نتطرق في هذا المقال من مقالات مدونة (مصنع) المتخصصة، نتطرق الى شرح اشكال الزجاج الرملي مع توضيح طرق تحويل الرمال الى زجاج والشروط والخصائص والوظائف الخاصة بالزجاج الرملي بشكل عام.
الزجاج عبارة عن رمل سائل تم تحويله إلى مادة صلبة شفافة. تتم العملية الكيميائية لصناعة الزجاج عن طريق تسخين رمل الكوارتز، المعروف أيضًا باسم رمل السيليكا، إلى درجات حرارة أعلى من 3090 درجة فهرنهايت حتى يذوب في سائل صافٍ.
بمجرد أن يصبح الرمل في حالة سائلة، يتم تبريده ويخضع لعملية تحول لا تسمح له بالتحول بالكامل إلى مادة صلبة. وبدلا من ذلك، يعمل الرمل المبرد كسائل متجمد في حالة تعرف باسم مادة صلبة غير متبلورة، وهي مزيج بين مادة صلبة وسائلة. ولم تعد النتيجة الرمال الصفراء المعتمة، بل اللوح الشفاف الذي نعرفه بالزجاج.
للزجاج نطاق واسع من التطبيقات في جميع أنحاء العالم، ولكن كيف يتم تصنيعه؟ تتضمن العملية الجمع بين المكونات الرئيسية، وهي الصودا والحجر الجيري وبالطبع رمل السيليكا. كلما زادت كمية السيليكا ونقاوتها الكيميائية في الرمال المستخدمة في صناعة الزجاج، كلما كانت جودة الزجاج المنتج أفضل، سواء من حيث المظهر أو الوظيفة. دعونا نلقي نظرة أعمق على الدور الذي يلعبه رمل السيليكا في صناعة الزجاج.
رمل السيليكا، المعروف أيضًا بالرمال الصناعية، هو رمل عالي النقاء يتكون من عنصرين رئيسيين – السيليكا والأكسجين. إن محتواه العالي من السيليكا والأكسجين يمنحه مجموعة فريدة من الخصائص التي تجعله مناسبًا لعدد كبير من التطبيقات. أحد تطبيقات رمل السيليكا هو صناعة الزجاج.
- اقرأ ايضا: لماذا تستخدم مظلات خارجية للمحلات
ما هو رمل السيليكا وكيف يصنع منه اشكال الزجاج الرملي
يسمى رمل السيليكا، ويمكن أن يسمى أيضًا الرمل الصناعي، أو الرمل الأبيض، أو رمل الكوارتز، يتكون بشكل أساسي من الأكسجين والسيليكا. في صناعة الزجاج، يمكن أن يطلق عليه ببساطة “الرمل” لصنع الزجاج، لأن هذا هو استخدامه الرئيسي. يجب أن يحتوي الرمل على 95% SiO2 على الأقل وأقل من 0.6% من أكسيد الحديد حتى يتم تصنيفه على أنه رمل سيليكا. سيتم تصنيف الرمل المعني على أنه رمل عادي ولن يتم استخدامه في عملية صناعة الزجاج إذا لم يتم استيفاء هذه المتطلبات.
وبصرف النظر عن صناعة الزجاج، فإن رمل السيلكا له عدد من التطبيقات، بما في ذلك:
- في الملاعب الرياضية وملاعب الجولف لدعم الصرف السليم
- في التفجير الصناعي كمادة كاشطة معدنية
- في أنظمة ترشيح المياه
- في الطلاءات والدهانات، لتحسين متانة ومظهر الطلاء
- لبناء وتزجيج السيراميك مثل بلاط الأرضيات وأدوات المائدة وغيرها
يحتوي رمل السيليكا على كمية محددة من أكسيد الحديد وSiO2 ليكون مؤهلاً لرمل السيليكا. يُطلق على الرمل العادي أيضًا اسم الرمل البني، أو رمل الفلسباثيك، أو رمل البناء نظرًا لأن تطبيقه الأكثر شيوعًا هو في صناعة البناء والتشييد. عادةً، تحتوي الرمال البنية على نسبة كبيرة من السيليكا، تصل أحيانًا إلى 80%، بالإضافة إلى البوتاسيوم والكربونات والحديد والمعادن النزرة الأخرى.
هذه العناصر الإضافية تجعل الرمل العادي أكثر تفاعلا من رمل السيليكا، وهو خامل نسبيا. عادةً ما يكون لون الرمل العادي أغمق مقارنةً برمل السيليكا، واعتمادًا على الجانب الجغرافي للمكان الذي يوجد فيه، تكون بعض الظلال سوداء وخضراء ووردية. لذلك من السهل التمييز بين الرمل العادي ورمل السيليكا من خلال الحكم على مظهره.
