„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Elżbieta Pietrasz

Opracowywanie receptur zestawu szklarskiego
311[33].Z2.01

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1

Recenzenci:

mgr inż. Krzysztof Kubit

mgr inż. Kazimierz Lubaś

Opracowanie redakcyjne:

Elżbieta Pietrasz

Konsultacja:

mgr Czesław Nowak

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[33].Z2.01
Opracowywanie receptur zestawu szklarskiego, zawartego w modułowym programie
nauczania dla zawodu technik technologii szkła.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

3

2. Wymagania wstępne

4

3. Cele kształcenia

5

4. Materiał nauczania

6

4.1. Rachunkowa analiza zestawu szklarskiego

6

4.1.1. Materiał nauczania

6

4.1.2. Pytania sprawdzające

15

4.1.3. Ćwiczenia

16

4.1.4. Sprawdzian postępów

19

4.2. Rachunkowa synteza szkła

20

4.2.1. Materiał nauczania

20

4.2.2. Pytania sprawdzające

24

4.2.3. Ćwiczenia

24

4.2.4. Sprawdzian postępów

27

4.3. Sporządzanie zestawów szklarskich

28

4.3.1. Materiał nauczania

28

4.3.2. Pytania sprawdzające

31

4.3.3. Ćwiczenia

31

4.3.4. Sprawdzian postępów

32

5. Sprawdzian osiągnięć

33

6. Literatura

39

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o podstawowych obliczeniach

technologicznych związanych z opracowywaniem receptur, obliczaniem składu chemicznego
szkła, naważaniem surowców oraz procesach technologicznych przygotowania zestawu
szklarskiego.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane, abyś
bez problemu mógł korzystać z poradnika,

−

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

−

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,

−

zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy już opanowałeś określone treści,

−

ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian postępów,

−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi opanowanie
materiału całej jednostki modułowej,

−

literaturę obowiązującą.

Schemat układu jednostek modułowych

311[33].Z2

Technologia topienia masy szklanej

311[33].Z2.02

Dobieranie surowców

i sporządzanie zestawu szklarskiego

311[33].Z2.01

Opracowywanie receptur zestawu

szklarskiego

311[33].Z2.03

Eksploatacja pieców szklarskich

311[33].Z2.04

Topienie masy szklanej

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

określać zasady rachunku stechiometrycznego,

−

rozpoznać surowce szklarskie,

−

określać właściwości surowców szklarskich,

−

klasyfikować surowce ze względu na skład chemiczny,

−

określać przeznaczenie surowców

,

−

określać właściwości szkła,

−

określać wpływ składników szkła na jego właściwości,

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

współpracować w grupie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

określić skład chemiczny szkła na podstawie zestawu surowcowego,

−

określić skład surowcowy zestawu na podstawie składu chemicznego szkła,

−

przekształcić skład chemiczny szkła wyrażony w % wagowych na skład molowy,

−

opracować recepturę zestawu szklarskiego na podstawie wymagań określonych dla wyro-
bu,

−

określić wymagania dotyczące składu chemicznego i jakości surowców do produkcji róż-
nych rodzajów szkła,

−

wykonać obliczenia związane z naważaniem surowców do zestawu,

−

wykonać obliczenia związane z korektą składników zestawu,

−

określić warunki technologiczne sporządzania zestawu szklarskiego,

−

obliczyć ilość surowców niezbędną do sporządzenia zestawu szklarskiego przy użyciu
programu komputerowego,

−

sporządzić zapotrzebowanie zestawiarni na surowce szklarskie,

−

skorzystać z norm, poradników, dokumentacji technologicznej podczas opracowywania
receptur zestawu szklarskiego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Rachunkowa analiza zestawu szklarskiego

4.1.1. Materiał nauczania

Szkło składa się ze związków chemicznych powstających z surowców po przemianach

dokonujących się podczas topienia. Skład chemiczny szkła wyraża się umownie za pomocą
tlenków pierwiastków znajdujących się w nim i podaje w procentach masowych. Tak
wyrażony skład nazywa się procentowym wagowym składem chemicznym szkła.

W skład zestawu szklarskiego wchodzą różne surowce, stanowiące różne związki

chemiczne. Podstawowym surowcem jest piasek kwarcowy, zawierający głównie krzemionkę,
czyli dwutlenek krzemu SiO

2.

Czysta krzemionka przechodzi całkowicie do szkła. W zestawie szklarskim znajdują się

surowce które nie są tlenkami lecz solami, najczęściej węglanami, siarczanami lub azotanami.
Sole te, w wysokich temperaturach podczas topienia masy szklanej, rozkładają się (dysocjują)
przechodząc w tlenki. Wydzielające się podczas tego rozkładu gazy – tlenki węgla, siarki,
azotu – ulatniają się. Powoduje to pewne straty, nazywane stratami topienia. Projektując
zestaw trzeba każdorazowo obliczyć, jaka ilość surowca przejdzie do szkła, a jaką pochłoną
straty.

Podstawą takich obliczeń jest stechiometria. Stechiometria to dział chemii zajmujący się

obliczaniem stosunku ilościowego, w jakim reagują związki chemiczne. W obliczeniach
technologicznych korzysta się ze specjalnych tabel. W tabeli 1, zestawiono potrzebne do
obliczeń szklarskich zawartości tlenków w związkach chemicznych występujących
w najczęściej stosowanych surowcach.

W szklarskim słownictwie technicznym przyjęto, że czyste związki chemiczne określa się

nazwami chemicznymi lub symbolami chemicznymi, np.
węglan sodowy lub Na

2

CO

3

siarczan sodowy lub Na

2

SO

4

azotan potasowy lub KNO

3

W przypadku surowców technicznych, określamy je właściwymi nazwami technicznymi i nie
stosujemy do nich symboli chemicznych, wyjątek stanowi podanie składu chemicznego, np.
mówimy soda a nie węglan sodowy, wapień a nie węglan wapnia.

Jeżeli w surowcu zawartość innych związków chemicznych, występująca w formie

zanieczyszczeń jest niewielka, wówczas w obliczeniach szklarskich pomijamy te
zanieczyszczenia, a przyjmujemy tylko zmniejszoną przez nie ilość związku podstawowego,
np. soda o składzie chemicznym: Na

2

CO

3

94%, NaCl 0,5%, Na

2

SO

4

1,5%, H

2

O 2%,

to do obliczeń przyjmujemy tylko Na

2

CO

3

94%, pomijając inne związki stanowiące

zanieczyszczenia.

Niektóre tlenki, powstałe podczas topienia masy z soli zawartych w surowcach, mogą

w wysokiej temperaturze ulatniać się lub sublimować. Są to straty dodatkowe, które należy
przewidzieć i odpowiednio uwzględnić w obliczeniach szklarskich ( tabela 1).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7

Tabela 1. Zawartość tlenków wchodzących w skład szkła w 1 kg
podstawowych związków zawartych w surowcach
szklarskich oraz ich masy cząsteczkowe. [ 3,s.180]

Obliczenie składu chemicznego szkła na podstawie recepty na zestaw i składu

chemicznego surowców nazywane jest rachunkową analizą zestawu.

Dzięki analizie możemy określić, jakiego rodzaju szkło otrzymamy po stopieniu zestawu

o znanej recepcie i znanym składzie chemicznym surowców wchodzących w skład zestawu.

Analiza zestawu szklarskiego pozwoli przewidzieć:

−

jakiego rodzaju szkło otrzymamy,

−

jakie będą właściwości otrzymanego szkła,

−

na jakie trudności napotka się podczas topienia masy szklanej i kształtowania wyrobów,

−

jakie trudności wystąpią podczas obróbki i zdobienia szkła.
Podstawą obliczeń szklarskich jest rachunek chemiczny – stechiometryczny. Na zasadzie

rachunku stechiometrycznego można obliczyć, np. ile tlenku sodowego można otrzymać
z określonej ilości węglanu sodowego, przyjmując że reakcja rozkładu przebiega następująco:

jakościowo: Na

2

CO

3

→

Na

2

O +

↑

CO

2

masa cząsteczkowa: 106 = 61,99 + 44,01
procentowo: 100% = 58,5% + 41,5%
wagowo: 1 kg = 0,585 kg + 0,415 kg

Można obliczyć, że z 40 kg czystego węglanu sodowego powinno się otrzymać

następującą ilość tlenku sodowego:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8

40

⋅

0,585 = 23,4 kg Na

2

O

40

⋅

0,415 = 16,6 kg CO

2

ulotni się

____________________________________

Razem 40,0 kg

W sodzie zawierającej tylko 94% Na

2

CO

3

, użytej do zestawu w ilości 40 kg, ilość Na

2

O będzie

mniejsza od obliczonej poprzednio, ponieważ nie będzie to 40 kg Na

2

CO

3

, lecz tylko

40

⋅

0,94 kg Na

2

CO

3

.

