М. Елисеева, С. С. Гончарова СТЕКЛО: ВЕЩЕСТВО ИЛИ

Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №5
М. Елисеева, С. С. Гончарова
ГБОУ СОШ № 138 СЗОУО ДО, Москва, Россия
СТЕКЛО: ВЕЩЕСТВО ИЛИ МАТЕРИАЛ?
Неправо о вещах те думают, Шувалов,
Которые Стекло чтут ниже Минералов,
Приманчивым лучем блистающих в глаза:
Не меньше польза в нем, не меньше в нем краса.
...
Далече до конца Стеклу достойных хвал,
На кои целый год едва бы мне достал.
Затем уже слова похвальны оставляю
И что о нем писал, то делом начинаю.
М.В. Ломоносов.
Цель данного проекта: изучение свойств стекла, позволяющего использовать его как вещество и материал, а также способы его переработки.
Весна… Первые теплые денёчки заставили проснуться не только растения, но и любителей отдохнуть на природе. А вы видели, что остаётся в
местах отдыха после выходных? Пакеты, бумага, пластиковые и стеклянные
бутылки… Если это организованное место, то шанс увидеть территорию чистой к следующим выходным есть. А если место отдыха стихийное?
Стекло как тара безвредно, гигиенично. Но! Оно надолго останется в
окружающей природе. А если эту тару ещё и разбили, то она может причинить вред не одному десятку человек.
Проблема утилизации мусора остро стоит во всех странах. Как ни
странно, небольшое количество стран имеет эффективные технологии переработки стекла. Почему так?
Я решила разобраться в этом вопросе. Для достижения поставленной
цели необходимо решить следующие задачи:
119
Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №5
− изучить историю стекла;
− изучить способы изготовления разных видов стёкол и изготовить их;
− изучить свойства полученных видов стёкол;
− провести анализ полученных результатов и на его основе рассмотреть способы утилизации стекла.
Моя гипотеза: если стекло – вещество, тогда из него можно получать
другие вещества. Если же стекло – материал, то необходимо его переработать.
Изготовление стекла считалось прежде большим искусством. Дошел
рассказ, что во времена римского императора Тиберия (42 г. до н. э.) некто
открыл небьющееся стекло. Тиберий приказал казнить этого человека,
чтобы его открытие не привело к обесцениванию стекла. Сегодня изобретатели, работающие в области стеклянной индустрии, могут не опасаться
подобной участи. Напротив, все усилия сводятся к тому, чтобы сделать
стекло как можно дешевле.
Стекло как материал имеет многовековую историю. В развитие науки и практики стеклоделия значительный вклад внесли российские ученые:
М. В. Ломоносов, Д. И. Менделеев, Н. И. Китайгородский и др. Свойства
стекла как аморфного вещества, с одной стороны, наделяющего его хрупкостью, в чём его недостаток и неприменимость для изготовления, например, инструментов, к которым предъявляются требования повышенной
прочности (былой недостаток — сейчас он в ряде случаев, и рядом технологических методик преодолён), с другой стороны, это отсутствие кристаллической решётки дало ему и преимущество, которое является причиной того, что с первыми в истории медицинскими, хирургическими инструментами по их остроте, возможностям заточки, до сих пор не может
сравниться ни один металлический скальпель.
В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, стекла бывают оксидными (силикатные, кварцевое, германатные,
фосфатные, боратные), фторидными, сульфидными и т. д.
120
Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №5
Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO2), соды (Na2CO3) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na2O*CaO*6SiO2.
Первым русским учёным, изготавливавшим стекло, был М.В. Ломоносов. М. В. Ломоносов и его однокашник Дмитрий Виноградов, создатель
русского фарфора, первыми заявляют о необходимости знания химии для
создания стёкол.
В своей практической работе я получила несколько видов стёкол по
старинным и современным рецептам. Провела анализ полученных стекол
по физическим и химическим свойствам.
Проблема переработки стеклобоя в настоящее время стала одной из
наиболее остростоящих и для этого есть причины:
•
на производство стеклянной продукции требуются огромные энергозатраты;
•
стеклобой является одним из наиболее сложноутилизируемых отходов.
Учитывая весомую долю стеклобоя в общем объеме бытовых от-
ходов (по данным МГУП «Промотходы» только в Москве скапливается
до 160 000 тонн стеклобоя в год, что достигает 20% в общей массе),
возникает необходимость разработки технологий по использованию
стекольных отходов.
Приоритетным направлением применения стеклобоя (ввиду содержания в нем кремнезема, щелочных оксидов, Al2O3 и CaO) является
получение вяжущих материалов. Наиболее перспективным направлением в данной области является производство пеностекла — высокопористого неорганического теплоизоляционного материала, получаемого
спеканием тонкоизмельченного стекла и газообразователя. Сырьем для
его производства может служить как стеклобой, так стекломасса, сваренная из кварцевого песка, известняка, соды и сульфата натрия. При
этом использование стеклобоя, из-за его низкой стоимости на российском рынке, ведет к значительному удешевлению производства. Благодаря тому, что пеностекло практически на 100% состоит из стекла, оно
121
Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №5
имеет широкий температурный диапазон применения, является негорючим, стойким к агрессивным средам и не дает усадки. Поэтому и область его применения достаточно широка: от промышленного и гражданского строительства до атомной промышленности. Мировым лидером по производству пеностекла является корпорация Pittsburg Corning
(США). Так же пеностекло производится в Китае (Lanzhou Pengfei Heat
Preservation Co., Ltd.), Белоруссии (ОАО «Гомельстекло»), а с недавнего
времени
и
в России
(ЗАО «Пеноситал», ООО
«Экспресс-
Стройиндустрия», Penostek).
Рентабельность производства данных материалов весьма высока.
Возникает вопрос: почему так мало производств, применяющих данные
технологии? Ответ очевиден – для организации производства материалов
на основе стеклобоя необходимы существенные капиталовложения в специализированное оборудование. К тому же, имеются проблемы с сырьем –
несмотря на большие запасы и низкую стоимость стеклобоя в России,
предприятий занимающихся его сбором и реализацией – единицы, соответственно, могут потребоваться дополнительные затраты на организацию
собственно сбора стеклоотходов. В этом направлении уже делаются шаги,
но информированность населения недостаточно высока.
После выполнения проектной работы был собран большой материал
об истории стекла, его производстве и применении, а также о способах переработки. В школьном кабинете химии организована выставка «Стекло:
вещество и материал». Экспонаты этой выставки используются как во
время уроков, так и для проведения внеурочных мероприятий.
122