لماذا يستخدم رمل السيليكا في صناعة الزجاج
ثاني أكسيد السيليكون ضروري لصناعة الزجاج. نظرًا لأن رمل السيليكا يحتوي على نسبة عالية من ثاني أكسيد السيليكون، فهو أحد أهم المواد في صناعة الزجاج. لاحظ أن رواسب الرمال لن تكون جميعها بالنقاوة المطلوبة لاستخدامها في صناعة الزجاج، حيث أن أقل من 1% من 50 مليار طن من الرمال المستخرجة سنويًا تلبي المعايير المطلوبة.
سيكون لدرجة نقاء رمل السيليكا المستخدم تأثير مباشر على صفات مثل متانة الزجاج الذي يتم إنتاجه وقوته وشفافيته. بالنسبة لمنتجات مثل الزجاج الأمامي للسيارات، من الأهمية بمكان استخدام رمل السيليكا عالي الجودة فقط. وذلك لأن هذا الزجاج سوف يلبي متطلبات الرؤية المثالية التي يتمتع بها الزجاج الأمامي للسيارة. وعلى نفس المنوال، فإن زجاج البناء المصنوع من رمل السيليكا عالي الجودة فقط هو الذي يلبي مواصفات نفاذية الضوء أو الحرارة اللازمة مع الحفاظ على السلامة والمتانة.
كيف يتم تصنيع الزجاج باستخدام رمل السيليكا
تعد عملية تصنيع الزجاج برمل السيليكا عملية بسيطة إلى حد ما، حيث تتضمن خلط المكونات الأساسية ثم صهرها. المكونات الأساسية هي الحجر الجيري ورماد الصودا ورمل السيليكا. اعتمادًا على لون الزجاج المنتج أو الغرض منه، يمكن إضافة مكونات أخرى، مثل الأصباغ.
يتم صهر هذه المكونات معًا في فرن عند درجات حرارة يمكن أن تصل إلى 1600 درجة مئوية حتى تذوب جميعها. يتم بعد ذلك تقليب هذا الزجاج المنصهر لجعل سمكه ثابتًا وإزالة أي فقاعات هواء محاصرة بداخله. في هذه المرحلة، يمكن إضافة مواد كيميائية مثل كبريتات الصوديوم للمساعدة في هذه العملية.
الخطوة التالية، وهي صب الزجاج المنصهر، تعتمد أيضًا على المنتج المطلوب. إذا كانت النتيجة عبارة عن قطعة زجاجية ذات شكل بسيط مثل العدسة، فسيتم وضع الزجاج المنصهر ببساطة في القالب اللازم وتركه ليبرد. إذا كان المتطلب هو الألواح الزجاجية، فسيتم وضع الزجاج المنصهر في حمام من القصدير المنصهر وتشكيله بالنيتروجين المضغوط. عادةً ما يتضمن ذلك سحبه من خلال آلات الدرفلة لتسويته بشكل متساوٍ.
يتم بعد ذلك تلدين المنتج الزجاجي، وهو ما يتضمن وضعه في فرن أو فرن عند درجات حرارة تتراوح بين 750 درجة فهرنهايت و1000 درجة فهرنهايت لإزالة نقاط الضغط التي قد تكون تكونت وتقويته. بعد ذلك، يصبح الزجاج جاهزًا للاستخدام في تطبيقه النهائي.
لماذا يتم استخدام رمل السيليكا عالي الجودة في صناعة الزجاج؟
يعتبر رمل السيليكا المصدر الأساسي لثاني أكسيد السيليكون الضروري في صناعة الزجاج. لكي تكون مناسبة لإنتاج الزجاج، يجب أن تكون هناك نسبة عالية جداً من السيليكا (أكثر من 95%) في تركيبة الرمل.
ولهذا السبب فإن معظم الرواسب الرملية ليست ذات درجة نقاء كافية لصناعة الزجاج. وتشير التقديرات إلى أن الرمال الصناعية التي تلبي المتطلبات الكيميائية والفيزيائية العالية للغاية لصناعة الزجاج تمثل أقل من 1% من 50 مليار طن من الرمال التي يتم استخراجها كل عام.
والسبب في هذه المتطلبات الصعبة هو أن نقاء الرمال يؤثر بشكل مباشر على شفافية الزجاج وقوته ومتانته. على سبيل المثال، فقط المنتجات الزجاجية المصنعة برمل السيليكا عالي الجودة يمكنها تلبية متطلبات الرؤية المثالية للزجاج الأمامي للمركبات.
لكي تكون مناسبة للاستخدام في إنتاج الزجاج، يجب أن تكون السيليكا نقية كيميائيًا (تحتوي على أكثر من 95% من ثاني أكسيد السيليكون) وأن تكون بالحجم المناسب (يتراوح حجم الحبيبات بين 0.075 ملم و1.18 ملم) ولونها.
وتعني هذه المتطلبات عالية المستوى أن الرواسب الرملية من مصادر محددة فقط هي المناسبة للاستخدام في صناعة الزجاج. ويشمل ذلك البحيرة والنهر والشاطئ الأحفوري ورواسب الرياح. ويتطلب استخراجه أيضًا مستويات عالية من المهارة والكفاءة نيابة عن المورد.