Ilość Na

2

O w 40 kg takiej sody można obliczyć następująco:

w 1 kg Na

2

CO

3

jest 0,585 kg Na

2

O

w 40

⋅

0,94 kg Na

2

CO

3

jest 40

⋅

0,94

⋅

0,585 kg Na

2

O = 21, 996 kg Na

2

O

Z tabeli 1 wynika, że lotność tlenku sodowego w temperaturze topienia wynosi przeciętnie
3,5%. Z tego wynika , że z każdego kilograma Na

2

O pozostaje w szkle tylko:

1

−

0,035 = 0,965 kg Na

2

O

Uwzględniając straty topienia, oblicza się rzeczywistą ilość:

40

⋅

0,94

⋅

0,585

⋅

0,965 kg Na

2

O = 21.23 kg Na

2

O

Podobnie oblicza się ilość każdego tlenku przechodzącego do szkła z surowców użytych do
zestawu według danej recepty.

Dany jest skład chemiczny szkła w częściach wagowych:

SiO

2

– 100 kg

Na

2

O – 24,27 kg

CaO – 11,20 kg

____________________

Razem 135,47 kg

Posługiwanie się takim wynikiem jest niewygodne, ponieważ jest on nieporównywalny.
Zasadne jest podawać skład chemiczny szkieł w procentach.
Procentowy wagowy skład chemiczny szkła o składzie podanym wyżej w częściach
wagowych oblicza się w sposób następujący:

wagowa ilość tlenku x 100



= procentowa zawartość tlenku

suma wagowa ilości tlenków

Na przykład

100 (SiO

2

)

⋅

100



= 73,80% SiO

2

135,47

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

Stąd

SiO

2

73,80%

Na

2

O 17,91%

CaO 8,27%

_________________________________

Razem 99,98%

Suma wartości procentowych powinna wynosić 100, lecz wskutek zaokrągleń liczb, suma
może być mniejsza lub większa niż 100. Jest to dopuszczalne w granicach

±

0,5%.

Sposób wykonywania rachunkowej analizy zestawu szklarskiego.

1. Recepta na zestaw

Piasek – 108 kg

Skaleń – 40 kg

Soda – 38 kg

Dolomit – 38 kg

Wapień – 8 kg

Sulfat – 2 kg

___________________________

Razem 234 kg

2. Skład chemiczny surowców

Piasek: SiO

2

97%, Al

2

O

3

0,8%, MgO 0,8% , CaO 0,2%

Skaleń: SiO

2

75% , Al

2

O

3

15%, Na

2

O 8%

Soda: Na

2

CO

3

97%.

Dolomit: CaCO

3

52%, Mg CO

3

45%.

Wapień: Ca CO

3

96%.

Sulfat: Na

2

SO

4

96%

3. Założenia

Na

2

O z sody – 3,5% pozostaje 96,5 %

Na

2

O z sulfatu – 6% pozostaje 94%

4. Rachunek

4.1. Obliczenie ilości tlenków w surowcach

Piasek

SiO

2

= 108

⋅

0,97 = 104,76 kg

Al

2

O

3

= 108

⋅

0,008 = 0,86 kg

MgO = 108

⋅

0,008 = 0,86 kg

CaO =

108

⋅

0,002 = 0,22 kg

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10

Skaleń

SiO

2

= 40

⋅

0,75 = 30 kg

Al

2

O

3

= 40

⋅

0,15 = 6 kg

Na

2

O = 40

⋅

0,08 = 3,2 kg

Soda

Na

2

O z Na

2

CO

3

= 38

⋅

0,97

⋅

0,585

⋅

0,965 = 20,81 kg

Dolomit

CaO z CaCO

3

= 38

⋅

0,52

⋅

0,56 = 11,06 kg

MgO z MgCO

3

= 38

⋅

0,45

⋅

0,478 = 8,17 kg

Wapień

CaO z CaCO

3

= 8

⋅

0,96

⋅

0,56 = 4,3 kg

Sulfat

Na

2

O z Na

2

SO

4

= 2

⋅

0,96

⋅

0,436

⋅

0,94 = 0,79 kg

Z otrzymanych wyników należy sporządzić zestawienie tabelaryczne, wpisując ilość tlenków w
odpowiednich rubrykach.

Tabeia 2. Zestawienie wyników

Surowiec

w zestawie

Ilość tlenków w szkle [kg]

Nazwa

Ilość

[kg]

SiO

2

Al

2

O

3

MgO

CaO

Na

2

O

Ogółem

Piasek

108

104,76

0,86

0,86

0,22

-

106,7

Skaleń

40

30,0

6,0

-

-

3,2

39,2

Soda

38

-

-

-

-

20,81

20,81

Dolomit

38

-

-

8,17

11,06

-

19,23

Wapień

8

-

-

-

4,3

-

4,3

Sulfat

2

-

-

-

-

0,79

0,79

Ogółem

234

134,76

6,86

9,03

15,58

24,8

191,03

4.2. Obliczenie procentowej zawartości tlenków w szkle

134,76

⋅

100

SiO

2

=



= 70,54%

191,03

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

6,86

⋅

100

Al

2

O

3

=



= 3,59 %

191,03

9,03

⋅

100

MgO =



= 4,727 %

191,03

15,58

⋅

100

CaO =



= 8,1558 %

191,03

24,8

⋅

100

Na

2

O =



= 12,98 %

191,03

4.3. Skład chemiczny szkła w procentach wagowych

SiO

2

= 70,54%

≈

70,5%

Al

2

O

3

= 3,59 %

≈

3,6%

MgO = 4,727 %

≈

4,7%

CaO = 8,1558 %

≈

8,2%

Na

2

O = 12,98 %

≈

13%

______________________________

Razem 100,00%

Molowy skład chemiczny szkła

W obliczeniach szklarskich jest potrzeba podawania składu chemicznego szkła (zwłaszcza

na potrzeby naukowe) w jednostkach molowych. Obrazuje on znacznie lepiej budowę
chemiczną szkła niż wagowy skład chemiczny.

W tym celu przelicza się skład chemiczny szkła wyrażony w procentach wagowych na

molowy skład chemiczny, czyli stosunku ilościowego gramocząsteczek poszczególnych
tlenków – składników szkła, lub odwrotnie – z molowego składu chemicznego szkła na skład
chemiczny w procentach wagowych.

I. Przeliczanie składu chemicznego szkła wyrażonego w procentach wagowych na skład

molowy.

Dany jest następujący skład chemiczny szkła wyrażony w procentach wagowych

SiO

2

– 72,0 [% wag.]

Al

2

O

3

– 2,0 [% wag.]

Na

2

O – 15,0 [% wag.]

CaO – 7,0 [% wag.]

