|
Полировку стекла производят или
свободными порошками в виде суспензий или связанными порошками, образованными
склеиванием кристаллических частиц полировочного порошка соответствующими
органическими связующими средствами. Эффективным компонентом в обоих случаях
является тонкая фракция полировочного порошка.
Полировочные порошки. В некоторых случаях применяются полировальные
порошки природного происхождения, однако большая ча'сть стекол полируется
синтетическими полировочными материалами. Из п р и р о д п ы х полировочных
материалов применяются пемза и трепел.
Из группы синтетических полировочных материалов известны в
основном полировочный крокус, черные полировочные порошки на основе окиси
церия, циркония и тория. Значительно реже применяется окись хрома, олова и
цинка.
Полировочный крокус представляет собой тонкодисперсный
порошок безводной окиси железа (Нс203), кристаллизующийся в гексагональной
системе в виде а-модифнкации {гематит). В настоящее время наибольшее
распространение имеют три способа приготовления крокуса: из железного
купороса (Fe2S04 7Н20), углекислого железа (FeCOs) и щавелевокислого железа
(ИегСгО^).
Очень распространено производство крокуса термическим
разложением железного купороса. При этом происходит постепенное обезвоживание
железного купороса (FeS04-7НцО}( который при температуре 57° С теряет три
молекулы воды, а при 70 -90° С — еще три: FeSO, - 7 Н30 57 ,с ' FeS04 - 4
Н20— - - FeS04 • Н20.
Серый «гигроскопический моногидрат (FeSO^ Н20)
представляет собой тонкозернистый порошок, который при обжиге окисляется и
постепенно переходит в Fe2CS04)3Н20; это соединение прокаливают при
температуре 260—310° С. Образуется безводный сульфат железа re2(S04)3,
который обжигают при температуре свыше 720°С, в результате чего он
разлагается по формуле Fe2(SO,),->FeA I 3SO,
Образуется окись железа и серный ангидрид (S03). Окись железа
образуется уже при температуре ниже 500° С, когда сульфат железа разлагается
с образованием окиси и закиси: 2 FeS04 + SO, -!- S03.
Кубическая модификации *у=Ре20з, образующаяся при более
низких температурах, переходит при 550° С в гексагональную - а -^ Fe^Oa.
Железный купорос (FcSO< - 71ТмО) просеивают через
вибрационные сита, па которых отделяются грубые примеси н очень мелкие
частицы, содержащие наибольшее количество абразивных зерен песка, а также
другие неоднородные частицы.
Кристаллы железного купороса, оставшиеся и а тонком сите,
поступают в сушильный барабан, при этом образуется моногидрат (FeS04 НйО).
Высушенный продукт размалывается в вальцевой мельнице и поступает во
вращающуюся печь, где обжигается в течение 30 мин при температуре 710—750° С.
Обожженная красная окись железа содержит определенную часть ггеразложившихся
сульфатов и образует агломераты, которые тщательно промывают горячен водой;
прн этом нз крокуса удаляются ноны сульфата до определенного минимального
содержания. После декантации крокус просеивают через сито 1900 отв/см2,
высушивают и в таком виде снова размалывают. Окись железа, полученная этим
способом, является полировочным 'порошком, применяемым в основном для
полировки листового зеркального стекла и дешевых сортов оптического стекла.
Тяк называемый содовый красный крокус приготовляется
смешиванием эквивалентных растворов железного купороса и соды. Полученный
осадок состоит из углекислого железа (FeC03) п частично из основных солей
двухвалентного п трехвалентного железа. Окисляющим обжигом осадка при 750° С
получается окись железа (Fe203) по формуле
4 FeCOa | Ofl >2FeB03 1 4СО,
Окись железа размалывается, промывается и высушивается гак
же, как и крокус из сульфата. Подобным способом — обжигом осадка
щавелевокислого железа (FcC^O* - 2Н20) н окисли- гельиой среде — приготовляют
высококачественный щавелевокислый красный крокус.
Обжигом желтого Моногидрата (FeOOH) при оптимальной
температуре 600 650° С получают окись железа, кристаллы которой имеют форму
хорошо развитых шестигранных призм. Исходный моногидрат получают путем
окисления металлического железа в растворе сульфата железа. Окисление
производится воздухом или раствором хлорноватокислого калия (КС103). Исходным
сырьем служат железные или стальные опилки. Окись железа, приготовленная этим
способом, имеет ярко-красный цвет, и ее полирующие способности очень пысоки.
Та кой крокус под названием «крокус С» производят в Чехословакии на Моравском
химическом заводе.
При производстве серной кислоты из пиритов выпадает крас-
IIый порошок, осаждающийся на электрофильтрах Котреля. Этот порошок из
колчеданных огарков содержит более 50% Fc203, около 50% сульфатов FeS04,
FcsfSOfb и нерастворимых примесей. Для приготовления полировочпого крокуса из
этого порошка необходимо удалить тщательной промывкой или обжигом растворимые
сульфаты. Полученный полуфабрикат размалывают, снова промывают и просеивают
через тонкое сито.
