مقاله 116 : شیشه های سربی

[zeinab68]

نویسنده: حمید کیامیری
تحصیلات: مهندسی مواد-سرامیک
شغل: مدير توليد شركت بلورك البرز (سازنده انواع ظروف خانگي و بلورهاي صنعتي)
ممیز ISO 9001 , ISO 14000
مشاور صنايع شيشه و مواد اوليه
مترجم متون تخصصي شيشه

مسايل محيط زيست در توليد كريستال سربي



1-اشكال مختلف آلودگي ناشي از توليد كريستال



مسايل محيط زيست در توليد شيشه هاي كريستال سربي تحت تاثير سمي بودن تركيبات سرب و همچنين اسيدهاي مورد استفاده در قسمت پوليش شيشه قرار دارد.

در فرآيند توليد شيشه هاي كريستال آلودگي محيط به چند شكل صورت مي گيرد:

الف-پراكنده شدن ذرات نرم اكسيدهاي سرب هنگام باردهي به كوره

ب-بخارات تركيبات سرب ناشي از تبخير اين مواد از سطح مذاب در جريان فرآيند ذوب و تصفيه شيشه

ج-جدا شدن ذرات ريز شيشه (حاوي اكسيد سرب) هنگام تراش دادن سطح اشيا كه به پساب كارگاه مربوطه وارد ميشود.

د-انتشار و پخش تركيبات فلوريدي در قسمت پوليش اسيدي شيشه هاي كريستال.



ورود سرب به بدن انسان از طريق تنفس ذرات آن در فضا صورت مي گيرد و اين ماده به ندرت از طريق پوست جذب مي شود. ايجاد مسمويت توسط سرب در بدن بيشتر بصورت تدريجي صورت ميگيرد و تاكنون در صنعت مواردي از مسموميتهاي حاد آ» مشاهده نشده است.

در نتيجه ميزان سمي بودن تركيبات سرب به درجه حلاليت آنها در آب بستگي دارد. در اين رابطه نيترات سرب سمي ترين نمك سرب و سيليكات سرب داراي كمترين سميت است. اكسيدهاي سرب كه در توليد شيشه هاي كريستال سربي كاربرد دارند در وضعيت بينانيني قرار دارند.



2-روشهاي موثر در حذف يا كاهش آلودگيها



در عمل بمنظور حذف يا كاهش آلودگيها ناشي از تركيبات سرب اقدامات ذيل را ميتوان به مرحله اجرا گذاشت:



1-به منظور شارژ مواد به كوره از سيستم هاي بسته انتقال بار استفاده شود. شارژ سيليكات هاي سرب بجاي اكسيد آن ميزان تبخير اين ماده را تا 80 درصد كاهش ميدهد.

2-همچنين در زمينه جلوگيري از انتشار ذرات اكسيد سرب از طريق دودكش كوره به فضاي اطراف معمولا" *****هاي مخصوصي در دهانه خروجي گازها نصب مي گردد. اين *****ها قادر است بخش اعظم تركيبات سرب را جذب نمايد.

3-به منظور جداسازي ذرات و نرمه هاي شيشه كريستال حاوي اكسيد سرب در پساب قسمت تراش و كننده كاري كريستال. معمولا" در مسير عبور پساب در كانالهاي زيرزميني موانعي ايجاد مي شود. مقدار سرب موجود در پساب اين قسمت كه عمدتا" در داخل ذرات شيشه قرار دارد حدود 0.8 ميلي گرم در ليتر است.

پساب ناحيه تراش كريستال پس از حذف ذرات شيشه و عبور از *****هاي شني ساده مجددا" جهت همين عمليات قابل استفاده خواهد بود.

4-عمده ترين عامل آلوده كننده محيط زيست را بايستي در واحد پوليش اسيدي شيشه هاي كريستال جستجو نمود.