MgO – 4,0 [% wag.]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12

1. Obliczenie liczby moli poszczególnych tlenków (tabela 3)

Masa cząsteczkowa SiO

2

: 28,06 + 16

⋅

2 = 28,06 + 32 = 60,06

72
Liczba moli SiO

2

=



= 1,1988

60,06

Masa cząsteczkowa Al

2

O

3

: 26,97

⋅

2 + 16

⋅

3 = 53,94 + 48 = 101,94

2
Liczba moli Al

2

O

3

=



= 0,0196

101,94

Masa cząsteczkowa Na

2

O : 22,99

⋅

2 + 16 = 61,98

15
Liczba moli Na

2

O =



= 0,242

61,98

Masa cząsteczkowa CaO

: 40,08 +16 = 56,08

7
Liczba moli CaO =



= 0,1248

56,08

Masa cząsteczkowa MgO : 24,32 + 16 = 40,32

4
Liczba moli MgO =



= 0,0992

40,32

Zestawienie

1,1988

−

SiO

2

0,0196

−

Al

2

O

3

0,242

−

Na

2

O

0,1248

−

CaO

0,0992

−

MgO

___________________________

Razem 1,6844

2. Obliczenie molowego składu chemicznego szkła

1,1988



= 0,712 SiO

2

1,6844

0,0196



= 0,012 Al

2

O

3

1,6844

0,242

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13



= 0,144 Na

2

O

1,6844

0,1248



= 0,074 CaO

1,6844

0,0992



= 0,059 MgO

1,6844

Molowy skład chemiczny szkła podaje się następująco:

0,712 SiO

2

; 0,012 Al

2

O

3

; 0,144 Na

2

O ; 0,074 CaO; 0,059 MgO

II. Przeliczenie molowego składu szkła na skład w wyrażony w procentach wagowych

Dany jest molowy skład szkła

0,712 SiO

2

; 0,012 Al

2

O

3

; 0,144 Na

2

O ; 0,074 CaO ; 0,059 MgO

Należy obliczyć skład chemiczny tego szkła w procentach wagowych

1. Obliczenie masy poszczególnych tlenków

SiO

2

= 0,712

⋅

60,06 = 42,6426

Al

2

O

3

= 0,012

⋅

101,94 = 1,2233

Na

2

O = 0,144

⋅

61,98 = 8,9251

CaO = 0,074

⋅

56,08 = 4,1499

MgO = 0,059

⋅

40,32 = 2,3789

_________________________________________

Razem 59,3198

2. Obliczenie składu chemicznego szkła w procentach wagowych

42,6426

⋅

100

SiO

2

=



= 71,887

≈

72%

59,3198

1,2233

⋅

100

Al

2

O

3

=



= 2,06

≈

2%

59,3198

8,9251

⋅

100

Na

2

O =



= 15,04

≈

15%

59,3198

4,1499

⋅

100

CaO =



= 6,99

≈

7%

59,3198

2,3789

⋅

100

MgO =



= 4,01

≈

4%

59,3198

Ponieważ przykład II jest odwrotnością przykładu I , wyniki powinny być zgodne z danymi
wyjściowymi przykładu I.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14

Tabela 3. Masy atomowe niektórych pierwiastków. [ 3,s.195].

Składy chemiczne szkła są już pewnym standardem, a różnice pomiędzy poszczególnymi

producentami wynikają :

−

ze specyfiki lokalnych źródeł surowców,

−

nowoczesności stosowanych pieców,

−

stosowanych urządzeń formujących.
Każdy składnik (tlenek) szkła nadaje mu odmienne właściwości tym skuteczniej, im więcej

go jest. Zmiana częściowa lub całkowita jednego tlenku na inny powoduje zmianę określonych
właściwości.

Znając wpływ poszczególnych tlenków na właściwości szkła można wytwarzać

i projektować i wytwarzać szkła o określonych pożądanych właściwościach – synteza szkieł.

Tabela 4. Przykłady składu chemicznego szkieł stosowanych w praktyce przemysłowej.
[5, s.49, 75, 85, 94, 141, 219, 344, 346, 347, 349, 351, 369, 378, 387, 402, 424,]

Procentowa – wagowa zawartość tlenków

Rodzaj szkła

SiO

2

Al

2

O

3

Na

2

O

CaO

MgO K

2

O PbO

BaO

B

2

O

3

ZnO

inne

Gospodarcze
bezbarwne

75,80

-

12,96 6,23

-

3,22

-

1,72

-

-

-

Ołowiowe
bezbarwne

58,10

-

1,14

-

-

12,50 25,60 2,70

-

-

-

Opakowania
bezbarwne

72,50 1,50 14,80 10,6

-

-

-

0,60

-

-

Fe

2

O

3

0,05

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15

Płaskie
ciągnione

72,79 1,52 13,70 8,63 3,00

-

-

-

-

-

Fe

2

O

3

0,06

Procentowa – wagowa zawartość tlenków

Rodzaj szkła

SiO

2

Al

2

O

3

Na

2

O

CaO MgO

K

2

O

PbO

BaO

B

2

O

3

ZnO

inne

Płaskie
float

73,25

1,5

15,50 5,70 3,50 0,50

-

-

-

-

Fe

2

O

3

0,05

Płaskie
walcowane

73,50 0,20 12,90 13,20 0,10

-

-

-

-

-

Fe

2

O

3

0,10

Kształtki
budowlane

73,30 0,61 15,02 6,60 3,58 0,15

-

0,68

-

-

Fe

2

O

3

0,08

Opakowania
sz. neutralne

71,70 5,30

9,00

+

K

2

O

3,70 2,00

-

-

1,90 3,60 2,70

-

Laboratoryjne
zwykłe

68,67 +

Fe

2

O

3

4,05

5,80

8,10 1,77 2,90

-

0,60 1,08

-

-

Laboratoryjne
typu Palex

70,20 +

Fe

2

O

3

5,30

7,50

3,60 2,20 1,90

-

1,50 5,00 2,80

-

Laboratoryjne
typ JenaG-20

75,32 +

Fe

2

O

3

4,80

6,58

0,75

-

-

-

4,00 8,88

-

As

2

O

3

0,11

Laboratoryjne
typu Pyrex

81,25 +

Fe

2

O

3

2,42

3,70

1,02

-

O,10

-

-

11,51

-

-

Termometryczne

67,50 2,50 14,00 7,00

-

-

-

-

2,00 7,00

-

Termosowe

72,45 +

Fe

2

O

3

1,50

11,47 7,57 0,13 6,97

-

-

-

-

-

Dla farmacji
neutralne

70,70 5,50

7,25

1,00 0,20 1,60

-

3,60 10,00

-

-

Optyczne
typu CF

31,60

-

-

-

-

2,85 65,35

-

-

-

As

2

O

3

0,20

Optyczne typ

fosforowy kron

-

10,00

-

-

4,00 12,00

-

-

3,00

-

P

2

O

5

70,50

Stosowane

w

technice próżni

56,70 0,40

4,20

-

-

8,70 30,00

-

-

-

-

Włókno szklane
typu E

55,02 14, 80 0,30 18,70 3,30 0,20

-

-

7,30

-

Fe

2

O

3

0,30

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Co nazywamy rachunkową analizą zestawu szklarskiego?
2. Jaki jest cel dokonywania obliczeń składu chemicznego szkła?
3. Jakimi danymi należy posłużyć się dokonując obliczeń składu chemicznego szkła?
4. Jak wyjaśnić pojęcie straty topienia ?
5. W jaki sposób uwzględnić w obliczeniach lotność składników zestawu?
6. W jaki sposób określić skład chemiczny szkła na podstawie zestawu szklarskiego?
7. W jaki sposób przekształcić skład chemiczny szkła wyrażony w % wagowych na skład molowy?
8. W jaki sposób przekształcić skład molowy szkła na skład chemiczny szkła wyrażony w %

wagowych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz ile kilogramów MgO wprowadza do szkła 1 kg MgCO

3.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące obliczeń składu chemicznego

szkła,

2) skorzystać z danych zamieszczonych w tabeli 3,
3) wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Oblicz ile kilogramów K

2

O wprowadza do szkła 1 kg K

2

CO

3

.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące obliczeń składu chemicznego

szkła,

2) skorzystać z danych zamieszczonych w tabeli 3,
3) wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 3

Określ jaki skład chemiczny [% wag.] będzie posiadało szkło wytopione na podstawie

przedstawionej poniżej recepty. W obliczeniach uwzględnij lotność składników zestawu.

Tabela do ćwiczenia 3

Recepta na zestaw szklarski

Skład chemiczny surowców

Piasek 108 kg

Soda 38 kg

Dolomit 38 kg

Wapień 8 kg

Sulfat 2 kg

Razem 194 kg

Piasek : SiO

2

98%

Soda : Na

2

CO

3

97%.