Полировочный черный крокус представляет по существу смесь
магнитной окиси железа-Fe304 и гидрата u-FeOOH. Он имеет черный цвет, иногда
с коричневым или зеленоватым оттенком; размер erf] частицы приблизительно
равен размеру частиц красного крокуса или немного больше их. Наибольшие
зерна, достигающие 40 мк, представляют собой комочки, которые меньше
первичных кристалликов.
Полировочный черный крокус получают как продукт окисления
в производстве анилина при восстановлении нитробензола железными опилками.
В реактсфе смешивают разбавленную соляную кислоту,
нитробензол и тонкие железные опилки. При непрерывном размешивании происходит
реакция восстановления, при которой нитробензол восстанавливается до анилина,
а элементарное железо получается в виде окиси. Экзотермическая реакция
протекает с выделением теплоты, ускоряющей реакцию, заканчивающуюся при
образовании бесцветного дестилата анилина. Б этом случае анилиновое масло из
реактора отсасывается, и остающийся водный отстой, содержащий частицы анилина
и окиси железа, под давлением перегоняется. После отгонки анилина улавливают
грубые компоненты, в частности непрореагировавшее железо, песок и графит.
Мокрая классификация продолжается в башне; отмученный черный порошок
просеивается на вибрационном сите в сосуд для осаждения. После промывки и
декантации суспензия перекачивается насосом в фильтр-пресс. Обезвоженный
черный порошок просушивается в сушилке на открытых противнях при температуре
90—110иС и размалывается в шаровой мельнице в тонкий порошок, который
собирается в бункер готовой продукции.
Крупнозернистый полирующий черный крокус с небольшим
содержанием графита применяется в качестве заполнителя при изготовлении
связанных полировальников и для полировочных ппет; тонкие фракции могут быть
использованы как сгюбодгплй полировочный материал,
В настоящее время все больше применяются полировочные
материалы, наготовленные на основе редких земель,— окиси ц е [1 и я и его
смесей.
Главным сырьем для производства окиси редких земель
является минерал моназит—по существу фосфат редких земель и тория. Его
получают различными способами сепарации из мопазитового песка, встречающегося
о основном в Индии, Южной Америке, Китае, Южной Африке и Австралии.
Обогащенное моназитовое сырье размалывается в мелкую крошку, которая
нагревается при непрерывном перемешивании с тройным количеством
концентрированной серной кислоты. Тем самым фосфаты редких земель и тория
переходят в сульфаты, которые можно экстрагировать водой. Торий выделяется
после добавки пирофосфата натрия в виде нерастворимого фосфата или основной
соли, выделенной щелочью. Из раствора сульфата, оставшегося после сепарации
тория, осаждаются редкие земли, которые отфильтровывают и обжигают для
получения смеси редких земель, содержащих, кроме окиси церия (Се02). окнеи
празеодима, неодима и лантана.
Получение чистой окиси церия производится путем окислегши
растворимой соли трехвалетгпюго церия кислым раствором персульфата аммония
или электролитическим способом. Образовавшиеся соединения иерин можно
выделить в виде нераствори- мой основной соли из смеси остальных редких
земель; путем обжига щелочной соли (Се1-) можно получить чистую окись СеОу.
Полировочный -порошок, содержащий, кроме СеОг, также
окислы трехвалентных редких земель, имеет коричневую окраску. Абсолютно
химически чистый Се02 имеет белый или желтый цвет; следы остальных редких
земель окрашивают его также в коричневый цвет.
Описанный к и с л ы й способ получения окисей редких
земель достаточно распространен, однако в некоторых странах более широко
применяется щелочной способ.
Под воздействием горячего водного раствора едкого натрия
моназит с фосфатами редких земель и тория переходит в нерастворимые
гидроокиси и одновременно образуется раствор фосфата натрия. В соляной
кислоте при определенном значении рН растворяются только хлориды редких
земель, тогда как гидроокись тория остается в виде осадка. Раствор хлоридов
редких земель является важным промежуточным продуктом в производстве цериевых
полировочных порошков; из него можно приготовить окись церия с содержанием
приблизительно 90% Се02 или смеси редких земель, содержащих около 45% СеОа-
При осторожном прибавлении хлора и едкого натрия при определенном рН
происходит окисление трехвалентного церия и образуется гидрат, в основном
гидроокись церия, осадок которого МОЖНО отделить от растворимых хлоридов
остальных редких земель. Полученная гидроокись церия имеет
микрокристаллическую структуру и при обжиге очень легко переходит в окись
церия, содержащую около 00% Се02.
При осаждении хлористого растгюра углекислого натрия
получают карбонаты редких земель, которые при обжиге разлагаются; при этом
образуется смесь окисей редких земель, содержащая почти 45% окиси церия и 55%
окиси лантана, неодима и празеодима. Эта смесь может быть изготовлена также
гидр оксидным или аммиачным осаждением гидроокиси редких земель и последующим
кальцинированием.
