Производство стекла в Забайкалье

Промышленное получение  стекла, вяжущих, огнеупорных, керамических материалов основано на переработке  природных силикатов и алюмисиликатов, конечной стадией которой является обжиг и сплавление.

При получение силикатных изделий и материалов характерные реакции протекают в твёрдой фазе при температуре 0,8 или 0,9 t , где t-температура плавления наиболее легкоплавкого из получаемых компонентов. Например, при нагревании  карбоната кальция с оксидом кремния (IV) силикаты кальция получаются уже при 700-800 ⁰С, хотя самые легкоплавкие соединения в системе CaO-SiO₂ плавятся около 1000 ⁰С

Наибольшее влияние на скорость химических реакций в твёрдой  фазе оказывают температура и  степень измельчения веществ.

При высокотемпературном  обжиге смесей силикатов реакции  часто протекают не только  в  твёрдой, но и в жидкой фазе, образующейся за счёт плавления полученных веществ  и за счёт плавления специально добавляемых  веществ. Это наблюдается, например, при обжиге фарфора и цемента. Жидкая фаза образуется на границе  раздела твёрдых веществ. При  охлаждении обожжённого материала  она застывает и обеспечивает сцепление между частицами.

Силикаты и алюмосиликаты  плавятся при самых разнообразных  температурах. Наряду с силикатами магния, кальция и других металлов, многие из которых плавятся при 1500-1600⁰С, имеются легкоплавкие силикаты, например свинца, плавящиеся при 700-800⁰С.

Приготовление легкоплавких стекол.

Вещества, образующие стекла, называются стеклообразователями. К ним относятся следующие оксиды: B₂O₃, GeO_2, SiO₂, P₂O₅, As₂O₅, Al₂O₃, V₂O₅ и некоторые другие. Оксиды типа Э₂О и ЭО могут входить в состав стекла, но в индивидуальном  состояние они стекло не дают. При образовании стекол сложного состава катионы металлов в степени окисления +1 и +2 располагаются в силикатной  (или другой) решетке в соответствующих пустотах, не нарушая расположения атомов кремния и кислорода. Таким образом, стекла имеют своеобразный каркас, построенный из молекул стеклообразователя (SiO₂, B₂O₃ и др., в который входят ионы щелочных или щелочноземельных металлов).

Свойства стекла определяются его составом. Например, BaO, GeO₂, PbO повышают показатели преломления стекла (оптическое стекло), Al₂O₃ увеличивают механическую прочность (тарная посуда) и т.д. Многие оксиды, растворяясь в стекле, сообщают ему соответствующую окраску. В наибольших количествах готовится простое силикатное стекло, которое имеет примерный состав (оконное стекло) Na₂O*CaO*6SiO₂.

Приготовление стекла включает следующие стадии:

1)дробление или помол  оксидов и их просев; 2) дозировка  оксидов; 3) перемешивание оксидов; 4) варка стекла.

В лабораторных условиях варку  стекла удобно проводить в электрических  печах. Особенно легко готовятся  легкоплавкие стекла- свинцовые и  борсвинцовые, т.к. для их изготовления требуются сравнительно невысокие температуры.На базе этих стекол можно легко приготовить и окрашенные стекла.

Цель работы: получить 15-20 г. легкоплавкого цветного стекла.

Оборудование и материалы:

1. Шамотный, корундовый или  фарфоровый тигель объемом 20-30 см³. 2. Кварцевый песок. 3. Оксид бора или борная кислота. 4. Безводные поташ или сода. 5. Тигельные щипцы. 6. Тигельная электропечь. 7. Жаровня с песком. 8. Прокаленные оксиды металлов PbO, CoO или Co₃O₄, NiO, V₂O₅, Cr₂O₃, MnO₂, CuO, Cu₂O, SnO₂, Fe₂O₃.

Проведение работы.

