QUY TRÌNH SẢN XUẤT THỦY TINH

Vì thủy tinh là một vật liệu cứng và trơ nên nó là một vật liệu rất có ích. Rất nhiều đồ dùng trong gia đình làm từ thủy tinh. Cốc, chén, bát, đĩa, chai, lọ v.v có thể được làm từ thủy tinh, cũng như bóng đèn, gương, ống thu hình của màn hình máy tính và tivi, cửa sổ, ống kính máy ảnh, ống kính thiên văn... Trong phòng thí nghiệm để làm các thí nghiệm trong hóa học, sinh học, vật lý và nhiều lĩnh vực khác, người ta sử dụng bình thót cổ, ống thử, lăng kính và nhiều dụng cụ thiết bị khác được làm từ thủy tinh. Thủy tinh hữu cơ (plexiglas): chất dẻo, bền, cứng, không bị vỡ khi va chạm. Thủy tinh vô cơ: nguyên liệu chính để sản xuất thủy tinh vô cơ là cát silica (cát thạch anh), ngoài ra còn bổ sung thêm một số thành phần khác tạo nên sự khác biệt của các loại thủy tinh. Phụ gia thay đổi màu sắc

QUY TRÌNH SẢN XUẤT THỦY TINH

GVHD: NGUYỄN THÁI THANH TRÚC

1

• Silicat là Silic dioxide (SiO2) có trong dạng đa tinh thể như cát và cũng là thành phần hóa học của thạch anh Silicát có điểm nóng chảy khoảng

2.000 °C (3.632 °F), vì thế có hai hợp chất thông thường hay được bổ sung vào cát trong công nghệ nấu thủy tinh nhằm giảm nhiệt độ nóng chảy của

nó xuống khoảng 1000 °C Một trong số đó là sô đa (Natri cacbonat Na2CO3), hay bồ tạt (tức cacbonat kali K2CO3) Tuy nhiên, sô đa làm cho thủy tinh bị hòa tan trong nước là điều không mong muốn, vì thế người ta cho thêm vôi sống (CaO) là hợp chất bổ sung để phục hồi tính không hòa tan

3

Lịch sử của thủy tinh

Hình ảnh thổi thủy tinh thế kỷ 9

4

 Các loại thủy tinh có nguồn gốc tự nhiên, gọi là các loại đá vỏ chai, đã được sử dụng từ thời đại đồ đá Chúng được tạo ra trong tự nhiên từ các dung nham (magma) núi lửa Người nguyên thủy dùng đá vỏ chai để làm các con dao cực sắc.

 Việc sản xuất thủy tinh lần đầu tiên hiện còn lưu được chứng tích là ở Ai Cập khoảng năm 2000 trước công nguyên, khi đó thủy tinh được sử dụng như là men màu cho nghề gốm và các mặt hàng khác

 Trong thế kỷ 1 trước công Nguyên kỹ thuật thổi thủy tinh đã phát triển và những thứ trước kia là hiếm và có giá trị đã trở thành bình thường

Đá vỏ chai5

 Trong thời kỳ đế quốc La Mã/Đế chế La Mã rất nhiều loại hình thủy tinh đã được tạo ra, chủ yếu là các loại bình và chai lọ Thủy tinh khi đó có màu xanh lá cây vì tạp chất sắt có trong cát được sử dụng để sản xuất nó Thủy tinh ngày nay nói chung có màu hơi ánh xanh lá cây, sinh ra cũng bởi các tạp chất như vậy.

6

Ứng dụng vai trò của thủy tinh

7

 Ngày nay thủy tinh là một trong những vật liệu quan trọng nhất Vậy mà cách đây trên 150 năm nó được sản xuất chỉ dưới dạng những vật dụng thông thường (tuy nó được con người biết đến khoảng 5-6 nghìn năm trước )

8

 Trong các ngành kỹ thuật thủy tinh được sử dụng rất ít, không đáng kể.