Американская фирма Vitro Chemical Со щелочным способом
приготовляет полировочный материал «Витрокс С», содержащий около 90% Се02 и
полировочпьгй -порошок «Витрокс R» с 45% Се02. Витрокс С обжигается при
температуре 1040—1090° С, оптимальная температура обжига для «Витрокс R»
составляет 980° С. Советский полировочный порошок «Полирит» содержит от 40 до
50% С с Оу, остаток составляют окиси других редких земель. Этот порошок
получают обычно по карбонатному способу из концентратов лопаритовых и
апатитовых руд; ввиду его высокой стоимости о и применяется только для
полировки оптического стекла.
В Чехословакии полировочные материалы на основе окиси
церия производятся на предприятии Spolana, Kaznejov. Высокопроцентная окись
церия приготовляется путем обжига щавелевокислого церия при температурах от
880 до 920л С. Образовавшийся Се02 обрабатывается двумя способами. Так
называемая прокаленная окись после о б жига очень быстро охлаждается, тогда
как обычный сорт оставляют для медленного охлаждения. Остывшая окись затем
просеивается через сито с 6400 ячейками на 1 см2. Полировочный порошок с
содержанием около 45% Се02 называется «Церка». Его производство соответствует
производству подобных порошков за границей.
Прекрасными полирующими качествами обладает окись тория
'ГЮй, которую приготовляют путем обжига гидроокиси тория Th(OH)4 или оксалата
тория Th(C504}2КНуО, образую- шнхся npir обработке моназитового песка. В
настоящее время окись торгш применяется для полировки стекла в очень
ограниченной степени, так как большая часть продукции используется другими
отраслями промышленности.
Хорошем полировочным материалом является также окись
циркония (ZrOa). Fe приготовляют в большинстве случаев из минерала 'циркония,
который по своему химическому составу является силикатом циркония (ZrSlO^).
Экстракцией в кипящей соляной кислоте выделяются примеси, и очищенный силикат
импаривапием с концентрированной серной кислотой или путем сплавления со
щелочами превращается п сульфат циркония. Гидроокись циркония, осажденная из
растнора сульфата, превращается при обжиге в окись Zr02.
Другой производственный процесс основан на восстановлении
минерального силиката ZrSi04 углеродом; при этом в печи образуется карбид
циркония или кианонитрид циркония, который в результате сжигания на воздухе
переходит в Zr02. Очень чистая окись циркония может быть получена обжигом
органических солей четырехвалентного циркония.
Полирующая окись циркония (Zr02) обычного приготовления
обжигается при температуре 1300° С, затем дробится и классифицируется
гидравлическим способом. Это белый порошок, который может содержать до Si02 и
до 0,06% SiC; он кристаллизуется обычно в моноклинную систему, а при
температуре 1000" С переходит в тетрагональную систему; тверда УСТЬ его
по В1КАЛЕ Мооса равна 6,5.
В США выдан патент на способ обработки минерального
циркония (ZrSi04> для полировки стекла. Исходный материал размалывают на
шаровой мельнице и затем классифицируют мокрым способом с прибавлением
диспергирующих добавок. Для полировки оптического стекла выделяется фракция с
содержанием 90% зерен меньше Й мк н с максимальной величиной зерен 5 мк. К
водной суспензии тонкого порошка прибавляют небольшое количество сульфата
кадмия, железа или цинка и те™ самым устанавливают рН суспензии п пределах G-
7. Отфильтрованный или центрофугирооапный порошок высушивают; после
повторного размола его можно применять для полировки оптического стекла.
Второй американский патент относится к -приготовлению
кубической модификации Zr02 при обычных температурах, которая переходит в
моноклинную систему только после длительного нагревания при 1200° С и
последующего охлаждения до комнатной температуры. Исходное соединение
представляет собой тонко размолотый силикат ZrSi04; соответствующей
обработкой получают Zr02 с кубической решеткой, стабилизованной Si02. Этот
препарат обладает исключительными полировальными качествами.
Окись хрома (Сг2Оэ) представляет собой зеленый порошок,
который сравнительно мало применяют для полировки стекла. Его приготовляют
восстановлением бихромата калия или аммония серой по уравнению КАЛ + S ^
CraOs + K*S04. С17)
В отдельных случаях полировка производится окисыо олова
или цинка. Окись олова (Sn02) получают путем сжигания нагретого олова в
воздухе так же, как и окись цинка (ZnO), которая образуется как продукт
сжигания металлического цунка.
Связанные полировочные материалы. Связыванием
кристаллических частичек полировочного порошка можно приготовить
полировальник со связанным полпровочным материалом. Самой простои формой
такого материала является полировочное полотно. Его приготовляют путем
смешивания эфирного раствора некоторых натуральных смол с определенным
количеством полировочного порошка; эта суспензия наносится на резиновое
основание и просушивается. После испарения растворителя остается слой
связанного полировочного порошка, на котором при непрерывной подаче воды
можно полировать.
Из смеси полировочного порошка и некоторых синтетических
смол приготовляют большие полировальники штамповкой или литьем в формы. В
качестве связующего вещества используют фенолформальдегидные,
мочсвиноформальдегидные, фуралопые, эпоксидные или полиэфирные смолы, причем
пористость и твердость полировальников регулируют соответствующими добавками
и производственными параметрами. Твердые полировальники и полировочное
полотно на резиновом основании применяют в основном для полировки ювелирных
изделий.
|