صناعة الزجاج والسيراميك

تُكتب المواصفة انطلاقًا من المنتج إلى الخلف. فالزجاج العبواتي عديم اللون، والعبوات الخضراء، والفلوت، والزجاج الشمسي منخفض الحديد، وجسم بلاط الجدران المسامي تقابل خمس مجموعات تحمّل مختلفة. والخطوة الأولى هي تثبيت ثلاثة أرقام كتابةً: نسبة CaO في الجسم المستهدف، والحد الأعلى المقبول لـ Fe₂O₃، وهدف اللون — الطول الموجي السائد والنفاذية الضوئية عند سماكة 4 mm. وبدون هذه الأرقام الثلاثة يتحول نقاش المادة الخام إلى نقاش سعر.

والمدخل الثاني هو تاريخ العيوب. أي عيب ساد في الأشهر الستة الأخيرة: الحجارة أم الخيوط أم الفقاعات أم انحراف اللون؟ فإن سادت الحجارة والخيوط كانت المشكلة على الأرجح في الحجم الحبيبي والمعدنيات، وإن ساد انحراف اللون فهي في الحديد وحالة الأكسدة–الاختزال. وتغيير المادة الخام قبل هذا التمييز لا يحل المشكلة عادة بل ينقلها. لذلك يوفّر الوقتَ أن يُناقَش نوع الزجاج ونوع الفرن وتاريخ العيوب معًا قبل طلب العينات — والحديث مع فريقنا الفني يبدأ من هذه العناوين الثلاثة.

يحدد XRF نسب CaCO₃ وMgCO₃ وSiO₂ وAl₂O₃ وFe₂O₃ وK₂O + Na₂O والفقد بالحرق، بينما يبحث XRD عن الكوارتز الحر والشِرت ومعادن الطين. والتحليل الكيميائي يعطي المتوسط، لكن الذي يصنع العيب في الزجاج حبيبة واحدة. لذلك تُنخل عينة ممثلة بوزن 3–5 kg، ويُفحص الجزء الخشن تحت المجهر المجسّم، وتُدرس بقايا الفصل المغناطيسي على حدة. فمئة ppm من الشِرت في شحنة لا تظهر في الشهادة لكنها تعني عشرات عيوب الحجارة في الوردية الواحدة.

ويُقاس Cr₂O₃ وNiO عند مستوى ppm، ومصدرهما لا يكاد يكون الصخر نفسه بل دائرة التحضير: فكوك الكسّارات، والمطارق، وبطانات الطواحين، ونقاط تحويل السيور. لذا تُقيَّم مواصفة المادة الخام ومعدنيات قطع التآكل في الخط معًا. وقد تكون مادة من المحجر نفسه ممتازة لصناعة الورق واللب من حيث اللمعان والنعومة، وغير صالحة إطلاقًا لخلطة الزجاج من حيث الحجم الحبيبي؛ فالقطاعان يطلبان أمرين متعاكسين.

يُركَّب تحليل مناخل الحجر الجيري فوق تحليل مناخل الرمل. والهدف أن يسير المنحنيان متقاربين؛ فكلما اتسعت الفجوة زاد الانفصال الحبيبي على السيور وفي الصوامع وفي آلة الشحن. وحين يبدأ الانفصال لا يعني عمل نظام الوزن بدقة شيئًا: تُوزن التركيبة صحيحة وتدخل الفرن خاطئة. وعلامته الميدانية تذبذب اللون ومعدل العيوب داخل الوردية الواحدة في فرن يعمل بإعدادات ثابتة.

والتجانس كمية قابلة للقياس. فمن عينات تُؤخذ عند مخرج الخلاط وعند نقطة الشحن يُتابَع الانحراف المعياري لـ CaO؛ وفي بيت خلطة جيد الإدارة يبقى دون 0.15 نقطة مئوية مطلقة. كما يُراقَب سلوك التطاير للجزء الناعم: فحين تتجاوز نسبة ما دون 0.1 mm حدّ 5% يبدأ انجراف الخلطة فوق اللهب إلى المولّد الحراري ويرتفع حمل غبار المدخنة.

يبدأ الحساب من تركيب الزجاج المستهدف. فيُوضع CaO في نطاق 8.5–12%، ويُوضع MgO عند 1–2% في العبوات و3.5–4% في الفلوت؛ ومن تقاطع الهدفين تخرج حصة الحجر الجيري وحصة الدولوميت. ومعامل تحول الحجر الجيري إلى CaO نحو 0.56: أي أن 100 kg من الحجر الجيري تعطي الفرن 56 kg من CaO وترسل 44 kg من CO₂ إلى المدخنة. ولذلك يقارب مردود الخلطة إلى زجاج 0.83، ويُبنى تخطيط المخزون والصوامع والنقل على هذا الرقم.

والمدخل الكربوناتي لا يعطي أكسيدًا فقط بل غازًا أيضًا. فـ CO₂ المتحرر يرفع بساط الخلطة ويغذّي تنوّي الفقاعات في المصهور ويسهم في التصفية بالكبريتات. ولهذا لا يُعدّ إدخال CaO مباشرة كجير محروق ممارسة قياسية رغم التوفير النظري في الطاقة. والمقارنة مفيدة: ففي الحديد والصلب والميتالورجيا يُستخدم المصدر الكالسيومي نفسه مكوّنًا للخبث، وهناك لا يكون Fe₂O₃ عيبًا بل مكوّنًا محايدًا في الغالب. فالذي يضع المواصفة هو العملية لا المادة.