Для приготовления прозрачных и легкоплавких стекол- борсвинцовосиликатных -можно рекомендовать следующие смеси (табл. 1):

Наиболее легкоплавкие борсвинцовые и свинцовосиликатные стекла имеют следующий состав (табл.2):

Для того, чтобы варка стекла проходила успешно, выбирают те смеси (по указанию преподавателя), температура плавления которых примерно на 50-100 ⁰С ниже температур печи. Расчет ведут на 30-35 г шихты. Предварительно оксиды  растирают в ступке и просеивают через сито с мелкими отверстиями так, чтобы размер частичек был не более 0,1 мм. Оксиды взвешивают на технохимических весах с точностью до 0,01 г. и тщательно перемешивают на листе бумаги или в ступке. Затем 8-10 г. смеси всыпают в тигель и помещают его в нагретую печь. Вследствие вспенивания расплавленная масса может перелиться через край тигля и испортить футеровку печи. Особенно вспенивание наблюдается при использовании борной кислоты. Полученная стекломасса должна быть совершенно однородной. Для этого ее выдерживают в расплавленном состоянии в течение 10-15 мин. Варка стекла ускоряется при перемешивании стекломассы проволокой. Однако, если для этой цели применяется не платиновая проволока, а, например, железная, то стекло немного загрязняется оксидами железа. После окончания варки тигель вынимают из печи и стекло  выливают на чистую железную или никелевую пластинку или керамическую плитку.

Варку 5-8 г. наиболее легкоплавких стекол можно проводить и в стеклянных пробирках на пламени газовой горелки. 3-4 г. стекла можно приготовить и на пламени спиртовки. Приготовление стекла на пламени газовой горелки занимает не более 5 мин. Нагрев нужно проводить до полного расплавления стекломассы. Затем ее быстро выливают на керамическую плитку или на чистый железный лист. Если для варки использовать обычные пробирки, то при выливании стекло часто застывает на холодных стенках пробирки. Поэтому нужно брать более короткие пробирки (длиной 4-5 см) и перед выливанием стенки пробирки необходимо прогреть. Если варка стекла проводится на пламени газовой горелки, то для приготовления стекла можно также взять небольшой фарфоровый тигель.

Для варки стекла оксид  свинца PbO можно приготовить прокаливанием сурика, карбоната или нитрата свинца при 500 ⁰С в течение 15-20 мин. Поташ и сода должны быть подсушены и прокалены при 500-600 ⁰С. Хранить эти вещества нужно в плотно закрытых склянках. За неимением оксида бора для варки стекла можно воспользоваться борной кислотой. Поскольку она при нагревании сильно вспенивается, ее лучше перевести предварительно в оксид бора. Для этого борную кислоту прокаливают небольшими порциями (по 2-10г) в платиновой или фарфоровой чашке при приблизительно 650 ⁰С. Вязкую массу выливают на железную, никелевую или керамическую плитку. Остывшую хрупкую массу разбивают на кусочки. Дальнейшее обезвоживание нужно проводить небольшими порциями, по 2-3 г, в фарфоровой чашке или тигле при приблизительно 750 ⁰С. За обезвоживанием необходимо все время наблюдать, т.к. вспенившаяся масса может вылиться из чашки и испортить муфель. Хранить оксид бора нужно в плотно закрытой склянке, т.к. он гигроскопичен. Порошок оксида бора, вводимого в шихту, приготовляют растиранием его в фарфоровой ступке. Ввиду того, что кусочки оксида бора  при этом разбрасываются, на пестик нужно надеть лист бумаги, закрывающий ступку.

Приготовление окрашенного  стекла. На основе вышеперечисленных  прозрачных стекол можно приготовить окрашенные стекла. Для этого к приготовленной шихте, дающей прозрачные стекла, нужно добавить оксид, сообщающий стеклу соответствующую окраску (табл 3).

Интенсивность окраски зависит  от количества добавленного оксида. Для  равномерного распределения краситель  перетирают с шихтой, но его можно  добавить и в сплавляемую массу  при осторожном покачивании тигля  или пробирки.

Серу для получения  черного непрозрачного стекла нужно  вводить после сплавления первых порций стекла прямо в жидкое стекло. Если же серу ввести в начале плавки, то она иногда выгорает.