 Trong lĩnh vực quang học chỉ là mở đầu Cùng với sự phát triển của thiên văn học, sinh vật học, động vật học, thực vật học, y học

…Công nghệ thủy tinh phát triển đảm bảo cung cấp các chi tiết quang học phức tạp,

 Các thiết bị chứa đựng rẻ, thực tế và vệ sinh Việc phát minh ra bóng đèn đã bắt đầu sự phát triển mạnh mẽ của ngành kỹ thuật điện chân không, ngành mà nếu thiếu thủy tinh không hiểu sẽ như thế nào

9

 Ngoài bóng đèn còn có các loại đèn ống, bình cho ngành điện tử, màn hình tivi, máy vi tính…

 Thủy tinh được sử dụng rộng khắp trong sản xuất kính lọc, kính hấp thụ hoặc cho qua các bức xạ cứng, đèn tín hiệu, thiết bị quang học… Sự phát triển kỹ thuật rơngen, vật lí hạt nhân đòi hỏi phải có loại thủy tinh hoặc cho qua hoặc hấp thụ tia rơngen, tia neutron…

10

 Vì thủy tinh là một vật liệu cứng và trơ nên nó là một vật liệu rất có ích Rất nhiều đồ dùng trong gia đình làm từ thủy tinh Cốc, chén, bát, đĩa, chai, lọ v.v có thể được làm từ thủy tinh, cũng như bóng đèn, gương, ống thu hình của màn hình máy tính và tivi, cửa sổ, ống kính máy ảnh, ống kính thiên văn Trong phòng thí nghiệm để làm các thí nghiệm trong hóa học, sinh học, vật lý và nhiều lĩnh vực khác, người ta sử dụng bình thót cổ, ống thử, lăng kính và nhiều dụng cụ thiết bị khác được làm từ thủy tinh.

Vật dụng trang trí

từ thủy tinh

11

Phân loại thủy tinh

Việc phân loại thủy tinh có thể chia làm 2 nhóm chính:

 Thủy tinh hữu cơ (plexiglas): chất dẻo, bền, cứng, không bị vỡ khi va chạm

 Thủy tinh vô cơ: nguyên liệu chính để sản xuất thủy tinh vô cơ là cát silica (cát thạch anh),

ngoài ra còn bổ sung thêm một số thành phần khác tạo nên sự khác biệt của các loại thủy

tinh Tùy theo thành phần hóa học mà thủy tinh vô cơ được chia làm 5 loại chính:

 Thủy tinh đơn nguyên tử;

 Thủy tinh oxit

 Thủy tinh halogen

 Thủy tinh khancon

 Thủy tinh hỗn hợp

Nhà thờ hình chiếc giày đc xây bằng 320 tấm kính cường lực ở bờ biển Tây Nam Đài Loan

12

 Nguyên liệu chính: nguyên liệu khoáng và một số sản phẩm công nghiệp như cát thạch anh, voda, đôlômít, đá, mưng thạch, suniat natri Ngoài ra, hiện nay người ta bắt đầu sử dụng rộng rãi thải phẩm công nghiệp: xỉ luyện kim, vật liệu chứa thạch anh, mảnh thủy tinh Nguyên liệu khoáng thưởng chứa nhiều tạp chất và thành phần không ổn định Nguyên liệu ban đầu được qua xử lý như rửa, chà xát, sấy khô, phân loại theo kích thước và phân li điện từ Nguyên liệu như cát phải sạch và không lẫn sắt, để thủy tinh trong hơn, vì sắt lẫn trong cát làm cho thủy tinh có màu xanh lục Nếu không thể tìm thấy cát không có lẫn sắt, người thợ có thể điều chỉnh hiệu ứng màu sắc của thủy tinh bằng việc bổ sung thêm hóa chất Mg2O.

 Nguyên vật liệu phụ: gồm (chất làm trong, chất khử, chất tạo màu…) có tác dụng rút ngắn qua trình nấu và tạo cho thủy tinh có tính chất yêu cầu.

 Bổ sung soda () làm hạ thấp nhiệt độ xuống mức cần thiết để chế tạo thủy tinh Tuy nhiên, chất này khiến thủy tinh có thể bị thấm nước Vì vậy, CaO hoặc vôi sống được bổ sung vào

để khắc phục nhược điểm đó.Thông thường, các chất phụ gia này chiếm tối đa khoảng 26% đến 30% hợp chất thủy tinh.

 Đối với thủy tinh dùng để trang trí, hợp chất bổ sung thêm là PbO , tạo sự lấp lánh cho thủy tinh pha lê, đồng thời tạo độ mềm dẻo giúp dễ dàng cắt gọt và hạ thấp mức nhiệt nóng chảy Đối với thủy tinh dùng làm mắt kính, người sử dụng thường bổ sung thêm Lantan Oxide (La2O3) , vì nó có tính khúc xạ và sắt có trong hợp chất này giúp hấp thụ nhiệt.