3-استانداردهاي محيط زيست در توليد كريستال



مقررات محيط زيست در بسياري از كشورها ايجاب مي كند كه ميزان پخش فلوريدها در هر متر مكعب از هواي خروجي واحدهاي صنعتي نبايستي بيشتر از 5 ميلي گرم باشد. در حاليكه هواي منتشر شده از يك واحد پرداخت اسيدي حاوي 500 تا 1000 ميلي گرم فلوريد در هر متر مكعب از هوا است.

بديهي است اين حجم از تركيبات فلوريد و همچنين بخارات اسيد فلوئوريدريك بايستي به شكل مطلوب خنثي سازي شود.

در زمينه كاهش آلودگي پساب قسمت اسيدكاري نيز حداكثر مقادير مجاز تركيبات شيميايي جاري به رودخانه و ساير منابع آبهاي سطحي بايستي در محدوده مقادير زير باشد:

حداكثر ميزان سولفات =3000 ميلي گرم در ليتر

فلوريدها=30 ميلي گرم در ليتر

خنثي سازي پساب واحد پرداخت اسيدي با كمك آب آهك صورت ميگيرد و در طي آن واكنش هاي اساسي زير اتفاق مي افتد:



2HF+ Ca(OH)2 -------- CaF2+2H2O



H2So4 + Ca(OH)2 -------- CaSo4+2H2O



H2SiF6 +3Ca(OH)2 -------------- 3CaF2 +SiO2 +4H2O



در واحدهاي بزرگ تر توليد شيشه هاي كريستال خنثي سازي پساب بايستي به صورت پيوسته انجام شود.

گچ حاصل از واكنش آب آهك با اسيد سولفوريك موجود در پساب داراي خلوص بالايي است و مي تواند پس از جداسازي در كارهاي ساختماني و يا توليد سيمان مورد استفاده قرار گيرد.

 

[zeinab68]

مشكلات ذوب شيشه هاي كريستال سربي



فرآيند ذوب شيشه هاي كريستال سربي با برخي مشكلات توام است كه گاه كيفيت محصولات توليدي را بشدت تنزل مي دهد. اهم اين موارد مي توان به صورت زير خلاصه و جمع بندي نمود:



1-در طول زمان ذوب مواد، اكسيد سرب به سرب فلزي احيا شده و در كف كوره ته نشين مي شود. ته نشيني شرب فلزي موجبات خوردگي نسوزهاي كف كوره را فراهم مي آورد. به همين علت ذوب شيشه هاي كريستال بايستي در محيط كاملا" اكسيدي انجام شود.



2-تبخير شديد اكسيد سرب از سطح مذاب( بين 20 تا 30 درصد اكسيد سرب در جريان ذوب مواد در كوره تبخير مي شود) و كندانسه شدن آن در سقف كوره، علاوه بر ايجاد خوردگي، باعث بوجود آمدن چكه هاي سقفي مي گردد. وجود رگه هاي غيرهموژن زرد رنگ در محصول ناشي از برگشت بخارات كندانسه شده بدرون مذاب است. در كوره هاي ريجنراتو نيز اين بخارات در شبكه چكرهاي كوره فعل و انفعالاتي انجام مي دهد و نهايتا" باعث انسداد مجاري عبور هوا در ريجنراتورها مي گردد.



3-در صورت وجود مقادير زيادي SO2 در محيط، لايه هايي از سولفات سرب در سطح شيشه تشكيل مي شود. در دماهاي بالاتر از 1000 درجه سانتيگراد سولفات سرب از سطح مذاب تبخير شده و در نتيجه در سطح آن لايه اي غني از سيليس (كريستوباليت) تشكيل مي شود. وجود اين لايه علاوه بر ايجاد كف مي تواند به تشكيل كريستال هاي سيليس در مذاب منجر شود. به همين دليل در تصفيه شيشه هاي كريستال سربي نمي توان از سولفات سديم يا كلا" يون سولفات استفاده كرد.



