Содержание
Как делают стекло? | Вечные вопросы | Вопрос-Ответ
Мария Волуйская
Примерное время чтения: 3 минуты
27619
Категория:
Открытия
Основу стекла составляет один из самых распространённых материалов: кварцевый песок. Его подвергают специальной обработке, нагревая до критических температур. При этом отдельные частички песка сплавляются между собой. Затем следует быстрое охлаждение получившейся массы, в ходе которого песчинки просто не успевают вернуться в первоначальное состояние.
Процесс изготовления стекла состоит из нескольких этапов:
1. Песок плавят до жидкого состояния в специальной печи. Кварцевый песок плавится при температуре 2300 градусов Цельсия. Добавление карбоната натрия (соды) снижает необходимую для стеклообразования температуру до 1500 градусов Цельсия.
Однако сода вызывает разъедание стекла водой. Поэтому, чтобы нейтрализовать это явление, в стекло дополнительно вводят оксид кальция (известь).
2. В зависимости от назначения стекла в эту смесь добавляют другие химические вещества. Наиболее распространённая добавка для декоративных стекол — это оксид свинца, который обеспечивает блеск, а также низкую твёрдость, облегчающую резку. Чтобы сделать стекло более стойким, в него вводят оксиды магния или алюминия.
3. Чтобы придать стеклу нужный оттенок, в расплавленную массу добавляют оксиды различных металлов. Например, с помощью оксида железа его делают красным, оксида никеля — фиолетовым или коричневым, оксида урана — жёлтым. Медь или хром придают ему зелёный цвет разных оттенков.
4. Из расплавленной массы песка, соды, извести и других компонентов удаляют газовые пузырьки. Это подразумевает размешивание стекла до равномерной густоты и добавление таких веществ, как сульфат или хлорид натрия, оксид сурьмы.
5. Расплавленному стеклу придают форму.
Это можно осуществлять одним из следующих способов:
- Стекло выливают в ванну с расплавленным оловом, используемым в качестве субстрата, и продувают сжатым азотом для формования и полировки. Именно так производят листовое стекло с 1950-х годов.
- Расплавленную массу выливают в форму и дают стеклу остыть. Этот метод использовался египтянами, именно так создаётся большинство оптических линз.
- Стекло собирают на конце полой трубы, а затем выдувают его, поворачивая эту трубу. Стекло формуется благодаря продуваемому воздуху, силе тяжести, действующей на его расплав, и любым инструментам, которые использует стеклодув. Так изготавливают вазы, стаканы, ёлочные игрушки и другие объёмные предметы.
6. Стеклу дают остыть, после чего его вновь подвергают тепловой обработке. Делается это, чтобы стекло стало более прочным . Этот процесс называется отжигом, при нём удаляются все точечные источники напряжений, которые могут образовываться в процессе охлаждения стекла.
7. На завершающем этапе на стекло наносят различные покрытия, ламинируют или обрабатывают его каким-либо другим способом для повышения прочности и стойкости. Листовое стекло режут на стандартные листы.
- Как избавиться от разводов соли на обуви? →
- Как «укрепить» рассаду? →
- Чем лучше мыть окна? →
стекло
Следующий материал
Самое интересное в соцсетях
Новости СМИ2
Из чего делают стекло и как проходит этот процесс
Опубликовано:
Стекло: Pexels
Окна, украшения, посуда и декор.
Куда ни глянь — повсюду нас окружают стеклянные изделия. Люди научились производить стекло тысячи лет назад и с тех пор усовершенствовали этот процесс. Как и из каких компонентов его получают? Объясним простыми словами.
Из чего делают стекло?
Для его производства нужно натуральное сырье. Основное из них — песок, а точнее, его особый ингредиент — кварц:
- Оксид кремния (кварц) — основа стекла, 75% его состава. Его качество напрямую влияет на результат. Поэтому для производства стекла используют только отборный песок с минимальным процентом примесей (до 2%). Тогда материал получится прозрачным.
- Сода (около 15% состава) нужна, чтобы снизить температуру плавления песка и упростить процесс производства. Иначе песок пришлось бы помещать в температуру более 2000 °C.
- Оксид кальция, или известь (10% состава), обеспечивает водонепроницаемость. Без нее вода растворила бы материал. Но благодаря извести из стекла можно делать посуду, окна и пр.
