ما هو الزجاج
هي مادة عديمة اللون يتم تصنيعها أساساً من السليكا المصهور في درجات حرارة عالية مع حمض الفوسفات، كما يوجد في الطبيعة والمواد البركانية أو المواد التي تنشأ من النيازك، وهو ليس صلباً ولا سائلاً وإنما يكون في حالة خاصة تظهر فيها جزيئاته بشكل عشوائي، ولكن يوجد قوى تماسك كافية لإحداث اتحاد كيميائي بينها.
المركبات الموازنة في الزجاج
العناصر والمركبات المطلوبة في عملية تصنيع الزجاج بأشكاله وأنواعه المعروفة:
الجير
هو محلول مائي يستخدم لتصنيع الزجاج، ويستخدم جير الكالسيوم والدولوميت بكميات كبيرة مع الرمل وكربونات الصوديوم.
أكسيد الرصاص
يعتبر من المكونات الرئيسية لأنواع الزجاج الذي يتميز بمعامل انكسار عال، وعادة ما تشتمل على نسبة كبيرة من البوتاس الذي يعطي الزجاج بريقاً ولمعاناً ومقاوم للكهرباء والحرارة.
أكسيد البوريك
وهو يخفض من درجة لزوجة السليكا من دون زيادة في تمددها الحراري، ومع إضافة كمية قليلة من أكسيد الألمونيوم وهو يحافظ على شفافية الزجاج، ويجعله أكثر مقاومة للحرارة.
أكسيد الألمونيوم والجير
يستخدم هذا الخليط بنسبة كبيرة في الزجاج مع أكسيد البوريك وقليل من القلويات لصناعة الزجاج.
أنواع الزجاج
يمكن تقسيمه من حيث تركيبه الكيميائي إلى ثلاثة أنواع:
زجاج الصودا
ويشكل ما يزيد عن 90% من الزجاج المستخدم، حيث أنه يحتوي على أملاح الصوديوم وكربونات الصوديوم بنسبه عالية.
الزجاج الرصاصي الكريستال
وهو زجاج براق، حيث يستخدم في صناعة التحف والإكسسوار.
الكوارتز
ويحتوي على السليكا بنسبة ٦٩٪، كما يتميز بمقاومته لأعلى درجات الحرارة، مما يجعله مناسباً لصناعة موازين الحرارة والأفران.
كما يمكن تقسيمه أيضاً من حيث المعالجة الفيزيائية إلى نوعين:
- الزجاج اللدن
- الزجاج القاسي
حيث يسخن إلى درجة حرارة ثم يبرد بشكل سريع عن طريق تعريض سطحه لتيارات هواء بارد، لذا فهو يتميز عن الزجاج الملدن العادي:
يمكن للزجاج المقسى تحمل صدمات ميكانيكية أشدّ ممّا يتحمله الزجاج الملوّن العادي بخمس مرات.
وعندما يتكسر الزجاج نتيجة صدمة شديدة، يتحول إلى عدد كبير من الشظايا صغيرة التي لا تجرح وهذا السبب يسمى زجاج أمان مقسى.
وخلافا للزجاج المقسى، فإن الزجاج العادي يتناثر عند تكسره إلى شظايا حادة جارحة.
كما يمكن للزجاج المقسَّى تحمل الفارق بين درجات الحرارة الداخلية والخارجية، تصل إلى 300 درجة مئوية، في حين لا تتجاوز هذه الفروق ٧٠ درجة مئوية في الزجاج العادي الملدن.
الآلات والمعدات والتجهيزات
- كسارة مخروطية.
- ماكينة تشكيل أو مكبس لا محوري.
- طاحونة أو عدة مطاحن.
- فرن صهر.
- خلاطة كبيرة.
- مناخل يدوية أو آلية.
- خزان وقود.
- خزان مياه ضخم.
- فرن تبريد.
- أحواض كبيرة.
كيفية صناعة الزجاج
كان يتم إنتاج ألواح الزجاج من خلال تصنيع الزجاج المذاب أو تشكيله وإخفاء العيوب الموجودة به، مما يساعد في الاستغناء عن عملية الصقل وتقليل العمالة المطلوبة.
تبدأ عملية تصنيع الزجاج الطافي بخلط المواد الخام، بما في ذلك 60% من الكوارتز و20% من الصودا والكبريتات و20% من الحجر الجير والدولوميت.
ثم تقوم أدوات التقليب الضخمة بسحق هذه المواد وتحويلها إلى خليط.
يتم إدخال مزيج يحتوي على 80% تقريباً من هذا الخليط و20% من الزجاج المتبقي المعاد تدويره في الفرن وصهره عند حوالي 1600 درجة مئوية.
تكون النتيجة هي زجاج من السلكيات، وبعد تكرير الخليط المذاب يتم وضع الزجاج المذاب في حوض لضبط درجة الحرارة ويترك ليبرد حتى يصل إلى حوالي 1200 درجة مئوية قبل وضعه ليتدفق عبر أنبوب مقاوم للصهر في حوض به قصدير سائل.
ينتشر الزجاج المذاب بشكل متساوٍ فوق سطح هذا الحوض الذي يحتوي على قصدير سائل، حيث يطفو أعلى القصدير السائل بكثافته وتوتره السطحي الذاتي، لأنه أثقل من كثافة الزجاج السائل.
ونتيجة لذلك يأخذ الزجاج المذاب بذاته بسهولة وبشكل متساوٍ الشكل السطحي للقصدير السائل.
يؤدي تقليل درجة الحرارة في حوض القصدير من حوالي 1000 إلى 600 درجة مئوية إلى تحويل الكتلة اللزجة من الزجاج المذاب إلى لوح زجاجي صلب يمكن رفعه من فوق سطح الحوض في نهاية عملية الطفو.
المساحة المطلوبة للمعمل
يحتاج إلى ما يقارب ٨٠٠ متر مربع لإنشاء المعمل والمخازن والأحواض.
عدد العمال
يجب أن يتضمن عدد كافي من العمال اليدويين والمهندسين، ما يقارب ٧٠ عامل ومهندس، ويقسم العمل إلى ورديات.
الطاقة المحتاجة
يحتاج إلى ما يقارب ٨٠ كيلو واط، كما يحتاج إلى مصدر مياه.
التكلفة الإنتاجية
تتراوح التكلفة بين ٣ إلى ٢٠ مليون دولار.
ملاحظة: هذه المعدات والتكلفة وطريقة التصنيع تختلف من بلد إلى آخر حسب إمكانية وتطوير واقتصاد البلد المراد إنشاء المعمل به.