  

Nguyên Liệu

13

MỘT SỐ SẢN PHẨM THỦY TINH KHÁC NHAU DỰA TRÊN PHỤ GIA

A Phụ gia thay đổi cấu trúc, tính chất vật lý và hóa học

B Phụ gia thay đổi màu sắc

14

A Phụ gia thay đổi cấu trúc, tính chất vật lý và hóa học

1 Thạch anh Fused quartz

 Thạch anh, còn được gọi là thủy tinh trong suốt silica hay Silic dioxit (SiO2) ở dạng khoáng hoặc thủy tinh (các phân tử của nó chuyển động hỗn loạn

và ngẫu nhiên, không có cấu trúc tinh thể) Nó có sự giãn nở nhiệt rất thấp, rất cứng và nhiệt độ nóng chảy cao (1000-1500 ° C) Các tính chất quang học và nhiệt độ nóng chảy cao hơn các loại thủy tinh khác do độ tinh khiết của nó Vì những lý do này, nó được sử dụng trong chế tạo chất bán dẫn và thiết bị phòng thí nghiệm Nó có khả năng truyền tia cực tím tốt hơn hầu hết các loại kính khác, và được sử dụng để tạo ra các ống kính và các vật liệu quang học khác cho máy quang phổ cực tím

15

16

2 Kính Soda-lime-silica

 Kính Soda-lime-silica, kính cửa sổ:

Silic + Natri oxit (Na2O) + vôi (CaO) + Magiê oxit (MgO) + Alumina (Al2O3)

Nó có sự giãn nở nhiệt cao và chịu nhiệt kém (500-600 ° C) Là loại thủy tinh phổ biến nhất, được sử dụng cho kính cửa sổ và hộp đựng kính (bình

và lọ) cho đồ uống, thực phẩm và một số mặt hàng Kính Soda-lime-silica, chiếm khoảng 90% thủy tinh chế tạo trên thế giới

19

3 Thủy tinh Sodium borosilicate

 Thủy tinh borosilicat natri : silica + boron trioxit (B2O3) + soda (Na2O) + alumina (Al2O3) Giữ nhiệt giãn nở tốt hơn kính cửa sổ Được sử dụng cho các loại thủy tinh hóa học, nấu nướng thủy tinh, đèn cho xe hơi, vv Kính Borosilicate (ví dụ Pyrex, Duran) có thành phần cấu tạo chính silica và boron triôxit chúng có hệ

số giãn nở nhiệt thấp (CTE là 3,25 × 10-6 / ° C so với khoảng 9 × 10-6 / ° C đối với thủy tinh soda-lime điển hình ), làm cho chúng ổn định hơn về kích thước.Hệ

số giãn nở nhiệt thấp hơn (CTE) cũng làm cho chúng ít chịu ảnh hưởng do sự giãn nở nhiệt, do đó dễ bị nứt vì sốc nhiệt Chúng thường được sử dụng cho chai thuốc thử, các bộ phận quang học và đồ gia dụng

20

4.Thủy tinh Lead-oxide (kính oxit chì)

 Thủy tinh oxit chì, thường được gọi là “Pha lê", : silic + chì oxit (PbO) + kali oxit (K2O) + soda (Na2O) + oxit kẽm (ZnO) + alumina (Al2O3) Ôxít chì được thêm vào thủy tinh nóng chảy làm cho thủy tinh có chiết suất cao hơn và như vậy độ tán sắc ánh sáng cũng cao hơn so với thủy tinh thông thường, nghĩa là trông nó lấp lánh hơn Sự có mặt của chì cũng làm cho thủy tinh mềm và dễ cắt hơn Pha lê là các mặt hàng được sản xuất từ thủy tinh chứa chì này Thủy tinh pha lê thường chứa từ 12-28% chì, nhưng có thể chứa tới 33% chì Tại hàm lượng này nó tạo ra độ lấp lánh cao nhất Hàm lượng chì cao hơn làm cho thủy tinh khó tạo ra các tính chất của pha lê khi thổi Việc pha thêm ôxít bari chỉ có tác dụng làm tăng chiết suất của thủy tinh

22

23

5 Thủy tinh Aluminosilicate

 Thủy tinh Aluminosilicate:

 Silica + Alumina (15-25% AI2O3 )+ vôi + Magiê + Bari oxit (BaO) + Oxit Boric (B2O3) Được sử dụng rộng rãi cho sợi thủy tinh, được sử dụng để sản xuất các chất dẻo thủy tinh (thuyền, cần câu, vv), kính màn hình cảm ứng và kính của bóng đèn halogen

