Стекло - [7]

Стекло можно сварить из одного песка, не прибавляя к нему никаких других веществ, но для этого нужна очень высокая температура (выше 1700°). Получение таких высоких температур в печах промышленного типа связано с большими трудностями. Обычные печи, в которых используется твердое, жидкое или газообразное топливо, для этого не годятся; приходится прибегать к электрическим печам специального устройства, эксплуатация которых обходится дорого.

Кроме того, при столь высоком нагреве сильно разрушается огнеупорный материал, из которого выложена печь и изготовлен стекловаренный сосуд. Наконец, расплавленный кварцевый песок представляет собой такую густую, вязкую массу, что из нее очень трудно удалять воздушные пузырьки и придавать изделиям нужную форму. Правда, иногда приходится мириться с этими трудностями, а также с дефектами и высокой стоимостью получаемых изделий ради одного замечательного достоинства кварцевого стекла, выражающегося в способности выдерживать любые температурные скачки. Раскаленные добела кварцевые тигли можно бросать в воду, не боясь растрескивания. Благодаря этому свойству кварцевые стаканы, тигли, чашки и трубки поистине незаменимы в лабораторной технике, что и заставляет поддерживать их производство в объеме, удовлетворяющем потребности лабораторий. Понятно, эти изделия не могут служить предметом широкого потребления.

Тугоплавкость песка, являющаяся причиной всех трудностей при попытках сварить из него стекло, может быть значительно ослаблена прибавлением некоторых веществ. Так, например, если мы примешаем к песку соду, то нам удастся сварить стекло при температуре на 200-300° более низкой. Расплав при этом получится менее вязкий, будет успешно освобождаться от пузырей и позволит с удобством формовать из него изделия вполне удовлетворительного внешнего качества. Плавка при этом может производиться в обыкновенных топливных печах, огнеупорный материал будет работать в нормальных условиях и хорошо сохраняться. Однако достигнутый успех нас удовлетворить не может, так как оказывается, что сваренное при этих условиях стекло растворимо в воде и приготовленные из него изделия быстро разрушаются на воздухе под действием атмосферной влаги. Такой материал, конечно, не может быть использован для изготовления стеклянных изделий.

Растворимое стекло находит себе широкое применение в других отраслях народного хозяйства, например в мыловаренной промышленности, в лакокрасочном деле, в текстильном и бумажном производствах, в дорожном строительстве, при проведении подземных выработок, для пропитки рыхлых грунтов с целью их уплотнения, при изготовлении крупных строительных блоков и т. д. Растворимое стекло изготовляется у нас в количестве десятков тысяч тонн ежегодно и составляет значительную отрасль химической промышленности.

Итак, мы убедились, что ни песок один, ни смесь его с содой не дают при сплавлении такого материала, который необходим для стекольной промышленности. Нужно исправить недостаток такой двухкомпонентной смеси, дающей растворимое в воде стекло. Оказывается, для этого достаточно добавить третье вещество, например известь. Действительно, если мы составим не двух-, а трехкомпонентную смесь, или, как говорят стекольщики, «шихту», состоящую из песка, соды и известняка или мела, то получим стекло, вполне нас удовлетворяющее по всем своим свойствам.

Известняк и мел — это горные породы, имеющие одинаковый химический состав, способные в ряде случаев заменять одна другую. Обе породы принадлежат к числу весьма распространенных на земле. Известковая, так называемая «бутовая», плита относится к числу самых обычных строительных материалов и используется для кладки фундаментов. Мел же представляет собой в основном скопление известковых панцирей мелких организмов. Он образует в природе мощные залежи, целые горы и широко применяется в строительном деле как материал для побелки стен и потолков.

Остановимся на явлениях, которые происходят в шихте, когда она подвергается действию высоких температур. Сода и известняк (или мел) представляют собой карбонаты, т. е. соли угольной кислоты. Под влиянием жара печи они будут диссоциировать, или распадаться, с выделенном газообразной углекислоты, которая удалится из печи вместе с продуктами горения — дымом. При этом от соды в шихте останется окись натрия, а от известняка (или мела) — окись кальция. Вот эти-то два окисла, соединившись с кремнеземом песка, и образуют стекло.

Таким образом, мы подошли к самому обычному, самому распространенному химическому составу стекла — натриево-кальциевому, который свойствен по меньшей мере девяти десятым всего выплавляемого на земном шаре стекла.

Теперь мы имели случай убедиться в справедливости высказанного выше замечания о дешевизне, легкодоступности сырых материалов стекловарения. Действительно: песок и известняк — распространеннейшие горные породы, стоимость которых на месте залегания практически равна нулю. Нужно понести некоторые затраты лишь на добычу их и доставку на завод, что не очень обременительно, так как месторождений песков и известняков в СССР множество, а стекольные заводы располагаются всегда поблизости от них.