В качестве красителей можно  добавлять не только те оксиды, которые  указаны в таблице, но также и  другие. Так, вместо СоО, NiO можно брать любые оксиды кобальта и никеля, а так же их соли, которые в условиях варки стекла разлагаются и переходят в оксиды с элементами более низкой степени окисления. Вместо Mn₂O₃ можно брать MnO₂ и перманганат калия. Необходимо учесть, что Mn₂O₃ в условиях варки легко переходит в MnO, который окрашивает стекло в желтоватый цвет. Поэтому с целью предупреждения восстановления Mn³⁺ полезно добавить в шихту 1-2 крупинки селитры.

Табл. 3. Шихты для приготовления цветного стекла

Для варки стекла наиболее пригодны корундовые тигли, т.к. они  не загрязняют стекло и термостойки. Варку стекла можно проводить  и в фарфоровых тиглях, но они  иногда трескаются. Если тигель развалится в печке или опрокинется, нужно  немедленно выключить печь, снять  для более быстрого охлаждения печи крышку и вынуть тигль. Расплавленное стекло сильно разъедает футеровку печи, а при попадании на спираль быстро выводит ее из строя. Поэтому стекло после охлаждения печи нужно полностью удалить. Тигль лучше ставить на подставку, сделанную из кирпича. Ее можно сделать и из обычной глины, которая после подсушивания и обжига приобретает необходимую механическую прочность.

Выводы.

1. Стекло- вещество и материал, один из самых древних, благодаря своим свойствам- является универсальным в практике человека;
2. В технологии стекловарения добились значительного прогресса. Современная печь вмещает 25000 т стекломассы и дает 550 т стекла и больше;
3. Существуют различные типы стекол: кварцевое стекло, натриево-силикатные, известковые и др. Изготавливают их при различных условиях, различном исходном составе- и они имеют они различные назначения;
4. В Забайкальском крае планируют возвести и ввести в работу новый стекольный завод. Это строительство было запланировано в рамках программы развития российских моногородов, куда попали город Краснокаменск и поселок Первомайский Забайкальского края;

Глава II. Организационные  формы процесса обучения в современной  школе.

2.1. Характеристика основных  организационных форм обучения  в современной России.

В современной дидактике  организационные формы обучения, включая обязательные и факультативные, классные и домашние занятия, подразделяют на фронтальные, групповые и индивидуальные. При фронтальном обучении учитель управляет учебно-познавательной деятельностью всего класса, работающего над единой задачей. Он организует сотрудничество учащихся и определяет единый для всех темп работы. Педагогическая эффективность фронтальной работы во многом зависит от умения учителя держать в поле зрения весь класс и при этом не упускать из виду работу каждого ученика. Ее результативность повышается, если учителю удается создать атмосферу творческой  коллективной работы, поддерживать внимание и активность школьников. Однако фронтальная работа не рассчитана на учет их индивидуальных различий. Она ориентирована на среднего ученика, поэтому отдельные учащиеся отстают от заданного темпа работы, а другие- изнывают от скуки.

При групповых формах обучения учитель управляет учебно- познавательной формой деятельностью групп учащихся класса. Их можно подразделить на звеньевые, бригадные, кооперированно- групповые и дифференцированно- групповые. Звеньевые формы обучения предполагают организацию учебной деятельности постоянных групп учащихся. При бригадной форме организуется деятельность специально сформированных для выполнения определенных заданий временных групп учащихся. Кооперированно- групповая форма предполагает деление класса на группы, каждая из которых выполняет лишь часть общего, как правило, объёмного задания. Дифференцированно-групповая форма обучения имеет ту особенность, что как постоянные, так и временные группы  объединяют учащихся с одинаковыми учебными возможностями и уровнем сформированности учебных умений и навыков. К групповым относят также, парную работу учащихся. Деятельностью учебных групп учитель руководит как непосредственно, так и опосредованно через своих помощников- звеньевых и бригадиров, которых он назначает с учётом мнения  учащихся. Индивидуальное  обучение учащихся не предполагает их  непосредственно контакта с другими учениками. По своей сущности оно есть не что иное, как самостоятельное  выполнение одинаковых для  всего класса или группы заданий. Однако  если ученик выполняет  самостоятельное задание, данное  учителем с  учётом  учебных  возможностей, то такую  организационную форму обучения  называют индивидуализированной. С этой целью  могут применяться специально разработанные карточки. В том  случае, если  учитель уделяет внимание  нескольким ученикам  на уроке  в то время, когда другие  работают  самостоятельно, то такую форму обучения называют  индивидуализированно-групповой.