24

6 Thủy tinh Germanium oxide

 Thủy tinh Germanium oxide : alumina (Al2O3) + gecmani dioxit (GeO2) Kính vô định trong suốt , được sử dụng cho các sợi quang trong các mạng truyền thông Ánh sáng chỉ mất 5% cường độ của nó thông qua 1 km sợi thủy tinh

25

26

B.Phụ gia thay đổi màu sắc

 Chất nhuộm màu thủy tinh gồm chất nhuộm màu phân tử hoặc nhuộm màu khuếch tán

B.Phụ gia thay đổi màu sắc

 Các kim loại và ôxít kim loại được bổ sung thêm vào thủy tinh trong quá trình sản xuất nó để thay đổi màu sắc của nó Mangan có thể thêm vào với một lượng nhỏ để loại bỏ màu xanh lá cây tạo ra bởi sắt hay trong một lượng lớn hơn để cho thủy tinh có màu tím amêtít

28

 Giống như mangan, selen có thể sử dụng với một lượng nhỏ để làm bay màu của kính, hay trong một lượng lớn hơn để tạo ra màu hơi đỏ Một lượng nhỏ coban (từ 0,025 đến 0,1%) sinh ra thủy tinh màu xanh da trời

29

 Ôxít thiếc với antimoan và ôxít asen sinh ra thủy tinh màu trắng đục, lần đầu tiên đã được sử dụng ở Venezia để sản xuất đồ giả sứ.

30

 2 đến 3% của ôxít đồng sinh ra màu xanh lam Đồng kim loại nguyên chất sinh ra thủy tinh mờ có màu đỏ thẫm, nó đôi khi được sử dụng thay thế cho thủy tinh màu hồng ngọc của vàng

31

 Sự bổ sung titan sinh ra thủy tinh có màu nâu vàng

32

 Vàng kim loại trong một lượng rất nhỏ (khoảng 0,001%), sinh ra thủy tinh có màu hồng ngọc thẫm, trong khi một lượng thấp hơn sinh ra màu đỏ nhạt hơn, thông thường gọi là màu "nam việt quất" Nguyên tố urani (0,1 đến 2%) có thể thêm vào để thủy tinh có màu vàng phản quang hay màu xanh lá cây Thủy tinh urani nói chung là không nguy hiểm về phóng xạ, tuy vậy nếu nó ở dạng bột, chẳng hạn như đánh bóng bằng giấy nhám, và dạng bụi thì

nó là tác nhân gây ung thư Hợp chất của bạc(thông thường là nitrat bạc) có thể sinh ra một khoảng màu từ đỏ da cam đến vàng

 Phương thức đốt nóng và làm lạnh thủy tinh có thể có ảnh hưởng đáng kể tới màu sinh ra bởi các chất này Các chất này tham gia vào cấu trúc thủy tinh như thế nào hiện nay vẫn chưa được nghiên cứu kỹ Các loại thủy tinh màu khác vẫn thường xuyên được tìm ra

33

Q U Y T R Ì N H SẢ N X U Ấ T

T H Ủ Y T I N H

34

Nấu thủy tinh : Phương trình phản ứng:

  

35

Sơ đồ quy trình sản xuất thủy tinh

Silicat hóa

• Khử bỏ một số chất bay hơi

• Hình thành các silicat

Thủy tinh hóa

• khối thủy tinh trở nên trong

suốt, chưa đồng nhất , còn bọt khí và tạp chất

Khử bọt

• Tăng nhiệt độ làm độ nhớt

giảm để loại bọt khí và tạp chất.

• Thủy tinh đồng đều hơn

Làm đồng đều khối thủy

tinh Cô đặc và keo hóa

CÁC QUÁ TRÌNH NẤU

37

GHÉP VIDEO

39

Các loại khuyết tật

Dạng bọt khí

Thành phần phối liệu không thích hợp

Kích thước hạt không đều

Chế độ nấu thủy tinh không hợp lý

Thời gian nấu ngắn

Quy trình sản xuất chai lọ thủy tinh

40

KẾT LUẬN

thẩm mỹ và giá trị nghệ thuật, xây dựng, khoa học… vì tính ứng dụng rộng

rãi mà trong tương lai công nghệ thủy tinh sẽ còn phát triển hơn nữa.

41

CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý LẮNG

NGHE

42