تُجرى تجربة في فرن متدرّج بالمختبر باستخدام الحجر الجيري المرشّح، ويُقاس الزمن اللازم لصفاء الخلطة تمامًا. وانزياح قدره 0.2 mm في متوسط الحجم الحبيبي يغيّر هذا الزمن بوضوح؛ وهنا يظهر الفرق بين مادتين متطابقتين في التحليل الكيميائي. ولا تُحصى في التجربة المدة وحدها بل أيضًا عدد الفقاعات المتبقية والحبيبات غير الذائبة.

أما المؤشرات في صالة الإنتاج فهي طول بساط الرغوة، وفرق الحرارة بين القاع والقبة، وعدد الحجارة والخيوط لكل وحدة إنتاج، وقياس لون الزجاج (الطول الموجي السائد ونسبة Fe²⁺/ΣFe). وانخفاض حرارة القاع مع ارتفاع الحديد نمط كلاسيكي كثيرًا ما يُقرأ خطأً بوصفه مشكلة فرن لا مشكلة مادة خام، فيقود إلى تدخلات لا لزوم لها على الحرّاقات. لذلك ينبغي قراءة بيانات اللون والحرارة في جدول واحد لا في تقريرين منفصلين.

يُطحن الكالسيت الداخل في تركيبة الجسم طحنًا رطبًا في طاحونة كروية مع الطين والفلسبار؛ والهدف أن تبقى البقايا على منخل 63 μm دون 2%. وارتفاع هذه البقايا ليس رقمًا فحسب بل شكوى ضمان مؤجلة: فحبيبة الكالسيت الخشنة التي لا تتفاعل بالكامل أثناء الحرق تترك CaO حرًّا في الجسم، فيسحب الرطوبة خلال أسابيع ويتمدد ويُحدث فوهة في السطح. ولأن العيب يظهر في الموقع لا في المصنع، وبعد أشهر، فهو أغلى أصناف العيوب.

ويقوم التحقق على ثلاثة قياسات: انكماش الحرق وتوزيع الأبعاد، وامتصاص الماء (EN ISO 10545-3)، والتمدد الرطوبي بالأوتوكلاف. فإذا اكتمل تكوّن الأنورثيت عند ذروة 1100–1140 °C ضمن دورة 35–50 دقيقة أعطى منحنى الانكماش هضبة أفقية مقابل حرارة الذروة؛ وهذه الهضبة هي هامش الأمان الوحيد الذي يمنع تشتّت الحرارة الحتمي بمقدار ±10 °C عبر الفرن من التحول إلى عيب أبعاد.

في تركيبة الجليز ينقل CaCO₃ أكسيد الكالسيوم إلى المصهور؛ فيرفع اللمعان والصلادة عند النسب المنخفضة، وعند النسب المرتفعة تترسب بلورات الولاستونيت أو الأنورثيت عند التبريد فتعطي ملمسًا مطفأً حريريًا. وتعتمد جودة الجليز المطفأ على توزيع ضيّق لأحجام البلورات، وهو ما يفرض ضبط نظام التبريد ونعومة CaCO₃ معًا. كما يرفع CaO مقاومة الجليز للأحماض والمنظفات، فيصير معاملَ أداء مباشرًا في تطبيقات الحمامات والمطابخ.

والحدّ هنا هو انطلاق الغاز. ففي الحرق السريع تطلق حبيبة كالسيت متأخرة التفكك غاز CO₂ بعدما صار سطح الجليز لزجًا، فتترك ثقبًا إبريًا. والحل المعتاد طحن أنعم وإعادة موازنة النسبة المفرّتة؛ وفي التركيبات الحرجة يُختار الولاستونيت مصدرًا لـ CaO لا يطلق غازًا، غير أن فارق الكلفة لا يبرر ذلك إلا حيث ثبتت المشكلة فعلًا.

يحمل غاز مداخن فرن الزجاج SOx الناتج عن عامل التصفية الكبريتاتي وكبريت الوقود، إضافة إلى HF وHCl من المواد الخام. والحل الشائع هو حقن مادة ماصة جافة من Ca(OH)₂ عند 140–200 °C قبل الفلتر الكيسي. والنقطة الجديرة بالانتباه أن إعادة غبار الفلتر إلى الخلطة تعني احتسابه أيضًا مدخلًا كالسيوميًا وكبريتاتيًا؛ وإلا انزاحت تركيبة الخلطة بصمت. وعند الاستهلاك المرتفع تُخفَّض الكلفة لكل وحدة مادة فعّالة بتغذية الجير الحي إلى وحدة إماهة في الموقع.

وعلى الجانب السيراميكي تحمل مياه غسيل قسم الجليز وراشح المكابس مواد عالقة عالية وآثارًا من الزنك والرصاص وحملًا لونيًا. وضبط الـ pH بالجير والترسيب واستعادة جزء من الحمأة إلى الجسم ممارسات قياسية؛ ويتبع حساب الجرعة وسلوك الحمأة المنطق نفسه المتبع في معالجة المياه ومياه الصرف. وبذلك تعمل كيمياء الكالسيوم في المصنع الواحد عند ثلاث نقاط مترابطة: في الخلطة وعند المدخنة وفي محطة المعالجة.