Также для разных видов стекла используют оксиды щелочных материалов:
- оксиды натрия, кальция или алюминия — для изготовления окон;
- оксиды калия и свинца — для хрусталя;
- оксид алюминия — элемент сапфирового стекла для часов, отличающегося особой прочностью;
- оксиды бария, алюминия, бора — для оптики.
Стекло: Unsplash
Состав стекла может отличаться в зависимости от необходимого цвета. Чтобы придать ему оттенок, при выплавке добавляют особые красители, содержащие оксиды:
- Красный цвет получают благодаря оксиду железа.
- Ярко-желтый окрас обеспечивает оксид урана.
- Для зеленого стекла необходим оксид хрома и меди.
Как делают стекло?
Процесс производства стекла довольно опасен, так как требует очень высоких температур. Изучим его детальнее:
- Кварцевый песок помещают в печь и плавят до состояния жидкости. Добавление соды позволяет снизить температуру плавления до 1200–1600 °C. Однако из-за нее стекло стало бы неустойчивым к воде, поэтому к ней добавляют известь. Песчинки расплавляются и склеиваются между собой, образовывая «жидкое стекло».
- Далее в смесь добавляют другие компоненты (например, оксиды магния или алюминия), чтобы сделать стекло более прочным.
- Если необходимо придать материалу особый оттенок, добавляют оксид нужного металла.
- Полученную смесь размешивают так, чтобы из нее вышли пузырьки.
- Далее жидкому стеклу придают форму. Самый древний способ — вылить смесь в форму и дождаться остывания. Сейчас же ее отправляют в ванну с расплавленным оловом (температура — около 700 °C) и продувают сжатым азотом.
- Стекло охлаждают, а затем снова поддают тепловой обработке и удаляют несовершенства. После этого материал становится более прочным.
- Теперь на стекло можно наносить необходимые покрытия или резать для дальнейшего использования.
Стекло водонепроницаемо благодаря извести в составе: Unsplash
Стекло — материал очень хрупкий, но при этом довольно тяжелый. Поэтому на производстве продумана система перемещения готовых листов. После нарезания они попадают на стоплеровочную машину, а она при помощи присосок складывает стекло в стопки.
История стекла и интересные факты
Что известно о стекле? Родиной этого материала считается Древний Египет. Как пишет историк и главред журнала «Наука и техника» Наталья Беспалова, здесь его научились производить еще в третьем тысячелетии до нашей эры.
Однако геологи уверены, что история стекла началась гораздо раньше. Так называемый обсидиан (вулканическое стекло, произведенное естественным образом) использовали еще в каменном веке. За тысячи лет технология изготовления стекла, безусловно, изменилась, но базовые компоненты остались неизменными.
Во многом современный подход к производству стекла родился благодаря трудам Михаила Ломоносова. В XVIII веке ученый разработал технологию изготовления цветных прозрачных и непрозрачных стекол, используемых в частности для мозаик.
Мозаики из стекла: Unsplash
Уже в ХХ веке люди научились делать пуленепробиваемое стекло. Принцип такой: стеклянные листы укладываются слоями, а между ними помещается особая пленка. Впервые такое стекло было установлено в 1941 году в окна Овального кабинета Белого дома США.
Тем не менее самым дорогим в мире остается муранское стекло — материал, созданный по особым технологиям на острове Мурано недалеко от Венеции. Его начали производить в Х веке, и через несколько столетий оно стало знаменитым на весь мир.
Сегодня цена даже простейшего небольшого изделия из муранского стекла стартует от €15. Чтобы защитить подлинную технологию и избежать подделок, в 1994 году ассоциация производителей официально закрепила товарный знак Vetro Artistico Murano.
В наше время процесс изготовления стекла автоматизирован, но даже теперь он немного напоминает магию. Удивительно, что из подручных материалов создается нечто новое — то, что мы применяем ежедневно.
Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1661729-iz-chego-delayut-steklo/
Автор:Анастасия Нагорная
Этот регенеративный строительный материал сделан из песка и бактерий
(Inside Science) — Замки из песка могут с помощью бактерий вырастить копии самих себя и стать такими же прочными, как цемент, который обычно скрепляет кирпичи, новый исследование предполагает.
