مقدمه ای بر استفاده از شیشه های بازیافتی در لعاب های سرامیکی

مقدمه:

بسیاری از موادی که در شیشه های سودالایم مورد استفاده قرار می گیرند (شیشه مورد استفاده در زندگی روزمره)، همان موادی هستند که در فرمولاسیون لعاب ها، ولی البته با خصوصیات متفاوت اندکی، استفاده می شوند. در این مقاله به امکان سنجی استفاده از شیشه های بازیافتی در فرمولاسیون لعاب های مورد استفاده در صنایع سرامیک پرداخته شده است. در ابتدا دانستن اطلاعاتی مقدماتی در مورد شیمی لعاب، می تواند مفید واقع گردد:

 

لعاب و یا شیشه از چه موادی تهیه می شود؟

مواد موجود در شیشه های سودالایم متغیر است و همیشه مقادیری رنگدانه و مواد دیگر، در آن بسته به نوع [محصول تولیدی] کارخانه و [شدت رنگ مورد نیاز]، وجود دارد اما میانگین اکسیدهای اصلی موجود در شیشه ظروف را می توانید در جدول 1 مشاهده نمایید.

وزن مولکولی

درصد بر اساس وزن

نوع اکسید

60

3/73

SiO2

62

1/14

Na2O

1/56

4/9

CaO

3/40

9/1

MgO

9/101

3/1

Al2O3

 

جدول 1- اکسیدهای اصلی تشکیل دهنده شیشه ظروف

 

امروزه در صنعت سرامیک، روشی برای سنجش و آنالیز شیمیایی مواد به وجود آمده است که امکان یا عدم امکان استفاده از مواد مختلف را به عنوان ماده اولیه لعاب بررسی می نماید. در این روش که به اصطلاح "فرمولاسیون واحد"[1] نامیده می شود از وزن مولکولی اکسیدها و درصد وزنی آنها در ترکیب شیمیایی استفاده می کند تا برآن اساس به اعداد نسبی مولی هر اکسید که در ماده اولیه وجود دارد برسد. اکسیدها به صورت RnOm نشان داده می شوند که R بیانگیر عنصر مورد نظر، n تعداد اتم های عنصر R و m تعداد اتم های اکسیژن است.

"فرمولاسیون واحد" در حقیقت روش تجزیه ای محسوب می شود، زیرا [در این روش، نوشتن فرمول] شیمیایی اکسیدها را به صورت مولکولی RO ( و هم چنین R2O) و یا ستون مواد گدازآور می نویسند. در خصوصیات فیزیکی شیشه ها مشاهده می شود عناصری که اکسید آنها در ازای یک مولکول، دارای یک مولکول اکسیژن است به عنوان مواد گدازآور شناخته می شوند که در حقیقت نقش آنها کاهش دمای ذوب شیشه است (ستون سمت چپ در جدول 2 که شامل عناصر قلیایی و قلیایی خاکی است). موادی که در ستون وسط قرار دارند به صورت R2O3 نوشته می شوند که معمولاً  Al2O3 اصلی ترین ماده این گروه محسوب می شود. این گروه شیشه سازی را کاهش داده، لعاب را سخت تر کرده و مقاومت شیمیایی لعاب را افزایش می دهد. اصلی ترین ماده ای که عمدتاً در ستون سمت راست نوشته می شوند SiO2 است که به عنوان ماده شیشه ساز و ماده پایه لعاب شناخته می شود.

RO2

R2O3

RO

SiO2       2.762

Al2O3       0.029

Na2O    0.516

 

 

CaO      0.379

 

 

MgO       0.105

جدول 2 – فرمولاسیون اکسیدی نسبی

لعاب های مورد استفاده در صنعت سرامیک می بایست در دماهای بالای کوره به صورت شیشه ای درآیند. سپس بسته به شکل ظاهری و خصوصیات مربوطه، لعاب ممکن است به صورت شیشه ای پس از فرآیند سرد کردن باقی بماند [و در حقیقت کریستالیزه نشود] و یا اینکه در برخی موارد به صورت اختیاری به صورت لعاب های کریستالی درآید. در جدول شماره 2 فرمولاسیون اکسیدی نسبی در میانگین شیشه های سودالایم آورده شده است.

با توجه به این روش، وزن مولکولی شیشه های سودالایم 226 درنظر گرفته می شود. نسبت های موجود در مواد، تعیین کننده خصوصیات دمای پخت لعاب است. به عنوان مثال برای لعابی که در 900 درجه سانتیگراد پخت می شود، انتظار می رود که نسبت سیلیکای آن 1 تا 5/1 در فرمول واحد باشد و اگر دمای پخت بالاتر در نظرگرفته شود، نسبت سیلیکا بالاتر می رود. هم چنین انتظار می رود در لعاب های با میزان دمای پخت بالاتر، نسبت آلومینای بالاتری نیز مشاهده شود. بنابراین باید درنظر گرفت که میزان فلاکس و یا گدازآور و سایر موارد در لعاب متغیر بوده و وابسته به دمای پخت است و برای حصول به لعابی مناسب مواد دیگری نیز به لعاب اضافه گردد.

به علاوه ضریب انبساط حرارتی بدنه و لعاب نیز می بایست هماهنگ باشد تا بتوان از لعاب به عنوان پوشش بدنه استفاده نمود. در صورت استفاده از شیشه در صنعت لعاب، شیشه ها می بایست آنقدر ریز دانه و ساییده شوند تا در مخلوط لعاب، بتوانند به علت واکنش پذیری بالا، به خوبی ذوب شده و مورد استفاده قرار بگیرد.

نکته دیگری که استفاده از شیشه های بازیافتی برای ما به ارمغان می آورد این است که استفاده از شیشه های بازیافتی علاوه بر اینکه به پالایش محیط زیست و از بین بردن آلودگی کمک می نماید، نه تنها قیمت تمام شده لعاب را بالا نمی برد، بلکه آن را کاهش نیز می دهد. در نتیجه استفاده از این نوع شیشه ها در صنعت لعاب به عنوان یک ماده کمکی [و نه اصلی] می تواند مفید باشد.

فیروز رضائی ; ۸:٤۳ ‎ق.ظ ; ۱۳٩۱/٢/٢۳