Wapień: CaCO

3

98%.

Dolomit: CaO 32%, MgO 20%.

Sulfat : Na

2

SO

4

95%

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

Lotność składników:

– Na

2

O z Na

2

CO

3

– 3,5 %,

– Na

2

O z Na

2

SO

4

– 6,0 %.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące obliczeń składu chemicznego

szkła,

2) skorzystać z danych zamieszczonych w tabeli 1,
3) wykonać obliczenia uwzględniając lotność składników,
4) przeanalizować otrzymane wyniki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 4

Oblicz skład chemiczny szkła wyrażony w % wagowych dla recepty podanej w tabeli

poniżej. W obliczeniach należy uwzględnić lotność surowców.

Tabela do ćwiczenia 4

Recepta na zestaw szklarski

na 100kg szkła

Skład chemiczny surowców

Piasek – 108 kg

Skaleń – 40 kg

Soda – 38 kg

Dolomit – 38 kg

Wapień – 8 kg

Sulfat – 2 kg

___________________________

Razem 234 kg

Piasek: SiO

2

98%.

Skaleń: SiO

2

75%, Al

2

O

3

15%, Na

2

O 10 %

Soda : Na

2

CO

3

97%.

Wapień: Ca CO

3

98%.

Dolomit: CaO 32%, MgO 20%.

Sulfat : Na

2

SO

4

95%

Lotność składników:

– Na

2

O z Na

2

CO

3

– 3,5 %,

– Na

2

O z Na

2

SO

4

– 6,0 %.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące obliczeń składu chemicznego

szkła,

2) skorzystać z danych zamieszczonych w tabeli 1,
3) wykonać obliczenia uwzględniając lotność składników,
4) przeanalizować otrzymane wyniki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 5

Przekształć skład chemiczny szkła wyrażony w procentach wagowych na skład molowy.

Skład chemiczny szkła w % wag.:
SiO

2

–

75 %

Na

2

O – 15 %

CaO – 10 %
____________________________
Razem 100%

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące obliczeń molowych,
2) skorzystać z danych zamieszczonych w tabeli 3,
3) wykonać obliczenia,
4) przeanalizować otrzymane wyniki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 6

Przekształć skład molowy szkła na skład chemiczny wyrażony w procentach wagowych.

Skład molowy szkła:
0,72 SiO

2

; 0,006 Al

2

O

3

; 0,135 Na

2

O; 0,117 CaO; 0,022 MgO

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące obliczeń molowych,
2) skorzystać z danych zamieszczonych w tabeli 3,
3) wykonać obliczenia,
4) przeanalizować otrzymane wyniki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować pojęcie rachunkowa analiza zestawu szklarskiego?





2) określić cel przeprowadzania obliczeń składu chemicznego szkła?





3) określić, jakimi danymi należy posłużyć się dokonując obliczeń składu

chemicznego szkła?





4) wyjaśnić pojęcie straty topienia?





5) uwzględnić w obliczeniach lotność składników zestawu?





6) określić skład chemiczny szkła na podstawie zestawu szklarskiego?





7) przekształcić skład chemiczny szkła wyrażony w % wagowych na

skład molowy?





8) przekształcić skład molowy szkła na skład chemiczny wyrażony w %

wagowych?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20

4.2. Rachunkowa synteza szkła

4.2.1. Materiał nauczania

Przed przystąpieniem do sporządzania zestawu szklarskiego dla szkła, które zamierza się

wytopić, należy obliczyć jego skład surowcowy i sporządzić odpowiednią receptę.

Przygotowując receptę na zestaw należy posłużyć się dokumentacją technologiczną

dotyczącą opracowywania receptur zestawu szklarskiego (normy, poradniki, karty
charakterystyk surowców).

Danymi wyjściowymi tych obliczeń są: skład chemiczny szkła oraz skład chemiczny

surowców, które muszą być użyte, aby wprowadzić do szkła wszystkie jego składniki
chemiczne. Prowadząc obliczenia należy uwzględnić to, że w czasie topienia następuje
dysocjacja termiczna niektórych surowców połączona z usunięciem składników gazowych
a także usuwaniem wody. W czasie topienia następują też ubytki niektórych składników na
skutek ich lotności w wysokiej temperaturze.

Obliczenie recepty na zestaw na podstawie danego składu chemicznego szkła oraz składu

chemicznego surowców, które mają być użyte do zestawu nazywamy rachunkową syntezą
szkła. Jest to rachunek odwrotny do rachunkowej analizy zestawu.

Celem rachunkowej syntezy szkła jest sporządzenie z posiadanych surowców takiego

zestawu, aby stopione z niego szkło miało żądany skład chemiczny. Obliczenia składu zestawu
przeprowadza cię w odniesieniu do 100 kg wytopionego szkła.

Zasady rachunkowej syntezy szkła są oparte na stechiometrii. Jeżeli chcemy wytopić szkło

o zawartości Na

2

O 12%, to korzystając z czystego węglanu sodowego Na

2

CO

3

musimy

pobrać do zestawu w ilości obliczonej następująco:

z 1kg Na

2

CO

3

otrzymamy 0,585 kg Na

2

O

to

z X kg Na

2

CO

3

otrzymamy 12 kg Na

2

O

12

X =



0,585
Jeżeli do zestawu użyjemy nie czystego węglanu sodowego, lecz sody zawierającej 95%
Na

2

CO

3

, wówczas ilość tej sody potrzebną do otrzymania Na

2

O 12% na 100kg szkła

obliczymy następująco:

−

w 1kg sody jest 0, 95 kg Na

2

CO

3

−

więc do otrzymania 1 kg Na

2

CO

3

potrzeba 0,95kg sody 95 %

−

ponieważ dla otrzymania 12 kg Na

2

O potrzeba pobrać

12



kg Na

2

CO

3

,to dla otrzymania 12 kg Na

2

O

0,585

trzeba pobrać sody 95-procentowej w ilości
12 1 12



⋅



=



kg

0,585 0,95 0,585

⋅

0,95

Tak obliczona ilość sody zawiera potrzebną ilość, czyli 12 kg Na

2

O na 100 kg szkła.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21

Ponieważ podczas topienia ulatnia się przeciętnie 3,5% Na

2

O, więc pozostaje go tylko

1
96,5%. Należy więc użyć do zestawu



razy więcej sody 95 %, czyli

0,965

15



kg

0,585

⋅

0,95

⋅

0,965

Podobnie oblicza się pozostałe surowce. W ten sposób otrzymuje się ilość poszczególnych

surowców na 100 kg szkła, z czego można obliczyć ilość surowców na określoną porcję
zestawu, z którego otrzymamy szkło o założonym składzie chemicznym.

W obliczeniach pomijamy drobniejsze domieszki lub zanieczyszczenia surowców, co

znacznie upraszcza obliczenia. Stosując surowce złożone należy je obliczać najpierw, aby
następnie uzupełnić brakujące ilości tlenków surowcami prostymi. Przed rozpoczęciem
obliczeń należy ustalić właściwą kolejność obliczania ilości poszczególnych surowców.

Sposób wykonywania rachunkowej syntezy szkła.

1. Skład chemiczny szkła wyrażony w % wag.

SiO

2

–

72 %

Al

2

O

3

– 3 %

Na

2

O – 12 %

CaO – 10 %
MgO – 3 %

_______________________

Razem 100%

2. Skład chemiczny surowców do zestawu

Piasek : SiO

2

98% , CaO 0,2%

Skaleń: SiO

2

75% , Al

2

O

3

15%, Na

2

O 10%

Soda : Na

2

CO

3

97%.

Wapień: CaCO

3

98%.

Dolomit: CaO 32%, MgO 20%.