Рассмотренные организационные  формы обучения являются общими. Они  применяются как  самостоятельные  и как элемент  урока, семинара и других занятий. В  современной  общеобразовательной  практике чаще всего используются две общие  организационные формы: фронтальная  и индивидуальная. Гораздо реже на практике применяются групповая и парная формы обучения. Однако ни фронтальная, ни  групповая формы обучения  не  являются  на самом деле коллективными, хотя их и пытаются  представить таковыми.

На  этот факт обращают внимание М.Д. Виноградова и И.Б. Первин. Они отмечают, что не всякая работа, которая формально протекает в коллективе, является по сути коллективной. По своему характеру она может быть сугубо индивидуальной. Коллективная работа, по утверждению Х.Й. Лийметса, возникает только на базе дифференцированной групповой работы.

При этом она приобретает  следующие признаки:

-  класс осознаёт коллективную  ответственность за данное учителем  задание  и  получает за  его выполнение соответствующую социальную оценку;

-    организация выполнения  задания осуществляется  самим  классом и отдельными группами  под  руководством учителя;

-     действует  такое разделение труда, которое  учитывает интересы и  способности  каждого ученика и позволяет  каждому лучше проявить себя  в общей деятельности;

-   есть взаимный  контроль и ответственность каждого  перед  классом и группой.

В.К. Дьяченко, активный сторонник  коллективного обучения, подчёркивает, что при общеклассной (фронтальной) работе почти исключается сотрудничество и товарищеская взаимопомощь, распределение обязанностей и функций. Все ученики делают одно  и то же, они не привлекаются к управлению, так как руководит учебным процессом только один учитель. Коллективное обучение, по его мнению, это такое обучение и воспитывает каждого своего члена и каждый член активно участвует в обучении и воспитании своих товарищей по совместной учебной работе.

Коллективная форма организаций  учебной работы- это также общение обучающих и обучаемых в динамических парах сменного состава. Коллективный  способ обучения (КСО) не нов, он применялся в 20-30-е гг. в ходе ликвидации неграмотности. Его преимущества  бесспорны, но широкое распространение  КСО  сдерживается  сложностями  организационно-методического характера.

С позиций целостности  образовательного процесса основной организационной  формой обучения является урок.

Урок- это такая организационная форма обучения, при которой учитель в течение точно установленного времени руководит коллективной познавательной и иной деятельностью постоянной группы учащихся  (класса)  с учётом особенностей каждого из  них, используя средства  и методы работы,  создающие благоприятные условия для того , чтобы все ученики овладевали  основами изучаемого  предмета  непосредственно в ходе занятия, а также для воспитания и развития познавательных способностей и духовных сил школьников. В данном определении можно выделить специфические признаки, отличающие  урок от других организационных форм обучения:  постоянная группа учащихся, руководство  деятельностью  школьников  с учётом  особенностей  каждого из  них,  овладение  основами изучаемого  непосредственно на уроке. Эти  признаки отражают не только  специфику, но и сущность урока. Теоретическая возможность одновременно обучения одним учителем в ходе одного урока большого количества  учащихся (30-50 чел.) одинакового возраста  и уровня подготовки  впервые была обоснована  Я.А.Коменским. Главной задачей педагога была передача учащимся готовых знаний посредством педагогического воздействия. Уроки чередовались с неизменной последовательностью по расписанию, составленному на полугодие или на год. При этом  даже следующие один за другим, они,  как правило, не имели между собой логической связи,  так как предполагали лишь  заучивание учебного материала.