مواد اولیه لعاب (قسمت چهارم)

فلزات قلیایی

کانی های نامحلولی حاوی فلزات قلیایی لیتیم، سدیم و پتاسیم وسیعاً در سنگ ها وجود دارند و اشکال مختلف آنها به طور گسترده در ساخت لعاب ها استفاده می شوند. سایر فلزات قلیایی از فراوانی چندانی برخوردار نیستند و چندان هم کاربردی برای آنها متصور نیست. اگرچه نمک های قلیایی ساده محلول در آب در طبیعت وجود دارند، اما عمده مواد اولیه صنعتی از طریق فرآیندهای شیمیایی تهیه می شوند. اگر ترکیبات قلیایی محلول در آب باشند، برای تهیه لعاب ابتدا م یبایست آنها را با ذوب کردن به فریت تبدیل کرد، مگر آنکه مقادیر مورد نیاز را بتوان از فلدسپارها (که در آب نامحلولند) تامین نمود.

 یک کارشناس لعاب همیشه باید این مسئله را در نظر بگیرد که بهترین روش استفاده از یک ترکیب محلول در آب چگونه باید باشد. دو لعاب اندازه ذرات مشابهی داشته باشند، اما در آنها از گونه های مختلفی از مواد اولیه استفاده شده باشد خواص متفاوتی خواهند داشت. قلیای وارد شده از طریق کانی های فلدسپاتی قابلیت انحلال کمتری نسبت به حالتی که قلیا به صورت یک جزء فریت شده وارد لعاب شود خواهد داشت. شیشه ها نسبت به بسیاری از کانی های سنگی شکل، راحت تر مورد حمله شیمیایی آب قرار می گیرند و قلیای خارج شده از فریت شیشه ای به صورت یک الکترولیت عمل کرده و بنابراین بر خواص رئولوژی دوغاب لعاب اثر خواهد گذاشت. اما در خصوص ترکیباتی مانند اسید بوریک که حلالیت بسیار زیادی در آب دارند، چاره ای جزء فریت کردن آنها نخواهد بود.

مهم ترین عملکرد فلزات قلیایی در لعاب نقش گدازآوری آنها است. عموماً این مواد دمای ذوب فریت و لعاب را کاهش داده و با افزایش سیالیت لعاب در دمای پخت، جلای سطحی لعاب را افزایش می دهند. ضریب انکسار برخی فریت ها می تواند به وسیله اجزای سازنده آن افزایش یابد. انبساط حرارتی ترکیبات زجاجی شدیداً توسط قلیایی ها تحت تاثیر قرار می گیرد. برای مثال، سدیم بیشترین نقش را در افزایش ضریب انبساط حرارتی لعاب ها دارد.

لیتیم

مزیت های فراوان لیتیم در انواع لعاب ها، استفاده وسیع از این ماده را تشویق می نماید. گرچه رفتار لیتیم در فریت یا لعاب را با توجه به موقعیت آن در جدول تناوبی می توان پیش بینی نمود؛ اما برخی از اثرات ناشی از

افزودن این ماده به لعاب غیرعادی می باشد. انبساط حرارتی لعاب با جانشینی مقادیر مولی یکسانی از لیتیم به جای سدیم یا پتاسیم کاهش می یابد.

بلورینی با انبساط حرارتی کم را می توان به آسانی تهیه نمود. لیتیم به ذوب شدن مواد در هنگام ساخت فریت شتاب بخشیده و با افزایش مقادیر کمی از آن، گرانروی مذاب سریعاً کاهش می یابد. بدین ترتیب سیکل ذوب را می توان از نظر دمایی و یا زمانی کاهش داد. این بدان معنی است که بدون خطر ترک خوردن، لعاب را می توان برای ذوب در دماهای پایین طراحی نمود؛ زیرا که خواص مورد نظر را می توان با مقادیر کمتر مواد قلیایی تامین نمود. زمان پخت لعاب های حاوی لیتیم کوتاه تر از لعاب های مشابه ای است که حاوی قلیایی های دیگر می باشند.

قابلیت گدازآوری قوی لیتیم امکان افزودن مقادیر بیشتری از آلومینا و سیلیس به آمیز لعاب را میسر ساخته و موجب افزایش استحکام لعاب ها و دوام بیشتر آنها می شود. هنگامی که مقادیری از این ماده جایگزین اکسید سرب شود، سرب کمتری در هنگام پخت تبخیر خواهد شد.