Sulfat : Na

2

SO

4

95%

3. Założenia

Straty topienia:

Na

2

O z sody – 3,5% pozostaje 96,5 %

Na

2

O z sulfatu – 6% pozostaje 94%

4. Obliczenie ilości surowców na 100 kg szkła.

Przyjmujemy kolejność następującą: 1) skaleń, 2) dolomit, 3) sulfat, 4) piasek, 5) soda, 6)

wapień.
Skaleń

−

ilość skalenia do wprowadzenia 3% Al

2

O

3

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

22

3



= 20 kg

0,!5

−

ilość SiO

2

ze skalenia

20

⋅

0,75 = 15kg

−

ilość Na

2

O ze skalenia

20

⋅

0,1 = 2kg

Dolomit

−

ilość dolomitu potrzebna do wprowadzenia 3% MgO

3



= 15kg

0,2

−

ilość CaO z dolomitu

15

⋅

0,32 = 4,8 kg

Sulfat

−

ilość sulfatu ustalona względami technologicznymi wynosi 1,5 kg na 100 kg szkła

−

ilość Na

2

O z sulfatu

1,5

⋅

0,436

⋅

0,94 = 0,61 kg

Piasek

−

ilość SiO

2

do wprowadzenia: ilość ogólna 71 kg, wprowadzono ze skaleniem 15 kg,

pozostaje do wprowadzenia 71 – 15 = 56 kg.

−

ilość piasku

56



= 57,1 kg

0,98

−

ilość CaO z piasku

57,1

⋅

0,002 = 0,11 kg

Soda

−

ilość Na

2

O do wprowadzenia : ilość ogólna 13 kg, wprowadzono ze skaleniem 2 kg,

z sulfatem wprowadzono 0,61 kg, razem 2 + 0,61 = 2,61 ; pozostaje do wprowadzenia
13

−

2,61 = 10,39 kg

−

ilość sody potrzebna do wprowadzenia 10,39 kg z uwzględnieniem lotności

10, 39



= 18,97

≈

19 kg

0,585

⋅

0,97

⋅

0,965

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

23

Wapień

−

ilość CaO do wprowadzenia: ilość ogólna 10 kg; wprowadzono z piaskiem 0,11 kg
z dolomitem wprowadzono 4,8 kg; razem 0,11 + 4,8 = 4,91 kg; pozostaje do
wprowadzenia 10

−

4,91 = 5,09 kg

−

ilość wapienia do wprowadzenia 5,09 kg CaO

5,09



= 9,27

≈

9,3 kg

0,56

⋅

0.98

9. Recepta na zestaw do otrzymania 100 kg szkła

Piasek – 57,1 kg
Skaleń – 20 kg
Soda – 19 kg
Dolomit – 15 kg
Wapień – 9,3 kg
Sulfat – 1,5 kg
_______________________________________

Razem 121,9 kg

Technolog odpowiedzialny za sporządzenie zestawu doda do tak obliczonej recepty

środków np. przyspieszających topienie w takiej ilości, aby zasadniczo nie zmieniły składu
chemicznego szkła. Gdyby technolog użył większej ilości lub dokonał zamiany surowców,
która to zmiana byłaby podyktowana względami technologicznymi lub doświadczalnymi,
wówczas musiałby dokonać korekty w obliczeniach, uwzględniając tlenki z tych dodanych
surowców.

Z recepty na zestaw do sporządzenia 100 kg szkła można obliczyć receptę na porcję

zestawu, na przykład o masie ogólnej 850 kg.

Ilość poszczególnych surowców na taką porcję zestawu oblicza się według schematu

Ilość surowca na 100 kg szkła x 850

Ilość surowca na porcję =



kg

121,9

Wyniki obliczeń nie będą całkowicie zgodne z rzeczywistym składem chemicznym

wytopionego szkła, wyznaczonym na przykład za pomocą analizy chemicznej. Przyczyną tego
są następujące czynniki:

−

niemożliwość dokładnego przewidzenia i ścisłego określenia ilości składników zestawu,

−

ulatniających się w wysokiej temperaturze topienia,

−

nie dające się określić ilościowo rozpuszczanie się w masie szklanej materiałów
ogniotrwałych,

−

niejednorodność surowców używanych do zestawu,

−

zmienność składu chemicznego surowców.
Obliczony, teoretyczny skład chemiczny szkła różni się nieco od rzeczywistego składu

chemicznego, określonego za pomocą analizy chemicznej wytopionego szkła. Ta
niedokładność obliczeń szklarskich nie przekreśla celowości ich stosowania ponieważ różnice
pomiędzy wynikami rachunku a stanem faktycznym są niewielkie o ile obliczenia są
dokonywane

prawidłowo

i

skrupulatnie,

z

uwzględnieniem

wyników

możliwie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24

najdokładniejszych analiz surowców i doświadczalnie określonych strat spowodowanych
ulatniania się składników w wysokiej temperaturze topienia masy szklanej.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Co nazywamy rachunkową syntezą szkła?
2. Jaki jest cel rachunkowej syntezy szkła?
3. Od których surowców należy rozpoczynać rachunkową synteze szkła?
4. Jakimi danymi należy posłużyć się, aby dokonać rachunkowej syntezy szkła?
5. Jakie ustalenia należy przeprowadzić przed wykonaniem obliczeń?
6. Z jakiej dokumentacji technologicznej należy korzystać podczas opracowywania receptur

na zestaw szklarski?

7. W jaki sposób uwzględnić w obliczeniach lotność składników zestawu?
8. Jakie surowce nazywamy prostymi?
9. Jakie surowce nazywamy złożonymi?
10. W jaki sposób określić skład surowcowy zestawu szklarskiego na podstawie składu

chemicznego szkła?

11. W jaki sposób dokonać korekty obliczeń recepty na zestaw szklarski?
12. W jaki sposób opracować receptę zestawu szklarskiego na podstawie wymagań

określonych dla wyrobu?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz, ile dolomitu należy odważyć, aby do 100 kg szkła wprowadzić 3% tlenku

magnezu MgO.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące syntezy szkła,
2) dokonać analizy treści,
3) wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

25

Ćwiczenie 2

Oblicz receptę na zestaw szklarski do wytopienia 100 kg szkła, o składzie chemicznym

podanym w tabeli do ćwiczenia 2. W obliczeniach uwzględnij lotność składników zestawu.

Tabela do ćwiczenia 2

Skład chemiczny szkła [% wag]

Skład chemiczny surowców

SiO

2

–

73

Na

2

O – 15

CaO – 6
Al

2

O

3

– 1,5

MgO – 3
K

2

O – 1,5

Razem 100%

Piasek : SiO

2

98%

Soda : Na

2

CO

3

97%.

Wapień: CaCO

3

98%.

Dolomit: CaO 32%, MgO 20%.

Skaleń: SiO

2

75%, Al

2

O

3

15%, Na

2

O 10 %.

Potaż: K

2

CO

3

95%.

Sulfat : Na

2

SO

4

95%.

Lotność składników:

–

Na

2

O z Na

2

CO

3

– 3,5 %,

–

Na

2

O z Na

2

SO

4

– 6,0 %,

–

K

2

O z K

2

CO

3

– 12,0 %.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące syntezy szkła,
2) dokonać analizy treści,
3) skorzystać z danych zamieszczonych w tabeli 1,
4) wykonać obliczenia uwzględniając lotność składników,
5) przeanalizować otrzymane wyniki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 3

Przekształć receptę przygotowaną do wytopienia 100 kg na porcję zestawu o masie

ogólnej 760 kg.

Tabela do ćwiczenia 3

Recepta na zestaw szklarski

Piasek 108 kg

Skaleń 36 kg

Soda 30 kg

Dolomit 26 kg

Wapień 8 kg

Sulfat 2 kg

Razem 210 kg

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące syntezy szkła,
2) dokonać analizy treści,
3) odszukać wzór,
4) wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 4

Do wytopienia 53000 kg szkła potrzeba 72080 kg zestawu szklarskiego złożonego

z surowców oraz stłuczki. Udział stłuczki w zestawie wynosi 45%. Posługując się załączoną
receptą oblicz zapotrzebowanie na poszczególne surowce do zestawu.

Tabela do ćwiczenia 4

Recepta na zestaw szklarski do

wytopienia 100 kg szkła.

