تحقیق درباره حبابزدائی از مذاب شيشه

تحقیق درباره حبابزدائی از مذاب شيشه

مقدمه:
اگر حبابهاي گازي و ذرات سيليكاتي ذوب نشده در مذاب باقيمانده باشد كيفيت محصولات شيشه افت مي‎كند. لذا هر چه عيوب ناشي از وجود حبابها در محصولات شيشه كمتر باشد، بهتر است. براي مثال حضور 6 حباب در هر تن شيشه تلويزيون موجب به هدر رفتن 10 درصد محصولات نهائي مي‎گردد و اين‎گونه عيوب در خيلي از موارد ديگر مثل شيشة اتومبيل، ساختمان، ظروف و غيره مي‎تواند اثرات خيلي زيان‎آور اقتصادي داشته باشد، لذا عمل حباب‎زدائي يكي از اساسي‎ترين كارها در صنعت توليد شيشه مي‎باشد.
حرارت در كوره‎هاي ذوب شيشه به صورت تابشي از بالاي محفظة مذاب تأمين مي‎گردد، اگر حبابها بالا بيايند و در سطح مذاب جمع شوند، تشكيل لايه‎اي كف حبابي روي سطح مذاب مي‎دهند و باعث جلوگيري از انتقال حرارت تابشي به عمق مذاب مي‎شوند و اثرات خيلي مخربي در اين حالت در راندمان انرژي، كيفيت شيشه، تويد، انتشار آلودگي موجب مي‎شوند.
طي پروسه ساخت شيشه، بچ تركيبي شيشة وارد كوره مذاب شده و در آن جا به سبب مشعلهاي حرارتي تمامي تركيبات شيشه ذوب، و در اثر جريانات كنوكسيوني عمل يكنواختي مذاب انجام مي‎گيرد. عمل ذوب مواد خام شيشه يك پروسة فيزيكوشيميائي خيلي پيچيده‎اي است كه شامل تعداد زيادي از واكنش‎هاي شيميائي و تبديلات فازي در محدودة دمائي 800 الي 1200 مي‎شود. براي مثال در تهية شيشه و ظروفي واكنش‎هاي شيميائي پايه‎اي زير در بچ حاوي سيليس، كربنات سديم و كربنات كلسيم انجام مي‎گيرد.
محدودة دماي ‎550 C
600-83C
720-900C
600-900C
گاز ‎Co2¬ در نتيجه سه واكنش فوق در اين نوع تركيب شيشه توليد مي‎شود، در مذاب نفوذ مي‎كند. كسر كوچكي از اين گاز در جوانه‎زني غيريكنواخت حبابهاي گازي درون يا زيربچ جوانه‎زني مي‎كند. برخي از اين حبابها از درون بچ عبور و به فضاي احتراق وارد مي‎شود در صورتي كه بقيه در مذاب گرفتار مي‎شوند و تحت جريانات كنوكسيوني مذاب حمل