Такие живые материалы однажды помогут людям колонизировать Марс, добавили ученые.
После воды бетон является наиболее используемым материалом на Земле, из расчета около 3 метрических тонн, используемых в год на каждого человека в мире. Цемент, основной компонент бетона, является старейшим искусственным строительным материалом, восходящим к Римской империи.
Цемент и бетон мало изменились как технология за более чем столетие. Теперь ученые ищут вдохновение в естественных процессах, таких как то, как колонии коралловых полипов строят рифы.
«Мы хотим стереть границы между миром природы и искусственно созданной средой, между неживым и живым, и создать материал, который демонстрирует как структурные, так и биологические функции», — сказал ученый-материаловед Уил Срубар, возглавляющий Living Лаборатория материалов Колорадского университета в Боулдере.
Исследователи начали с песка, желатина и разновидности фотосинтезирующих бактерий, известных как Synechococcus, которые широко распространены в поверхностных водах океана.
Желатин удерживает влагу и питательные вещества для размножения бактерий и минерализации карбоната кальция таким же образом, как образуются морские ракушки.
В ходе экспериментов полученный материал был примерно таким же прочным, как обычные растворы на основе цемента.
«У меня на столе есть небольшой куб материала диаметром 2 дюйма, на котором я могу стоять, — сказал Срубар.
Материал не только живой, но и может воспроизводиться. Когда исследователи разрезают один из кирпичей пополам, бактерии могут помочь превратить эти половинки в два полных кирпича, если снабдить их дополнительным песком и желатином. Исследователи показали, что вместо производства кирпичей один за другим они могут вырастить до восьми кирпичей из одного.
«Обычные производственные подходы делают один виджет за раз, — сказал Срубар. «Используя один кирпич, чтобы вырастить два кирпича, затем четыре и так далее, мы можем исследовать идею экспоненциального производства строительных материалов.
Учитывая, что время — деньги, я думаю, что любой, кто занимается производством, сочтет ускорение производственного времени очень важным. интересно.»
Предыдущие исследования использовали бактерии для ремонта трещин в бетоне и нефтяных и газовых скважинах путем минерализации карбоната кальция. Однако в такой работе обычно использовались микробы, которые очень плохо себя чувствуют в типичных материалах, таких как цемент, который является очень кислым — только от 0,1 до 0,4 процента таких бактерий выжили через 30 дней. Напротив, в этой новой работе от 9% до 14% бактерий оставались жизнеспособными через 30 дней при условии поддержания влажности не менее 50%.
Одна из проблем, с которой столкнулись ученые, заключается в том, что материал должен быть полностью высушен, чтобы достичь максимальной прочности, но такая сушка приводит к стрессу для бактерий. Чтобы помочь сохранить микробы живыми, исследователи в настоящее время должны контролировать влажность, окружающую материал.
«Мы стремимся создать устойчивый к высыханию штамм бактерий, чтобы мы могли получить полную структурную способность, а также повысить жизнеспособность микробов в сверхсухих условиях», — сказал Срубар.
В общем, «мы особенно рады возможностям этой технологии материалов в суровых условиях с ограниченными ресурсами», — сказал Срубар. «Если у вас есть микроорганизмы, которые могут выращивать конструкционные материалы в отдаленных местах, это может помочь построить все, от военного объекта до человеческих поселений на других планетах».
Срубар сказал, что текущее исследование выступает в качестве доказательства концепции более сильных соединений, которые можно получить с помощью этой техники.
В конце концов, ученые предполагают использовать микробы, которые не только помогают строить материалы, но и придают структурам дополнительные биологические функции.
«Вы можете представить себе бактерии, которые производят материалы со способностями к самовосстановлению, или могут ощущать и реагировать на токсины в воздухе, или могут взаимодействовать с окружающей средой другими способами», — сказал Срубар.
«Творчеству нет предела».
«Я нахожу захватывающим, что эта новая работа разрабатывает действительно живые материалы, поскольку микроорганизмы, включенные в их материалы, выживали с очень высокой скоростью в течение нескольких недель», — сказала Энн Мейер, биолог-синтетик из Университета Рочестера. в Нью-Йорке, которые не принимали участия в этом исследовании. «Создание действительно живого материала дает возможность использовать методы генной инженерии для добавления дополнительных свойств микробам, живущим в материале. Не могли бы вы включить микроб, который мог бы реагировать на сигналы окружающей среды, чтобы изменить прочность или жесткость бактерий?»