Piasek 78 5 kg

Skaleń 7,5 kg

Soda 26 kg

Dolomit 14 kg

Kreda 8,5 kg

Baryt 1,5 kg

Razem 136 kg

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać analizy treści ćwiczenia,
2) wykonać obliczenia,
3) przeanalizować otrzymane wyniki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

27

Ćwiczenie 5

Zgodnie z zamówieniem należy wyprodukować 56000 wyrobów szklanych o masie

jednostkowej 0,4 kg. Odpad poprodukcyjny wynosi 4%. Oblicz, ile kilogramów szkła należy
wytopić aby zrealizować zamówienie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać analizy treści ćwiczenia,
2) wykonać obliczenia,
3) przeanalizować otrzymane wyniki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować pojęcie rachunkowa synteza szkła?





2) określić cel przeprowadzania obliczeń technologicznych z zakresu

rachunkowej syntezy szkła?





3) określić surowce, od których należy rozpocząć obliczenia w procesie

rachunkowej syntezy szkła?





4) określić, jakimi danymi należy posłużyć się, aby dokonać rachunkowej

syntezy szkła?





5) określić, jakie ustalenia należy uwzględnić przed dokonaniem

obliczeń?





6) określić rodzaj dokumentacji technologicznej, z której należy

korzystać podczas opracowywania receptur na zestaw szklarski?





7) uwzględnić w obliczeniach lotność składników zestawu?





8) rozróżnić surowce proste?





9) rozróżnić surowce złożone?





10) określić skład surowcowy zestawu na podstawie składu chemicznego

szkła?





11) wykonać obliczenia związane z korektą składników zestawu?





12) opracować recepturę zestawu szklarskiego na podstawie wymagań

określonych dla wyrobu?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

28

4.3. Sporządzanie zestawów szklarskich

4.3.1. Materiał nauczania

Sporządzenie zestawu szklarskiego jest kolejną po przygotowaniu surowców operacją

technologiczną w procesie wytwarzania szkła. Sporządzenie zestawu szklarskiego składa się
z następujących czynności głównych:

−

pobieranie surowców,

−

dokładne odważenie poszczególnych surowców zgodnie z receptą na zestaw,

−

dostarczenie odważonych porcji surowców do mieszarki,

−

mieszanie zestawu,

–

szczególne przygotowanie zestawu zgodnie z zaleceniami technologa,

–

dostarczenie zestawu do zasobnika przywannowego.
Czynności związane ze sporządzeniem zestawu wykonuje się w dziale produkcji

nazywanym zestawiarnią. Nadzór nad zestawiarnią sprawuje główny technolog zakładu,
którego zananiem jest:
–

kontrola pracy zestawiarni,

–

obliczenie i podanie recepty na zestaw,

–

udzielanie szczegółowych wskazówek technologicznych.
Zestawiarnia surowców jest zobowiązana sporządzić i dostarczyć działowi topienia masy

szklanej wymaganą ilość sporządzonego zestawu.

Operacje związane ze sporządzaniem zestawu powinny być wykonywane zgodnie

z zasadami ekonomicznymi oraz wymaganiami bezpieczeństwa i higieny pracy. Można to
osiągnąć przez:

−

sprawną organizację pracy,

−

właściwe rozmieszczenie składów surowców oraz urządzeń służących do sporządzenia
zestawu,

−

zastosowanie właściwych urządzeń,

−

należyte warunki pracy,

−

zastosowanie urządzeń kontroli samoczynnej.
W hutach o produkcji masowej stosuje się zestawiarnie zmechanizowane lub całkowicie

zautomatyzowane. W tym przypadku surowce składowane w odpowiednich zasobnikach
odważa się automatycznie lub do odpowiednich pojemników, albo na przenośnik taśmowy
i dostarcza do mieszarki, z której po wymieszaniu zestaw transportuje się do pieców
topliwych. W niektórych przypadkach sporządzanie zestawu obejmuje dodatkowo takie
operacje, jak zwilżanie, brykietowanie, granulowanie, mielenie, suszenie.

Dobierając surowce do zestawu należy kierować się następującymi względami:

1) technologicznymi:

–

odpowiedni i stały skład chemiczny surowców,

–

odpowiednia czystość surowców,

–

najlepsze zachowanie się podczas topienia masy szklanej,

–

odpowiednie uziarnienie, a przynajmniej łatwość rozdrabniania.

2) ekonomicznymi,

–

łatwość nabywania,

–

najniższy koszt nabycia,

–

łatwość oraz najniższy koszt oczyszczania i przygotowania do zestawu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

29

Najtańsze są surowce mineralne, wydobywane z ziemi z znajdujące się w dostatecznej

ilości w kraju. Niekiedy surowce te nie mogą spełnić głównego wymagania technologicznego,
stałości składu chemicznego, a koszt oczyszczania surowców i odpowiedniego przygotowania
ich do zestawu czyni je nieopłacalnymi w porównaniu do surowców sztucznych.

Surowce znajdujące się w magazynie zestawiarni posiadają karty charakterystyki

surowców. Zawierają one obok nazwy surowca, właściwości fizykochemicznych, informacje
dotyczące przechowywania surowca, transportu, bezpiecznego obchodzenia się z surowcem
oraz postępowanie w przypadku zagrożenia.

Wyroby szkła gospodarczego należy wykonywać z mas szklanych o najlepszych

właściwościach optycznych. Surowce do ich wytopu powinny być bez związków obniżających
jakość optyczną szkła, szczególnie jego bezbarwność, przeźroczystość i połysk. Wymagania te
odnoszą się głównie do szkieł bezbarwnych. Szczególnie niepożądanymi zanieczyszczeniami
surowców, głównie mineralnych, są związki żelaza i tytanu, występujące praktycznie we
wszystkich surowcach.

W procesie przygotowania zestawu szkła gospodarczych obowiązują ogólne zasady

stosowane w przemyśle szklarskim. Zestawiarnie są wyposażone w urządzenia do suszenia
piasku i rozdrabniania zbrylonej sody, potażu i saletry, kruszarki szczękowe oraz przesiewacze
surowców. W hutach w których topi się szkła barwne o różnych składach chemicznych
sporządzanie zestawu z podstawowych surowców odbywa się na linii mechanicznej lub
automatycznej, a następnie zestaw uzupełnia się ręcznie w pozostałe surowce. Mieszanie
zestawu odbywa się wyłącznie mechanicznie. Transport do pieców topliwych odbywa się w
sposób automatyczny lub mechaniczny.

Wytapianie masy przeznaczonej na opakowania szklane wymaga stosowania surowców

mineralnych i sztucznych. Podstawowymi surowcami mineralnymi są: piasek szklarski kl. II,III
a nawet IV, mączka wapienna, dolomitowa, skaleniowa, a produktami przemysłu chemicznego
są: soda, sulfat, potaż, boraks, tlenek glinu oraz surowce odpadowe, np. żużle wielkopiecowe.
Ze względu na masowość wytwarzanych mechanicznie opakowań szklanych
przygotowanie zestawu szklarskiego charakteryzuje się dużą wydajnością. W zestawiarniach
instaluje się wagi o dużej nośności. Działanie wag, transporterów taśmowych, mieszarek
odbywa się w systemie zapewniającym synchronizację całej linii. Nowoczesne rozwiązania
pozwalają automatycznie sterować przebiegiem operacji odważania surowców za pomocą
technik analogowych i cyfrowych.

Do produkcji szkła płaskiego ciągnionego używa się typowe surowce szklarskie. Do

szczególnie groźnych zmian składu chemicznego zaliczają się wahania zawartości alkaliów.
Dlatego często rezygnuje się z zakupu surowca tańszego, naturalnego, łatwiej
rozpuszczającego się w masie lecz obarczonego zmiennym składem na rzecz surowca trudno
topliwego, np. tlenek glinu zamiast skalenia.

Przygotowanie zestawu charakteryzują:

– wysokie wymagania dotyczące jednorodności,
Zestawiarnie w hutach szkła płaskiego zostały najwcześniej zmechanizowane a następnie
zautomatyzowane.