تحقیق درباره حبابزدائی از مذاب شيشه

مي‎گردند. عوامل حبابزدا كه در واكنشهاي اكسيداسيون و احياي تعادلي در توليد يا و صرف گازها شركت مي‎كنند به منظور حذف حبابهاي نامطلوب در مذاب شيشه به تركيب افزوده مي‎گردد. سه نوع از عوامل حبابزدا مورد استفاده قرار مي‎گيرد:
1- اكسيدهاي فلزي با ظرفيتهاي متغير به منظور ايجادگاز اكسيژن: ‎Sb2O3، ‎AS2O3، ‎CeO2.
2- سولفات و سولفتيها كه مخلوطي از گاز اكسيژن و ‎So2 توليد مي‎كنند.
3- كلريد، برميد و يديدها كه در دماي تصفيه بخار مي‎شوند.
در محدودة دمائي بالا تعادل واكنشهاي شيميائي مربوط به حبابزدائي منجر به توليد گاز مي‎شود و گاز ايجادي درون شيشه مذاب به درون حبابهاي گازي موجود در مذاب نفوذ مي‎كند. گازهاي موجود در درون حبابها با گازهائي كه از اين طريق وارد حبابها مي‎شوند، مخلوط مي‎گردند كه به نوبة خود نفوذ گازها از مذاب به درون حبابهاي رشد يابنده را افزايش مي‎دهد. نفوذ گازها به درون حبابها تا زماني ادامه مي‎يابد كه حباب تا اندازه‎اي بزرگ شود كه بتواند به سطح مذاب حركت كند. در دماهاي پائين، تعادل واكنشهاي شيميائي مربوط به حبابزدائي در جهت مصرف گازها پيش مي‎رود و منجر به اين مي‎شود كه گازهاي موجود در حبابها به درون مذاب نفوذ مي‎كند. از اين‎ طريق حبابهاي كوچك كه هنوز نتوانسته‎اند به اندازه‎اي رشد كنند كه بتوانند خارج شوند، در مذاب تجزيه شده و از بين مي‎روند.
‎II. تئوري
1- مكانيسم نفوذ اكسيژن
انتقال اكسيژن از درون مذاب شيشه توسط محققين زيادي مورد مطالعه قرار گرفته است. نفوذي ماشيني ‎Seld-diffusion يا نفوذ بين نشيني ‎Inter diffusion مورد بررسي قرار مي‎گيرد. نفوذ جانشيني به اين ترتيب است كه يك يون يا يك مولكول در يك جهت در محلول توسط رابطة ‎ به پيش مي‎رود به طوري كه ‎ ميانگين مربع جابجائي عامل نفوذكننده پس از زمان ‎t مي‎باشد كه مي‎تواند به طور آزمايشي با مطالعة جايگزيني ‎O16 با ايزوتوپهاي ‎O17‎ و ‎O18 اندازه‎گيري شود. احتمالاً‌ يونهاي اكسيژن غيرپل‎زن در شبكه با يونهاي نشاندار

تحقیق درباره حبابزدائی از مذاب شيشه

(ايزوتوپها) تعويضي مي‎گردند. نفوذ بين نشيني به اين ترتيب است كه اكسيژن مولكولي يا اتمي در ساختار مذاب از طريق درز و شكاف حركت مي‎كند و به نفوذ فيزيكي يا مولكولي اكسيژن مشهور است.
‎Rund و همكارانش نفوذ اكسيژن مولكولي را مطابق زير مورد مطالعه قرار داده‎اند. اغلب اكسيدهاي فلزي با ظرفيت متغير به عنوان عامل حبابزدا به مذاب شيشه افزوده مي‎شوند: ‎ ، ‎ و ‎ . اكسيژن مولكولي از طريق واكنشهاي اكسيداسيون و احيا يونهاي با ظرفيت متغير، توليد يا مصرف مي‎شوند و شكل عمومي اين واكنشها به صورت زير نوشته مي‎شود:
(1-1)
ثابت تعادل ‎Kp براي واكنش فوق يا شرط ثابت بودن فعاليت يون اكسيژن در مذابمطابق زير نوشته مي‎شود:
(1-2)
مقدار ‎Kp بستگي به تركيب شيشه و دما ارد. مطابق قانون هندسي غلظت اكسيژن حل شده به صورت مولكولي در حالت تعادل، براي حالتي كه پيوندهاي مولكول ‎O2 شكسته نشده باشد، مطابق رابطة زير به فشار محيط ارتباط پيدا مي‎كند:
(1-3)
در اين معادله حلاليت اكسيژن مولكولي يا فيزيكي است. نسبت غلظت ناحيه‎اي اكسيژن محلول به صورت مولكولي به ضريب هنري (L)، فشار اكسيژن تعادلي در ناحية معين از مذاب را بدست مي‎دهد كه مي‎تواند توسط سنسورهاي اكسيژن تعيين گردند. حلاليت فيزيكي گازهاي نادر و نيتروژن در شيشه‎هاي سودار لايم به ترتيب ‎10-6 تا ‎10-5 مول بر مترمكعب در فشار يك پاسكال مي‎باشد و به مقدار جزئي به دما بستگي دارد.
با استفاده از دو رابطة‌ اخير، ثابت تعادل ‎Kc بر پاية غلظت نمونه‎هاي مربوطه مي‎تواند مطابق زير

تحقیق درباره حبابزدائی از مذاب شيشه

پسورد فایل: www.bazaarfile.ir

مطالعه بیشتر