化学蒙砂玻璃三.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 讲 座 化学蒙砂玻璃(三) 王承遇,陶 瑛 (大连轻工业学院玻璃及无机新材料研究所,辽宁 大连 116001) Frosting G lass (3) WANG Chengyu , TAO Ying 中图分类号:TQ171. 6文献标识码:B文章编号:1000 - 2871(1999)03 - 0063 - 04 3. 7 蒙砂工艺制度 蒙砂工艺制度主要指蒙砂温度和时间。 蒙砂温度由蒙砂液的配方和蒙砂工艺来决定。每种蒙砂液必须用其相应的蒙砂温度, 如上期表2中P - 5配方要求在4060 进行蒙砂,在此温度下反应进行最完全,蒙砂效率 最高。在蒙砂液配方已确定的条件下,根据蒙砂工艺来制定合适的蒙砂温度和时间。浸入 法和喷吹法对蒙砂液温度的要求是不相同的,由于浸入法蒙砂时,玻璃制品浸泡在酸液中, 要求温度比喷吹法要低一些。一般浸入法最佳温度为2530,此时蒙砂玻璃的透过率比 较低,蒙砂效果比较好。在20 时蒙砂后,玻璃透过率比较高,说明温度低时,蒙砂效率不 高。温度过高,氢氟酸挥发增加,造成大量损失,同时减弱了酸的浓度,蒙砂效果反而降低。 如蒙砂液温度低一些,蒙砂时间就要延长。 为保证蒙砂液温度稳定,玻璃制品在浸入蒙砂液以前,先进行预热,使玻璃制品和蒙砂 液保持相同的温度,避免冷的玻璃制品投入蒙砂液中,引起温度的波动。 喷吹法蒙砂时,由于酸液和玻璃接触时间短,所以蒙砂液温度要高一些,一般将蒙砂液 加热到4050,再喷吹到玻璃表面上。 a b 图4 蒙砂温度对玻璃表面形貌的影响 36玻璃与搪瓷 27卷3期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图4为同一配方的蒙砂粉在同一时间不同温度下蒙砂后,表面形貌的偏光显微镜照片 (放大80倍 ) ,a 为25 下蒙砂90s ,b为30 下蒙砂90s ,由此可见温度提高,反应物晶粒比 较粗大。 用同一蒙砂粉在相同的温度 (30 )下,经不同蒙砂时间后,玻璃表面形貌的偏光显微镜 照片(放大80倍)如图5所示。a为蒙砂90s ,b为蒙砂120s ,两者对比明显看出,蒙砂时间增 加,表面的晶粒长大。一般蒙砂时间在40s时,侵蚀反应很不完全。在90s时蒙砂玻璃的透 过率很低,蒙砂效果较好;但蒙砂时间超过120s后,玻璃表面覆盖大量溶解度很低的氟硅酸 盐晶体,反而阻止酸液进一步侵蚀,透过率未继续降低,蒙砂效果不再增强。 a b 图5 蒙砂时间对玻璃表面形貌的影响 根据以上实验,我们即可通过控制蒙砂温度和时间来达到要求的蒙砂程度。在蒙砂时 间固定的条件下,若蒙砂温度提高,玻璃的蒙砂程度增加。在相同的蒙砂温度情况下,蒙砂 时间延长,玻璃的蒙砂程度也增强。由于提高蒙砂温度受到氢氟酸挥发因素的限制,因此延 长蒙砂时间是行之有效的途径。在浸入法中可以将玻璃制品浸在蒙砂液中的时间延长,以 增进玻璃的蒙砂程度;在喷吹法中可进行多次喷吹,即第一次喷吹后,即用热水清洗,以除去 反应物,再进行第二次喷吹、 清洗,根据需要,可以重复多次以达到要求的蒙砂程度。 4 含氟废气与废水的净化处理 蒙砂过程中产生大量含氟废气与废水,污染环境,对人员和设备造成损害。各个国家和 地区对环境中允许氟化物的浓度均作了明确规定。我国T J36 - 76工业企业设计卫生标准 规定,空气中氟化氢允许最高浓度为1mg/ m3。前苏联规定工作环境中允许氟化氢最高浓度 为1mg/ m3,大气污染的浓度根据暴露时间而定,对一次暴露允许最高浓度为0. 