Силикатные стекла используются в различных областях: от лабораторного оборудования до строительства и электроники. Из них производят, например, линзы, пробирки, стекловолокно, защитные покрытия и многое другое. Для улучшения качества готового продукта необходимо повышать прозрачность и достигать однородности стекломассы. Ученые Пермского Политеха разработали для этих целей новый подход. Изобретение ускоряет получение изделий из стекла, которое при этом обладает однородным составом и не имеет физических недостатков. Ко всему прочему материал получают с помощью технологии очистки кислых шахтных вод, что снижает уровень загрязнения окружающей среды.
Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030». Федеральная служба по интеллектуальной собственности уже приняла положительное решение о выдаче патента на изобретение.
Для улучшения характеристик стекла при его изготовлении существуют два важных процесса. Осветление — удаление газовых включений (пузыриков) и различных твердых примесей из расплавленной стекломассы. Это значительно повышает прозрачность. И гомогенизация, которая нужна для достижения однородности расплавленного стекла. Она включает перемешивание, устранение нерасплавленных частиц, а также выравнивание температурного поля, тем самым обеспечивает равномерные физические и оптические свойства.
Ученые Пермского Политеха получили смесь солей (NH4)2 SO4 и Li2СО3 — непрерывные ускорители варки силикатных стекол в широком диапазоне температур стеклообразования. Они упрощают процессы осветления и гомогенизации расплава. Впервые был применен осадок — продукт очистки кислых шахтных вод в области стекловарения.
Шахтные воды проникают и накапливаются в шахтах, горных выработках и других сооружениях, созданных при добыче полезных ископаемых, таких как уголь, руда и другие минералы. Они могут возникать из различных источников в процессе деятельности человека. Из-за взаимодействия сульфидных минералов в шахтах происходит образование кислых вод, что может приводить к значительному загрязнению окружающей среды. Кислая среда вызывает вымывание тяжелых металлов (например, железа, меди, свинца, цинка), которые могут нанести вред экосистемам.
— Полученный нами готовый продукт имеет эффект синергии, т.е. повышает как минимум в два раза явление осветления и гомогенизации стекломассы при совместном воздействии на процесс варки. В результате смесь — применяемый материал, который влияет на состав, изменяет вязкость и повышает перемешиваемость стекломассы за счет химических реакций. Он в целом значительно ускоряет процесс варки, а также снижает температуру на 20-50ºС, при которой завершается процесс осветления и гомогенизация стекла, — поделилась доктор технических наук, заведующий кафедрой «Теплогазоснабжение, вентиляция и водоснабжение, водоотведение» ПНИПУ Ольга Ручкинова.
У стекла, изготовленного с помощью изобретения политехников, повышена проницаемость для ультрафиолетовых лучей, стойкость к щелочам, кислотам и растрескиванию, а также увеличенная прочность в 1,5-2 раза.
Ученые Пермского Политеха впервые предложили смесь солей, которую получают в результате обработки отхода — кислой шахтной воды, в новом качестве — осветляющего и гомогенизирующего материала силикатных стекол. Полученный материал может использоваться круглогодично в любом регионе, как готовый продукт, расфасованный и герметично упакованный.