مما يصنع الزجاج و كيف يصنع الزجاج من الرمل

مما يصنع الزجاج و كيف يصنع الزجاج من الرمل

من ماذا يصنع الزجاج

من ماذا يصنع الزجاج، الزجاج: مادة شفافة غير عضوية لها تركيب يشبه السائل، صلابته في درجة حرارة الغرفة تعادل صلابة المادة الصلبة، وفي الحالة الصلبة والسائلة لا تحتوي على بلورات، ولا يمكن تحديد درجة انصهارها نظرًا لأنه يتحول من صلب إلى سائل خلال المرحلة الممتدة، فإنه يتميز بلزوجة عالية. 

يعتبر الزجاج من أكثر المواد المفيدة في العالم لأنه يمكن تشكيله بأشكال عديدة مثل الغزل واستخراج خيوط أرق من حرير العنكبوت، وقد يصبح مثل العجين أو بشكل ووزن منظار كبير ببضعة أطنان يمكن أن يصبح الزجاج أقوى من الفولاذ أو أضعف من الورق.

 أكثر هشاشة منه، يمكن أيضًا صبغه بأي لون مرغوب عن طريق إضافة مواد كيميائية مختلفة.

المواد المكوّنة للزجاج

تنقسم المواد الخام الرئيسية المستخدمة في صناعة الزجاج بشكل أساسي إلى قسمين: 

المواد الأساسية: تمثل المواد التالية: الرمل أو ثاني أكسيد السيليكون: استخدم الرمل مع شوائب أقل، ومحتواه أعلى (حتى 80٪) من السيليكون أكسيد (SiO2).

 يستخدم لاستخراج حمض السيليك وهو المادة الأساسية لصنع الزجاج. 

مركبات الصوديوم، وخاصة أكسيد الصوديوم، تقلل من درجة الانصهار وتساعد في تكوين الزجاج. 

الجير والدولوميت: يساعد أكسيد الكالسيوم (CaO) على تقسية الزجاج.

 البوراكس: مادة تحتوي على أكسيد الصوديوم (Na2O) وأكسيد البورون (B2O3)، وتتمثل وظيفتها في تقليل معامل التمدد للزجاج، ومن خصائص الزجاج الذي يحتوي على كمية كبيرة من أكسيد البورون أنه لن ينكسر عند تعرضه للحرارة المفاجئة. 

المواد الثانوية: يمكن تعريف المواد الثانوية على أنها مواد تضاف إلى الزجاج لتحسين جودته، مثل مواد التلوين ومحفزات الصهر، مثل أكاسيد معينة مثل أكسيد الرصاص وأكسيد التيتانيوم وأكسيد الباريوم.

كيفية صنع الزجاج

تقوم عملية تصنيع الزجاج أولاً بخلط المواد الخام في صورة مسحوق أو حبيبات بنسب محددة، ثم يتم وضع الخليط في فرن عند درجة حرارة عالية جدًا لصهر الرمل لتكوين الزجاج.

 تقلل إضافة كربونات الصوديوم من نقطة الانصهار، حيث يتفاعل الرمل مع كربونات الصوديوم لتكوين سيليكات الصوديوم، وهو ما يسمى (زجاج الماء)؛ ولأنه قابل للذوبان في الماء، يضاف الحجر الجيري لتكوين خليط من سيليكات الصوديوم وسيليكات الكالسيوم مما يجعله مقاوم للماء في نفس الوقت، يمكن إضافة مواد كيميائية أخرى، مثل أكسيد الكروم، إلى الخليط للحصول على زجاج أخضر، أو بعد أكسدة الكوبالت إلى زجاج أزرق، يتم تبريد السائل الزجاجي ببطء حتى يصل إلى درجة التكوين المطلوبة.

هذه العملية هي إما قولبة بالنفخ، أو صب المصهور في القالب، أو النفخ بالفم أو المنفاخ، أو استخدام القوالب الأوتوماتيكية، والصب والنفخ الأوتوماتيكي، وخلال هذه العملية يفقد الذوبان الحرارة بسرعة، لذلك يجب إكمال عملية التشكيل في أسرع وقت ممكن بعد اكتمال عملية التشكيل، يتم تبريد الزجاج ببطء وتدريجيًا لتجنب التشققات والمناطق الضعيفة بسبب التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة. 