03mg/ m3,对 24h暴露允许最高浓度为0. 01mg/ m3。美国加利福尼亚州污染防治标准指出氟化氢的危险 浓度为2ppm/ h。在生产过程中,我们除了采用密闭装置防止废气外泄和用抽风设备抽取废 气外,对蒙砂过程中已产生的废气和废水必须回收和净化。 4. 1 含氟废气的净化处理 含氟废气常用的处理方法可分为: 吸附法 用粉状或颗粒状吸附剂吸收氟化物,如碳酸钙、 氧化铝、 氟化钠等,这些吸 附剂与氟化氢气体产生如下反应: 46玻璃与搪瓷 27卷3期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. CaCO3+ 2HF CaF 2+ CO2+ H2O (23) Al2O3+ 6HF 2AlF3+ 3H2O(24) NaF + HF NaHF 2 (25) 2NaF + SiF4 Na 2SiF6 (26) 如将NaHF2和Na2SiF6分别加热到不同温度,则进行分解: NaHF2 NaF + HF(27) Na2SiF6 2NaF + SiF4(28) 反应后生成的NaF可以再作吸附剂循环使用,HF与SiF4也可再回收。此法也称为干 法,具有工艺过程简单、 吸附效果好等优点,但设备投资大,回收成本也较高。 吸收法 用水或碱性水溶液吸收中和含氟气体,如氢氧化钙、 氢氧化铝、 碳酸钠等 与HF气体产生如下反应: Na2CO3+ HF NaF +NaHCO 3 (29) NaHCO3+ HF NaF + CO 2+ H2O (30) Na2CO3+ CO2+ H2O 2NaHCO 3 (31) Ca(OH)2+ 2HF CaF 2+ 2H2O (32) 3SiF4+ 2H2O 2H 2SiF6+ SiO2 (33) Ca(OH)2+ H2SiF6 CaSiF 6+ 2H2O (34) Al(OH)3+ 6HF H 3AlF6+ 3H2O (35) 如再加入Na2CO3、H3AlF6可反应生成冰晶石: 2H3AlF6+ 3Na2CO3 2Na 3AlF6+ 3CO2+ 3H2O (36) 此法也称湿法,净化效果好,但易造成二次污染,为避免二次污染,反应生成物必须回 收。 常用的净化方法是吸收法,用抽风机将含氟废气抽到吸收塔。吸收塔通常为多级式,废 气依次进入第一、 二、 三级吸收塔,每级吸收塔均有喷淋水管,喷出水滴以吸收废气中氟化 物,当废气中氟化氢和氟化物浓度降低到允许标准浓度以下,即可从烟囱中排出。已吸收氟 化氢的水溶液由塔的下部排到中和池内,用石灰水中和。生成的氟化钙沉淀可以回收。有 的工厂将吸收塔分为上、 下两部分,上部为喷淋水滴吸收室,下部为由Na2CO3配制的碱液吸 收室。上部吸收氟化氢形成的酸水,可由下部碱液吸收室中和,此装置特点是不必另外安装 酸液中和池。 为了提高废气净化效率,可将吸附和吸收结合起来,由蒙砂槽排出的废气,先经过去雾 装置,再经吸附装置,然后经过吸收装置,最后排出。去雾装置主要为金属网,废气中的水分 在网上冷疑。吸附装置通常为卧式圆筒,内设两层多孔隔板,多孔隔板之间装有活性材料吸 附剂。吸收装置由顶部设有喷淋水管的吸收塔构成,为提高吸收效率,塔内水平方向安装格 栅,格栅上放有焦碳层或采用其他耐酸多孔填料。已吸收氟化氢的酸液,同样也需在含碱液 56玻璃与搪瓷 27卷3期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 的中和池内进行中和。 4. 