Przy doborze surowców do topienia szkła technicznych należy brać pod uwagę skład

chemiczny, uziarnienie, szkodliwość zanieczyszczeń surowców i łatwość topienia. Do wytopu
szkła laboratoryjnego używa się piasków kwarcowych klasy III i IV. Tlenek glinu wprowadza
się w postaci skaleni. Do wytopu używa się wyłącznie stłuczki własnej. Przygotowanie
surowców i sporządzenie zestawu jest takie jak dla zwykłych szkieł przemysłowych. Do
wytopu włókna szklanego ze szkła typu E stosowane są surowce o niskiej zawartości tlenków
alkalicznych (poniżej 1%). Zestaw przygotowuje się ze ściśle określonej receptury. Ze względu
na trudne topienie tego szkła wymagane są surowce o bardzo drobnym uziarnieniu. Piasek

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

30

szklarski powinien mieć uziarnienie poniżej 0,075 mm, przed użyciem go do zestawu
rozdrabnia się go w młynach kulowych. Z surowców glinowych stosuje się kaolin, jako
surowca wprowadzającego tlenek boru – kwas borowy. Dodatkowymi wymaganiami
w stosunku do surowców są: mała i stała zawartość wilgoci oraz ustabilizowana zawartość
Fe

2

O

3

. Surowce podstawowe odważa się na wagach automatycznych o dużej dokładności.

Zestaw transportowany jest elektrowciągiem do zasypnika prcującego z płynną regulacją
obrotów, sprzężonego z układem automatycznej regulacji poziomu szkła w piecu wannowym.
Do topienia szkieł optycznych nie stosuje się surowców pochodzenia naturalnego (wyjątek
stanowi piasek lub kwarc). Surowce powinny być technicznie i chemicznie czyste. Proces
przygotowania zestawu jest taki jak w produkcji innych szkieł technicznych jest tylko bardzo
ściśle kontrolowany i prowadzony w warunkach gwarantujących dużą dokładność odważania
surowców i wymieszania zestawu. Przy obliczaniu składu zestawu surowcowego uwzględnia
się skład chemiczny surowców, udział i parametry optyczne stłuczki dodawanej do zestawu
oraz ich odchylenia od ostatnich wytopów szkła danego rodzaju.

Główne zasady sporządzania zestawu szklarskiego

Organizacja pracy zestawiarni zależy od jej typu, rozmieszczenia i rodzaju składu

surowców, rodzaju stosowanych urządzeń oraz stopnia ich mechanizacji i automatyzacji pracy.
Niezależnie od rodzaju zestawiarni zasady technologiczne sporządzania zestawu są jednakowe.
Wynika to z głównego celu którym jest sporządzenie z surowców i dostarczenie działowi
topienia masy szklanej takiego zestawu, który po stopieniu utworzy szkło o wymaganym
składzie chemicznym. Aby temu sprostać należy:
–

używać do zestawu surowców o normowanej i kontrolowanej jakości głównie pod
względem składu chemicznego, zanieczyszczeń, uziarnienia,

–

odważać dokładnie surowce do zestawu według załączonej recepty, dostosowując się do
wskazówek załączonych przez głównego technologa,

–

mieszać surowce tak, aby utworzyły zestaw jednorodny o stałym w całej objętości składzie
chemicznym,

–

utrzymać jednorodność zestawu i jego czystość aż do chwili dostarczenia go do pieców.
Podczas sporządzania zestawu mogą wystąpić następujące trudności, wywierające wpływ

na pracę zestawiarni:

−

zmiana składu chemicznego surowców, szczególnie ich wilgotności,

−

trudności właściwego zmieszania sypkich surowców wskutek nieodpowiedniej ich
wilgotności,

−

łatwość rozdzielania się (odmieszania) zmieszanych surowców pod wpływem wstrząsów i
drgań,

−

łatwość rozkurzania się surowców z powodu ich drobnego uziarnienia, lekkości i suchości
co stwarza nieodpowiednie warunki pracy.
Pomimo stosowanych środków zapobiegawczych oraz stosowania urządzeń do usuwania

wymienionych trudności i ich skutków, technologia sporządzania zestawu nie jest
zadawalająca. Poszukuje się coraz to nowych, lepszych, metod i urządzeń do sporządzania
zestawu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

31

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Z jakich głównych czynności składa się operacja technologiczna sporządzania zestawu?
2. Kto sprawuje główny nadzór nad pracą zestawiarni?
3. Jakie czynniki mają wpływ na prawidłowe funkcjonowanie zestawiarni?
4. Jakie są dodatkowe operacje sporządzania zestawu?
5. Jakie wymagania stawiane są dla surowców do topienia szkła gospodarczego?
6. Jakie wymagania stawiane są dla surowców do topienia szkła opakowaniowego?
7. Jakie są zasady sporządzania zestawu w hutach szkła opakowaniowego?
8. Jakie wymagania stawiane są dla surowców do topienia szkła budowlanego?
9. Jakie wymagania stawiane są dla surowców do topienia szkła technicznego?
10. Jakie są główne zasady technologiczne sporządzania zestawu szklarskiego?
11. Jakie trudności mogą wystąpić podczas sporządzania zestawu?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zapisz wymagania dotyczące jakości surowców do topienia szkła: gospodarczego,

opakowaniowego, technicznego, budowlanego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące wymagań jakości surowców do

produkcji różnych rodzajów szkła,

2) dokonać analizy treści,
3) zapisać wymagania dotyczące surowców,
4) dokonać porównania.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

papier formatu A4, pisaki,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Skład chemiczny szkła zawiera 2,2 % K

2

O, a saletra potasowa zawiera 46% K

2

O. Oblicz

ile kg saletry potasowej należy odważyć do wytopienia 1,5 tony szkła?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące analizy zestawu szklarskiego,
2) dokonać analizy treści,
3) wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

32

Ćwiczenie 3

Narysuj schemat blokowy kolejnych etapów sporządzenia zestawu szklarskiego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące sporządzania zestawu

szklarskiego,

2) dokonać analizy treści,
3) narysować schemat blokowy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, pisaki,

−

zestawy plansz z organizacją pracy zestawiarni surowców o różnym stopniu
zautomatyzowania,

−

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) określić główne czynności sporządzenia zestawu?





2) określić, kto sprawuje główny nadzór nad pracą zestawiarni?





3) określić, jakie czynniki mają wpływ na prawidłowe funkcjonowanie

zestawiarni?





4) określić dodatkowe operacje sporządzania zestawu?





5) określić wymagania dla surowców do topienia szkła gospodarczego?





6) określić wymagania dla surowców do topienia szkła

opakowaniowego?





7) określić zasady sporządzania zestawu w hutach szkła

opakowaniowego?





8) określić wymagania stawiane dla surowców do topienia szkła

budowlanego?





9) określić wymagania dla surowców do topienia szkła technicznego?





10) określić główne zasady technologiczne sporządzania zestawu

szklarskiego?





11) określić trudności występujące podczas sporządzania zestawu?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

33

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania dołączone są 4 możliwości odpowiedzi.

Tylko jedna jest prawidłowa.

5. Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce

znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

6. Zadania wymagają stosunkowo prostych obliczeń, które powinieneś wykonać przed

wskazaniem poprawnego wyniku.

7. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
8. Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie

na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

9. Na rozwiązanie testu masz 60 minut.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

34

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Sporządzając receptę na zestaw szklarski do wytopienia szkła laboratoryjnego, należy

zastosować skład chemiczny szkła oznaczonego numerem

Procentowa zawartość tlenków w szkle [% wag]

Składy
szkieł

SiO

2

Al

2

O

3

Na

2

O

K

2

O

B

2

O

3

MgO

CaO

BaO

PbO

1.

72

1

!3

-

-

0,5

12,5

-

-

2.

63

-

3

8

3

-

7

7

19

3.

60

-

2

13

-

-

-

-

25

4.

78

1.9

2,5

2,5

13,1

1

1

-

-

a) 1.
b) 2.
c) 3.
d) 4.

2. Wiedząc, że szkło zawiera 3% MgO a dolomit zawiera 20% MgO, do zestawu

szklarskiego na wytopienie 2 ton szkła należy odważyć
a) 250 kg dolomitu.
b) 300 kg dolomitu.
c) 360 kg dolomitu.
d) 400 kg dolomitu.