4-در صورت افزايش مقادير آرسنيك به بيش از 3.5 درصد به علت تشكيل آرسنات سرب شيشه به رنگ شيري در مي آيد. همچنين تيتان مي تواند با تشكيل تيتانات سرب، رنگ شيشه را تا حدي شيري نمايد. اگر مقدار K2S موجود در پتاس يا كربنات پتاسيم بيش از 1.5 درصد باشد، شيشه كريستال كدر مي شود.



5-در كوره هاي ذوب الكتريكي شيشه كريستال، از الكترودهاي موليبدن نمي توان استفاده كرد، زيرا اين فلز در مذاب به شدت حل مي شود. در اين زمينه مي توان از الكترودهاي سراميكي حاوي قلع استفاده نمود.

 

[zeinab68]

شیشه سربی محافظ تشعشع اشعه x




اگر تشعشعات اشعه X به بدن انسان نفوذ كند، براي اندام و بافت انساني بسيار مضر است. شيشه هاي محافظت كننده تشعشعات اشعه x بنامهاي RD 50 و RD 30 (ساخت كشور Schott آلمان) بصورت مطلوبي از نفوذ اشعه هاي ايكسي كه از شكافت هسته اي ايجاد مي گردد، جلوگيري مي نمايد. اين شيشه ها به رنگ كهربايي و شامل درصد بالايي از اكسيد سرب( تقريبا" 70% اكسيد سرب ) است كه سبب جذب اشعه مي گردد. داراي دانسيته بسيار بيشتر از شيشه فلنيتي است. اين شيشه ها با وجود اينكه ضريب شكست بالايي دارند ولي عبور نور زيادي از خود نشان ميدهند و در نتيجه شفافيت فوق العاده اي دارند. همچنين به اين نوع شيشه ها سرب نورد شده (rolled lead) و يا ورق سرب (sheet lead) گفته مي شود و داراي استانداردهاي صنعتي IEC 61331-2 و DIN 6841 مي باشد.


RD 50





RD 50 به دو صورت وجود دارد:

1-كيفيت Fluoroscopic:

نقاط اصلي اين شيشه شامل هيچ نوع عيب قابل رويت (با چشم غير مسلح) نيست. حبابهاي هوا در اين نقاط نبايد بزرگتر از 0.5 mm باشد.

2-كيفيت Protectiveك

در اين نوع كيفيت ممكن است انواعي از عيوب وجود داشته باشد ولي خصوصيت حفاظت كننده اين شيشه ها از بين نمي رود.

سايزهاي بزرگتر با 2.1 mm سرب براي نيازهاي ويژه قابل دسترسي است. مقادير بالاتر از 10 mm مي تواند چندين قطعه بهم متصل شده و طلقي باشد.



مشخصات شيشه RD 50 :

مقدار اكسيد سرب (PbO) < 65%

مقدار اكسيدهاي سنگين فلزي< 70%

دانسيته ρ < 5.05 g/cm3

ضريب شكست nD = 1.79

سختي نوپH k= 360

Hydrolytic class 3

نقطه كرنش 444 0c

نقطه تنش زدايي 467 0c

نقطه نرم شوندگي 603 0c

ضريب انبساط حرارتي -1 grd 73.7*10-1: ( α (20-300 0c



حداقل مقدار سرب در برابر انرژي تشعشعي

 

[zeinab68]

كاربردها:

1-پزشكي:





حفاظت كننده مونيتورنيگ فرآيند X-Ray و پنجره با سطح زياد براي كنترل، (ساخته شده از RD 50 در يك كيلينيك شهر هامبورگ)




جهت سرعت و استفاده آسان: ديوار متحرك ساخته شده از RD 50




در اطاق ماموگرافي: محافظ تشعشع ساخته شده از RD 30 سبب مي شود تا تكنسين نزديك بيمار مشغول به فعاليت باشد.