Она добавила, что, возможно, удастся объединить новое исследование с работой ее лаборатории, которая использует 3D-принтеры для создания форм из бактерий.
Ученые подробно рассказали о своих выводах онлайн 15 января в журнале Matter.
[Эта статья впервые появилась на Inside Science. Оригинал читайте здесь.
]
Почему в мире заканчивается песок
Если вы планируете пляжный отдых, вам лучше поторопиться. Тревожная для вас статистика: 67% пляжей Южной Калифорнии? ИСЧЕЗНУТ к 2100 году. Все из-за песка. Даже если вы не думаете о зернистости, вы используете ее ежедневно. Вы читаете это с чего-то, сделанного из песка, смотрите на это через экран из песка, окруженный зданиями из бетона. Я мог бы дать вам догадаться, что в бетоне, но я подозреваю, что вы уже улавливаете тему здесь. Ниже приводится стенограмма видео.
Я постараюсь сделать это быстро, так как у нас мало времени. В мире заканчивается песок.
Сумасшедший, верно? У нас буквально тонны его на пляжах, в пустынях и под океаном, но мы используем его быстрее, чем планета может его произвести.
Мы используем песок больше, чем вы ожидаете. Ежегодно во всем мире мы проходим через 50 миллиардов тонн песка. Это в два раза больше, чем каждая река в мире.
После воздуха и воды песок является наиболее используемым природным ресурсом.
Мы используем его даже больше, чем масло.
Используется для производства продуктов питания, вина, зубной пасты, стекла, компьютерных чипов, грудных имплантатов, косметики, бумаги, красок, пластика.
Так откуда все это взялось? Что ж, давайте спросим у Винса Бейсера! Он написал книгу на эту тему под названием «Мир в зерне».
Винс Бейсер: «Итак, песок, который мы используем, называется «морским песком». Это песок, который вы найдете на дне рек, на пляжах и на дне озер и океанов».
Я знаю, о чем вы думаете, и нет, мы не можем использовать песок из пустыни. Ветровая эрозия делает зерна слишком круглыми для большинства целей. Нам нужен угловатый песок, который сцепляется, как кусочки пазла. Подобно песку, образовавшемуся из горных пород, забросанному дождями, ветром и реками более 25 тысяч лет.
Основным игроком на рынке песка является бетон. Хорошо, просто уточню: цемент — это клей на основе извести и глины, который скрепляет все вместе, а бетон — это готовый продукт, по которому вы ходите, едете и живете внутри.
Бетон состоит из 10% цемента (извести и глины), 15% воды и 75% песка. Бетон, необходимый для строительства дома, требует в среднем 200 тонн песка, больница использует 3000 тонн, а миля шоссе требует 15000 тонн.
Понятно, что ежегодно в мире производится более 4 миллиардов тонн бетона. Нам нужно больше с каждым годом. Количество и размеры наших городов стремительно растут, особенно в развивающихся странах.
Это изменение наиболее заметно в Китае, где сейчас находится крупнейшая городская территория в мире — дельта Жемчужной реки. От 42 до 60 миллионов человек называют дельту своим домом. Сейчас в Китае 102 города с населением более миллиона человек. В Европе их 38. Для всех этих новых городов нужно много бетона.
В период с 2011 по 2013 год Китай использовал больше бетона, чем США за весь ХХ век. Еще раз: за три года Китай построил эквивалент каждой автомагистрали автомобильного моста в США. И плотина Гувера
Так что не возмутительно слышать, что Китай также опережает мир в производстве цемента.
МНОГО: 2500 метрических тонн в год.
Для изготовления всего этого цемента потребуется много песка. Большая часть его поступает из дноуглубительных работ на озере Поянху. Ежегодно из него добывают около 236 кубических метров песка, что делает его крупнейшим песчаным карьером в мире.
Но песок используется не только в бетоне. Китай также использует тонны песка для строительства островов в Южно-Китайском море, расширяя свои позиции в регионе.