3. Do wytwarzania szkła optycznego dobierzesz piasek klasy

a) I.
b) II.
c) III.
d) IV.

4. W wyniku działania wysokiej temperatury z 1kg węglanu sodu otrzymuje się 0,585 kg

tlenku sodu. Oblicz jaką ilość czystego węglanu sodu należy odważyć, aby otrzymać
4,68 kg tlenku sodu
a) 6 kg.
b) 5 kg.
c) 8 kg.
d) 7 kg.

5. Wiedząc, że piasek szklarski zawiera 99,5 % SiO

2

to 160 kg tego piasku wprowadza do

szkła
a) 119.0 kg SiO

2

.

b) 159.2 kg SiO

2

.

c) 259.2 kg SiO

2

.

d) 309.2 kg SiO

2

.

6. Wiedząc, że w składzie chemicznym szkła jest 5 % Na

2

O a masa cząsteczkowa Na

2

O

wynosi 62 to liczba moli Na

2

O wynosi

a) 0,034.
b) 0,052.
c) 0,080.
d) 0,098.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

35

7. Po wytopieniu składników przedstawionej recepty na zestaw szklarski do szkła zostaną

wprowadzone tlenki

Recepta na zestaw szklarski do wytopienia 100 kg szkła.

Piasek – 98,5 kg
Soda – 36,0 kg
Dolomit – 14,0 kg
Skaleń – 7,5 kg

Razem 156 kg

a) K

2

O, Al

2

O

3

, CaO

,

Na

2

O, Li

2

O.

b) Al

2

O

3

, Na

2

O, MgO, K

2

O, SiO

2

.

c) SiO

2

, Al

2

O

3

, CaO, Na

2

O, MgO.

d) SiO

2

,K

2

O, MgO, Li

2

O, CaO.

8. Po wytopieniu zestawu szklarskiego w którym znajduje się 36 kg skalenia zawierającego

15% Al

2

O

3

do szkła zostanie wprowadzone

a) 3.4 kg Al

2

O

3

.

b) 4.3 kg Al

2

O

3.

c) 5.4 kg Al

2

O

3.

d) 5.6 kg Al

2

O

3

.

9. Wiedząc ż liczba moli w SiO

2

szkle wynosi 0,950 a masa cząsteczkowa SiO

2

wynosi 60 to

w składzie chemicznym szkła znajduje się
a) 57 % SiO

2

.

b) 64 % SiO

2

.

c) 69 % SiO

2

.

d) 74 % SiO

2

.

10. Wycofanie z przedstawionej recepty na wytopienie 100 kg szkła kwasu borowego

i zastąpienie go boraksem wymaga korekty na

Recepta na 100 kg szkła

Nazwa surowca

Ilość [kg]

Piasek szklarski

58,2

Skaleń

20,0

Dolomit

15,0

Kwas borowy

11,0

Soda

9,0

Kreda

3,8

Baryt

1.5

Razem

118,5

a) kredzie.
b) dolomicie.
c) sodzie.
d) barycie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

36

11. Wiedząc, że lotność tlenku sodu wynosi 3,5 % a soda zawiera 58 % Na

2

O, w zestawie

szklarskim na 100 kg szkła jest 30 kg sody, aby zachować stałość składu chemicznego na
sodzie należy wykonać korektę w naważaniu w ilości
a) 11,8 kg.
b) 13,6 kg.
c) 14,8 kg.
d) 16,2 kg.

12. Zgodnie z zamówieniem na wyprodukowanie 13000 wyrobów szklanych o masie

jednostkowej 0,2 kg i 2% odpadzie poprodukcyjnym, należy wytopić
a) 2002 kg szkła.
b) 2652 kg szkła.
c) 3650 kg szkła.
d) 4050 kg szkła.

13. Wprowadzono do zestawu 42 kg dolomitu zawierającego 32% CaO i 20% MgO do szkła

po wytopieniu zestawu zostanie wprowadzone
a) 11,40 kg CaO i 6,4 kg MgO.
b) 13,44 kg CaO i 8,4 kg MgO.
c) 10,44 kg CaO i 7,0 kg MgO.
d) 12,40 kg CaO i 9,4 kg MgO.

14. Zgodnie z przedstawioną receptą na 100 kg szkła procentowy udział piasku w zestawie

wynosi

Recepta na zestaw na 100 kg szkła

Nazwa surowca

Masa [kg]

Piasek szklarski

77

Soda

18

Kreda

11

Saletra potasowa

3,5

Baryt

0,5

Razem:

110

a) 56%.
b) 73%.
c) 65%.
d) 70%.

15. Wprowadzając do zestawu szklarskiego 120 kg węglanu zawierającego 56 % CaO do

szkła po wytopieniu zestawu zostanie wprowadzone
a) 56,2 kg tlenku wapnia.
b) 67,2 kg tlenku wapnia.
c) 76,2 kg tlenku wapnia.
d) 87,2 kg tlenku wapnia.

16. Wprowadzając do zestawu szklarskiego 70 kg sody o wilgotności 3 % konieczna jest

korekta w naważaniu sody w ilości
a) 1,2 kg.
b) 1,5 kg.
c) 2,1 kg.
d) 2,3 kg.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

37

17. Rachunkowa analiza zestawu szklarskiego jest wykorzystywana do

a) opracowania recepty na zestaw szklarski.
b) obliczania składu chemicznego surowców.
c) wykonania korekty recepty na zestaw szklarski.
d) obliczania składu chemicznego szkła.

18. Sporządzając receptę na zestaw szklarski do wytopienia szkła termometrycznego, należy

zastosować skład chemiczny szkła oznaczonego numerem

Procentowa zawartość tlenków w szkle [% wag]

Składy
szkieł

SiO

2

Al

2

O

3

Na

2

O

K

2

O

B

2

O

3

MgO

CaO

ZnO

PbO

1.

72

1

!3

-

-

0,5

12,5

-

-

2.

60

-

2

13

-

-

-

-

25

3.

78

1.9

2,5

2,5

13,1

1

1

-

-

4.

67

3,0

-

-

2,0

7,0

14,0

7

-

a) 1.
b) 2.
c) 3.
d) 4.

19. Wiedząc, że masa zestawu szklarskiego składającego się z surowców oraz stłuczki

wynosi 1360 kg a udział procentowy stłuczki w zestawie wynosi 40%, do zestawu należy
odważyć
a) 534 kg stłuczki.
b) 544 kg stłuczki.
c) 604 kg stłuczki.
d) 640 kg stłuczki.

20. Wiedząc, że w magazynie znajduje się 2 tony piasku a straty mechaniczne piasku wynoszą

2%, do operacji naważania pozostanie
a) 1600 kg piasku.
b) 1680 kg piasku.
c) 1800 kg piasku.
d) 1960 kg piasku.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

38

KARTA ODPOWIEDZI

Imię

i

nazwisko.............................................................................................................................

Opracowywanie receptur zestawu szklarskiego

Zakreśl poprawną odpowiedź.

Nr

zadania

Odpowiedź

Punkty

1

a

b

c

d

2

a

b

c

d

3

a

b

c

d

4

a

b

c

d

5

a

b

c

d

6

a

b

c

d

7

a

b

c

d

8

a

b

c

d

9

a

b

c

d

10

a

b

c

d

11

a

b

c

d

12

a

b

c

d

13

a

b

c

d

14

a

b

c

d

15

a

b

c

d

16

a

b

c

d

17

a

b

c

d

18

a

b

c

d

19

a

b

c

d

20

a

b

c

d

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

39

6. LITERATURA

1. Dobrzański S., Żołędziowski W.: Materiałoznawstwo szklarskie i ceramiczne.WSiP,

Warszawa 1978

2. Nowotny W.: Technologia szkła cz.2.WSiP, Warszawa 1986
3. Nowotny W.: Technologia szkła cz.1.WSiP, Warszawa 1975
4. Płoński I.(red.):Technologia szkła. Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1972
5. Wójcicki J.(red.):Technologia szkła 2. Wydawnictwo Arkady, Warszawa1987
6. Ziemba B.(red.): technologia szkła 1. Wydawnictwo Arkady, Warszawa1987