2-تحقيقاتي:




در تحقيقات طرح و توسعه (R & D) استفاده مي گرد. مانند: Glove-box كه سبب مي گردد تكنسين بتواند با مواد تابش كننده اشعه براحتي كار كند. شيشه محافظت كننده تشعشع RD 50 حفاظت از تابش را برعهده دارد.



3-صنايع:




كاربرد RD 50 در تست مواد





توجهات:

1-بسته به نوع تشعشع، يكي از اين شيشه ها محافظت كننده استفاده مي شود.

2-RD 50 بالاترين جذب تشعشع را با كمترين ضخامت ارائه ميدهد.

3-RD 30 مثل شيشه هاي ايمني داراي مقاومت به شوك خوبي است.

4-RD 50 و RD 30 مي توانند تبديل به شيشه دوجداره شوند.

5-RD 50 و RD 30 مي توانند تبديل به شيشه ايمني طلقي شوند.

6-شيشه محافظ تشعشع بايد از داخل در قاب قرار گيرد تا سبب گردد از تاثيرات محيطي و هوازدگي به دور باشد.

7-اصولا" شيشه سربي بايد توسط شيشه برهاي ماهر بريده شود.








8-RD 50 و RD 30 ضايعاتي به دو روش جمع آوري مي شود:

الف- هر قطعه اي از آن بايد در محل شيشه هاي سربي ضايعاتي قرار گيرد. اين ضايعات مي تواند بعنوان سرب در تركيب شيميايي شيشه استفاده شود.

ب- اين قطعات مي توانند جمع آوري شود و به شركت هايي كه تركيبات سربي توليد مي كنند، فروخته شود. اين احتمال وجود دارد هنگامي كه قيمت كالاهاي سربي در بازار زياد شود به قيمت مناسبي فروخته مي گردد.

هر دو روش فقط بصورت قطعات درشت قابل اجرا است و باقيمانده هاي ريز و برش خورده (پودر، دوغاب و ...) و ديگر نوع ضايعات قابل استفاده نيست.

9-مجموع طيف عبوري با ضخامت 10 mm، بجز پرت بازتاب آن، بيشتر از 99 % مي باشد.

10- RD 50 ، عدد 50 بخاطر " حداقل دانسيته 5.05 g/cm3 مي باشد. (نقطه نرم شوندگي 603)

RD 30 ، عدد 30 بخاطر " حداقل دانسيته 3.13 g/cm3 مي باشد.(نطه نرم شوندگي 620)

 

[zeinab68]

مقايسه شيشه با مواد سنتزي (اكريليك)

شيشه هاي محافظت كننده اشعه ايكس RD 50 و RD 30 نسبت به اكريليك با درصد يكسان سرب، بسيار نازكتر و سبك تر مي باشد.



ضخامت و وزن اين دو با درصد يكسان سرب 2.2 mm

RD 50 و RD 30 همواره نياز به كار بر روي لبه دارند ولي اكريليك اينگونه نيست.

RD 50 و RD 30 پويا هستند و بنابراين آنها به راحتي محيط زيست را آلوده نمي كنند.

RD 30 سكوريت مي گردد.

مي توانند دوجداره گردند.

مي توانند طلقي گردند.

جذب بخارات مواد سنتزي دارند.

RD 50 و RD 30 مقاومت بيشتري در برابر خراش دارند.

RD 50 و RD 30 قابل اشتعال نيستند. نقطه نرم شوندگي RD 50 تقريبا" 603 و نقطه نرم شوندگي RD 30 حدود 620 مي باشد. از سوي ديگر اكريليك قابل اشتعال است لذا قابليت سوختن دارد. نقطه نرم شوندگي پلاستيك ها تقريبا" 100 تا 300 مي باشد. اگر آتش آنها خاموش شود، به تركيبات سمي تجزيه مي شوند (براي مثال گازهاي سمي) و به طبع آن روي گرما تاثير مي گذارند.