لیتیم منجر به تشکیل شیشه های متراکمی می شود؛ شیشه هایی که دارای دانسیته های بیشتری نسبت به آنچه که از محاسبه پی شبینی می شود هستند. این حالت باعث افزایش سختی سطح لعاب ها می شود. جانشینی PbO ، K_۲O و Na_۲O به وسیله Li_۲O  سختی لعاب های مظروف را به میزان ۲۰ درصد افزایش می دهد. در حالی که سدیم و پتاسیم تمایل به کاهش کشش سطحی لعاب را دارند، ولی لیتیم مشابه فلزات قلیایی خاکی عمل کرده و کشش سطحی لعاب را افزایش می دهد.

ذخایر مواد اولیه تامین کننده این ماده جهت ساخت لعاب و فریت کافی می باشند. انتخاب نوع ماده حاوی لیتیم به عوامل بسیاری بستگی دارد. از بین کانی های لیتیم دار که مصرف آنها متداول می باشد، کربنات لیتیم برای فریت هایی با مقادیر کم آلومینا، ترجیح داده می شود. البته ذکر این نکته در اینجا ضروری است که لیتیم کمتر در لعاب کاشی در مقایسه با سایر لعاب ها استفاده می شود. منابع تأمین لیتیم عبارتند از:

• کربنات لیتیم ( Li_۲CO_۳)
• لپیدولیت (K(AlLi_۲)Si_۴O_۱۰(OH)_۲)
• پتالیت (LiAlSi_۴O_۱۰)
• آمبلی گونیت (LiAlPO_۴F)
• اسپودومن (LiAlSi_۲O_۶)
• فلورید لیتیم (LiF)

پتاسیم

خواص فریت ها و لعاب های حاوی پتاسیم شبیه پوشش های دارای سدیم است؛ اما اختلافاتی نیز در برخی از موارد مشاهده می شود که نیاز به بررسی و تأمل بیشتری دارد. عموماً وارد کردن پتاسیم به جای سدیم قابلیت جریان یافتن لعاب را در طی پخت کاهش داده و ضریب انبساط حرارتی را کاهش می دهد. تبلور لعاب های بر پایه پتاسیم به راحتی به وقوع نمی پیوندد. مقاومت فریت در برابر حملات آب و مواد شیمیایی با جایگزینی پتاسیم به جای سدیم می تواند بهبود یابد. به طور عادی، منبع پتاسیم مورد نیاز فریت ها را می توان از مواد اولیه فلدسپاتی تامین نمود. ته رنگ برخی از لعاب ها با حضور پتاسیم در فریت تغییر می یابد. مواد اولیه تامین کننده پتاسیم در فریت و لعاب به طور وسیعی در دسترس است که عبارتند از:

• بی کربنات پتاسیم
• کربنات پتاسیم
• نیترات پتاسیم یا شوره به صورت ماده شیمیایی نسبتاً خالص در دسترس است. اگرچه این ماده به عنوان منبع اصلی پتاسیم مورد استفاده قرار نمی گیرد، اما نقش ارزشمندی را به عنوان عامل اکسید کننده و گدازآور فعال ( نقطه ذوب ۳۳۴ °C ) در مراحل اولیه ذوب فریت ایفا می کند.

سدیم

اگرچه سدیم به ندرت به تنهایی در لعاب مصرف می شود؛ اما شاید اصلی ترین فلز قلیایی لعاب باشد. استحکام کششی و ضریب کشسانی لعاب با افزایش سدیم، کاهش می یابد. البته این کاهش کمتر از هنگامی است که همراه با سایر قلیایی ها مورد استفاده قرار می گیرد.

 افزایش مقادیر اندکی از اکسید سدیم در لعاب باعث افزایش ضریب انبساط حرارتی و کاهش دمای نرم شوندگی لعاب، همراه با تغییر ناگهانی و قابل توجه در تطابق لعاب بدنه، می گردد. افزایش سدیم، دوام فریت و لعاب را کاهش می دهد. مواد اولیه مناسب این عنصر به میزان فراوانی به شرح ذیل در دسترس می باشد:

• کربنات سدیم
• نیترات سدیم

جایگاهی به عنوان ماده اصلی تامین کننده سدیم در فریت یا لعاب ندارد. هم نیترات طبیعی و هم نوع سنتز

شده آن در دسترس می باشند، اما واکنش پذیری زیاد آن در تماس با دیرگدازهای کوره مانع از استفاده زیاد این ماده می شود. مقادیر کمی از این ماده به عنوان ماده کمکی در مراحل اولیه ذوب فریت استفاده می شود.