Новый метод улучшения качества стекла: Пермские ученые достигли прорыва

Силикатные стекла широко применяются в различных отраслях, от лабораторного оборудования до строительства и электроники. Для повышения качества конечного продукта, такого как линзы, пробирки, стекловолокно и защитные покрытия, необходимо улучшать прозрачность и обеспечивать однородность состава стекла.

Ученые из Пермского Политехнического Университета (ПНИПУ) разработали инновационный метод, который ускоряет производство стекла с улучшенными характеристиками и снижает экологический след за счет использования технологий очистки кислых шахтных вод.

Для улучшения свойств стекла в процессе его производства важны два ключевых процесса: осветление и гомогенизация. Осветление включает удаление газовых включений и твердых примесей из расплавленного стекла, что значительно повышает его прозрачность.

Гомогенизация, с другой стороны, обеспечивает однородность расплава через перемешивание, устранение нерасплавленных частиц и выравнивание температурного поля, что приводит к равномерным физическим и оптическим свойствам.

Исследователи ПНИПУ создали смесь солей (NH4)2SO4 и Li2CO3, которая действует как непрерывный ускоритель плавки силикатных стекол в широком диапазоне температур. Эта смесь упрощает процессы осветления и гомогенизации расплава. Важной особенностью является использование осадка, полученного в результате очистки кислых шахтных вод, в производстве стекла.

Шахтные воды, которые проникают и накапливаются в шахтах и горных выработках, могут содержать кислоты, образующиеся в результате взаимодействия сульфидных минералов. Эти воды могут вызывать загрязнение окружающей среды из-за вымывания тяжелых металлов.

Доктор технических наук, заведующая кафедрой "Теплогазоснабжение, вентиляция и водоснабжение, водоотведение" ПНИПУ Ольга Ручкинова объяснила, что полученный продукт демонстрирует синергетический эффект, улучшая как минимум в два раза процессы осветления и гомогенизации стекломассы.

Этот материал изменяет состав, вязкость и повышает перемешиваемость стекломассы за счет химических реакций, ускоряя процесс плавки и снижая температуру на 20-50ºС, необходимую для завершения осветления и гомогенизации стекла.

Стекло, изготовленное с использованием этого метода, обладает повышенной проницаемостью для ультрафиолетовых лучей, стойкостью к щелочам, кислотам и растрескиванию, а также увеличенной прочностью в 1,5-2 раза.

Ученые ПНИПУ впервые предложили использовать смесь солей, полученную из отхода — кислой шахтной воды, в качестве осветляющего и гомогенизирующего материала для силикатных стекол. Этот материал может использоваться круглогодично в любом регионе в виде готового продукта, расфасованного и герметично упакованного.

Исследование было проведено в рамках программы стратегического академического лидерства "Приоритет-2030". Федеральная служба по интеллектуальной собственности одобрила выдачу патента на это изобретение.

Фото: commons. wikimedia.org/Weilickhrasou (Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license)