И Китай не единственная нация, строящая острова из ничего. Вы видели это раньше. Пальмовые острова и Мир были крупными проектами по строительству островов в Дубае, и для их строительства потребовалось 186,5 миллионов метров песка. Это истощило морское дно вокруг Объединенных Арабских Эмиратов, и импорт песка из Австралии стал единственным вариантом при строительстве самого высокого здания в мире, Бурдж-Халифа.
Неудивительно, что добыча песка — это отрасль стоимостью 70 миллиардов долларов.
Винс Бейсер: «Самый простой, дешевый и качественный песок на самом деле поступает из русла рек. Его очень легко достать, нужно просто отправить лодку на середину реки с большим всасывающим насосом. как большая соломинка, которую опускаешь на дно реки, высасываешь со дна весь этот песок».
Проблема решена? Неа! Океанское дно не состоит из нескольких миль песка. Это тонкий слой над камнем, и этот слой является домом для микроорганизмов, которые питают основу пищевой цепи. Сбор этого песка нарушает рыбалку в этом районе и ландшафт на берегу. При удалении песка с морского дна берег над водой сползает в долину, чтобы выровняться. Это по-прежнему оставляет прибрежные сообщества уязвимыми для затопления и эрозии.
Винс Бейсер: «Недавние наводнения в Хьюстоне на самом деле усугубились из-за добычи песка в реке Сан-Хасинто. Сан-Хасинто — одна из рек, граничащих с Хьюстоном. Это также отличный источник песка.
сильно для песка в течение последних десяти, двадцати лет «.
С 2008 года до 90% мировых пляжей сократились в среднем на 40 метров. Если вы не заметили изменений на вашем любимом пляже, вы не одиноки. Популярные берега пополняют свои умирающие пляжи еще большим количеством песка, привезенного из других мест. И если мы продолжим в том же духе: к 2100 году почти 70% живописных пляжей Южной Калифорнии могут быть полностью разрушены эрозией.0003
Правительства во всем мире начали регулировать и ограничивать добычу песка и производство бетона. Теперь проблема решена, верно? На самом деле, это вызвало совершенно новую проблему: черный рынок песка Незаконная добыча песка привела к возникновению песчаной мафии, сильнейшей преступной организации Индии.
Эта взаимосвязанная группа бизнесменов, водителей и преступников использует свое влияние, и если это не удается, насилие и убийства, чтобы поддерживать движение песка, нелегального песка приносит 2,3 миллиарда долларов в год, заставляя 75 000 бедняков Индии нырять в поисках песка в реках.
Дайверы работают по 12 часов в день, ныряют до 200 раз и зарабатывают всего 15 долларов за лодку. Многие страдают от кровоточивости ушей и головных болей. О смертях и утоплениях не сообщается.
Во всем мире незаконная добыча песка уничтожила целые острова. Два десятка индонезийских островов исчезли примерно в то же время, когда Сингапур импортировал 17 миллионов тонн для расширения суши на 50 миль. Только в 2010 году десяткам малазийских чиновников были предъявлены обвинения в получении взяток и сексуальных услуг за ввоз нелегального песка.
Винс Байзер: «Первое, что мы увидим в этой стране, что-то вроде канарейки в угольной шахте, которая действительно даст нам понять, что дела начинают ухудшаться, — это цены. Я Я считаю, что это одна из причин того, что цены на жилье так сильно выросли почти во всех крупных городах Америки, потому что цена на песок за последние 30–40 лет выросла примерно в пять раз. строишь дом, конечно, это песок для бетона».
У нас есть несколько альтернатив. Хотя дробление камней и переработанного бетона стоит дорого, его можно использовать для создания песка бетонного качества. Стеклянные бутылки можно измельчать, чтобы получить «переработанный стеклянный песок» для пополнения пляжей. Да, это абсолютно безопасно, и нет, оно вас не порежет.
Наконец, Экологическая программа ООН предлагает улучшить цены и налоги на добычу песка, чтобы стимулировать эти альтернативы. Они также рекомендуют немедленную необходимость создания правил во всех странах, а также в международных водах.
Винс Бейсер: «Вопрос не в том, «как мы можем использовать меньше песка?», а в том, как мы можем использовать меньше всего?» Деревья, вода, рыба, мы злоупотребляем всеми этими вещами, и песок — это еще одна вещь, которую мы должны добавить в список. лет. Большинство из них захотят потреблять ресурсы так, как это делаем мы в западном мире, а это просто физически невозможно».