глушителей соединения фтора и фосфора. Начинается глушение стекла при содержании 2 ... 3 % F и достигает  насыщенного глушения при 4 ... 5 %. Фторсодержащими глушителями являются кремнефтористый натрий Na2SiF6 и криолит 3NaFAlF3. Последний является отходом на заводах по производству суперфосфата и состоит из 12,8 % оксида алюминия Al2O3, 32,8 % оксида натрия Na2O и 54,4 % фтора.

Для глушения некоторых стекол используют фториды кальция (природный минерал - плавиковый шпат CaF2), магния. Вводят в состав стекла из расчета 5 ... 8 % по массе фтора сверх основного состава. Фтор при варке стекла улетучивается, что вызывает загрязнение окружающей среды. Наименьшие потери фтора при введении в состав шихты криолита. В связи с этим для глушения стекла чаще применяют соединения фосфора.

Действие фосфатов Са и Na при глушении стекол связано  с явлением несмешиваемости расплава и частичек фосфатов, которые и сообщают стеклу при охлаждении молочно-белую окраску. Вводят соединения фосфора в виде костной муки, фосфорнокислого кальция Ca3(РO4)2, кислой фосфорно-натриевой соли Na2HPO4·12H2O и апатита Ca4(CaF) ·(РO4)3. В состав костной  муки входит 80 ... 85 % Ca3 (РO4)2, 10 % CaCO3, а также небольшие включения фосфорнокислого магния Mg3(PO4)2 и фтористого кальция CaF2. Фосфорнокислый кальций содержит 32,6 % СаО, 41,23 % Р2O5 и 26,17 % H2O. Фосфорно-натриевая соль содержит 43,7 % Na2O, 49,96 % Р2O5 и 6,34 % H2O. Апатитовый концентрат содержит около 41 % Р2O5, 50 % СаО, до 3 % фтора, 6 % хлора. Соединения фосфора требуют более высоких температур варки и выработки, что вызывает некоторые технологические затруднения при производстве изделий.

В качестве глушителей используют также соединения олова  и оксид алюминия, механически  замешиваемый в подготовленную стекломассу. На степень глушения стекла оказывают  влияние размер и количество частиц в единице объема стекла, разница  показателя преломления стекла и заглушающих частиц, вид применяемых глушителей и химический состав стекла. Нередко на практике применяют комбинированное глушение фтористыми и фосфатными соединениями, что усиливает и утончает глушение опаловых стекол.

Окислители  и восстановители.

Большинство промышленных стекол варят в окислительных  условиях. Это делают в основном для перевода закисной формы железа в окисную. Вместе с тем существует группа стекол (цветные), для варки  которых требуется восстановительная  среда.

Для регулирования  этих условий варки в стекломассу вводят окислители и восстановители.

К окислителям  относятся вещества, которые при  нагревании разлагаются с выделением свободного кислорода. Это селитра, трехокись мышьяка, сульфат натрия.

В качестве восстановителей  в стеклоделии применяют углерод (вводят в стекломассу в виде кокса, антрацита или древесного угля); винный камень КНС4Н4O5 или виннокаменную кислоту Н2С4Н4О6, соединения олова в виде закиси олова SnO, двух-хлористого олова CnCl2·2H2O и оловянных опилок.