صناعة الزجاج في العصور القديمة

من خلال ملاحظة تأثير الصواعق المتساقطة على الرمال مما يؤدي إلى ذوبان الرمال وتشكيل أنبوب رفيع يسمى (الوميض)، بدأ الإنسان في اكتشاف أسرار صنع وتشكيل الزجاج تحت أقدامهم، كما لاحظوا أن الانفجار البركاني تسبب في الصخور والرمل في المنطقة المحيطة بالحمم لتذوب، ويشكل زجاج يسمى (الزجاج البركاني)، ويستخدم في صنع السكاكين والسهام والمجوهرات والمال.

 في الواقع، لم يتم تحديد أقرب وقت ومكان لتصنيع الزجاج حتى الآن، ولكن من المحتمل أن محاولات تصنيع الزجاج بدأت قبل 3000 قبل الميلاد. 

يُعتقد أيضًا أن أقدم الأواني الزجاجية صنعت في مصر وبلاد ما بين النهرين عام 1500 قبل الميلاد. 

وفي الثلاثمائة عام التالية، تطورت صناعة الزجاج وحققت نجاحًا كبيرًا، ولكن سرعان ما تم تجاهلها، وازدهرت مرة أخرى في بلاد ما بين النهرين عام 700 قبل الميلاد، و استمرت في الازدهار حتى عادت إلى مصر عام 500 قبل الميلاد.

وانتشرت صناعة الزجاج ثم وصلت بلاد الشام والدول المحيطة بالساحل الشرقي للبحر الأبيض المتوسط.

من ماذا يصنع الزجاج

خصائص الزجاج

للزجاج العديد من الخصائص التي تميزه عن العديد من المواد الصناعية الأخرى، ومن بينها نذكر ما يلي: 

 الشفافية: يعتبر الزجاج من المواد التي تتمتع بشفافية نقية وموحدة، ويمكن أن تمر الأشعة تحت الحمراء والموجات الضوئية إلى الأشعة فوق البنفسجية في بطريقة محدودة. 

انكسار الضوء: يتراوح معامل انكسار الزجاج بين 1.46 و 2.18.

 الصلابة: تعريف الصلابة هو مقاومة الخدش أو مقاومة التآكل، وعلى الرغم من أن الزجاج مادة هشة، إلا أنه يمكن أن يتحمل عوامل الخدش والتآكل.

 المقاومة الكيميائية: يمكن للزجاج مقاومة المحاليل الكيميائية، لكن حامض الهيدروفلوريك (HF) والصمامات القلوية يمكن أن تتحلل بسهولة الزجاج، وسيؤثر الماء على الزجاج إذا تعرض للزجاج لفترة طويلة.

مراحل صناعة الزجاج

مرحلة الصهر

إنها المرحلة الأولى من صناعة الزجاج، حيث يتم تحضير المواد الخام على شكل مسحوق أو حبيبات، وخلطها معًا بنسب متوازنة، ثم توضع في فرن صهر مخصص لتصنيع كل نوع من الزجاج. 

على سبيل المثال، يتم صهر الزجاج البصري والزخرفي في فرن وعاء، والذي يمكنه استيعاب طنين من المواد.

مرحلة التشكيل

في هذه المرحلة، يتم تبريد الزجاج المصهور ببطء وتدريجي حتى يصل إلى المستوى المناسب لعملية التشكيل.

هناك طريقتان، الأولى هي وضع الزجاج المصهور يدويًا في القالب لينفخ، والأخرى باستخدام الفم أو مجفف شعر أو أوتوماتيكيًا يتم وضع المصهور في القالب وتبريده تلقائيًا.

 يجب أن تكتمل عملية التشكيل في وقت قصير لمنع الزجاج من أن يصبح صلبًا بسرعة قبل اكتمال التشكيل.

مرحلة التبريد

هذه هي المرحلة التي يتم فيها تبريد الزجاج المشكل ببطء وتدريجي لتجنب التشققات والكسر في بعض أجزائه وتكوين مناطق ضعيفة.

 يتم ذلك عن طريق وضع الزجاج المشكل في فرن تبريد خاص عند درجة حرارة من 400 إلى 600 درجة مئوية لفترة كافية، ثم تبريد الزجاج تدريجياً إلى درجة حرارته الطبيعية بعد ذلك.

مرحلة الإنهاء

إنها المرحلة الأخيرة من صناعة الزجاج، يتم خلالها صقل الأجزاء المصنعة وتقطيعها (إذا لزم الأمر) وتنظيفها وفرزها.