2 含氢氟酸废液与废水的净化处理 含氢氟酸与其他酸的废液与废水通常采用吸收法,最简单的方法是用含氧化钙的石灰 水来中和。将含氢氟酸的废液通入中和池,加入石灰水溶液,并用压缩空气鼓泡搅拌,反应 生成氟化钙,其他酸如盐酸、 硫酸与石灰水分别生成氯化钙和硫酸钙,这些生成物的乳液经 过一个辊筒过滤机,附着在辊筒表面上的固态钙的化合物用刮板刮下,滤液送入过滤塔进行 真空过滤,过滤后的水经检验,如无污染即可排出。 中和所需时间与温度有关,温度升高,反应速度增加,中和时间缩短,如温度从20 升 高到65,中和时间就可以减少40 %。中和是否完全,可用pH计进行检测,当酸性污水中 和到pH为8. 5时,即可结束。 中和的悬浮液可用泵供给过滤机。过滤时如悬浮液预热到6070,过滤速度比室温 时要提高1倍。悬浮物的浓度不超过0. 1g/L的滤液可以排到下水道,而水含量为35 % 40 %的残渣即可装车运走。含氢氟酸的废液与废水连续中和可以自动化。过滤机的选型可 以采用压滤机,也可以采用辊筒过滤机和真空过滤塔,后者过滤效率可明显提高。 根据国外一些专利介绍,在中和后还需加入硫酸铝为吸附剂,由于氟盐及氟离子初始浓 度比较高,每1m3的污水需消耗硫酸铝2000g。由于生成的悬浮液难以沉淀,还需要加入其 他絮凝剂。为了简化工艺、 降低成本和扩大吸附剂的品种,第一阶段用石灰水中和污水,第 二阶段除了加硫酸铝外,还需加入水玻璃,将水玻璃和硫酸铝按1 :3的比例加入污水中,使 水玻璃和硫酸铝生成具有吸附和絮凝性能的活性硅酸盐凝胶和含水硅酸盐,其反应如下: 3(Na2OSiO2xH2O) +Al2 (SO 4)3 nSiO 2yH2O +Al2O3mSiO22H2O + 3Na2SO4 (37) 净化后污水呈中性,其pH值可达到78 ,能够排出。 国外介绍的具体工艺如下:先将含氟37g/L的污水通入净化的中和反应槽内,再通入 石灰水,将pH调到1011 ,搅拌和澄清60min ,使污水内含氟浓度下降到1020mg/L ,然后 在中和污水池中按3 :1的比例,加入浓度10 %的硫酸铝和浓度5 %的水玻璃,按体积计算相 当于净化1m3污水,其用量为1020L ,污水与净化剂接触时间为3060min。当硫酸铝和水 玻璃混合物消耗量为1520L/ m3时,每1L净化污水含氟量可降到0. 81. 3mg。此净化方 法简单,比其他净化方法所需费用低廉。 国内有一些工厂,用蒙砂粉加酸蒙砂时,无任何密闭装置,敞开式作业,废酸和废水不经 处理即排出,严重危害工人健康和污染环境,贻害无穷,必须设法改进。 参考文献: 1 王承遇,陶瑛.玻璃表面装饰M.北京:新时代出版社,1998. 2 齐智群,刘海鹏,王承遇.大连轻工业学院学报J .1998 ,17(3) :18. 3 胡一宸,王中俭.玻璃毛面酸蚀机理研究J .玻璃与搪瓷,1990 ,(4) :3739. 4 王承遇,陶瑛.玻璃表面与表面处理M.北京:建材工业出版社,1993. 5 黄增耀.玻璃技术,1988(4) :3947. 6 陈清华.玻璃器皿装饰技术J .北京:轻工业出版社,1988. 7 藏志足.玻璃.1992 ,(2) :4647. 8 藏云鹏.氟化氢废气的处理J .玻璃与搪瓷,1989 ,(5) :3436.(下转第71页) 66玻璃与搪瓷 27卷3期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. (上接第46页) 熟练掌握着色离子的价态变化规律和光谱特性,有助于准确判断着色异常的原因,并 及时解决。 参考文献: 1西北轻工业学院.玻璃工艺学M.北京:中国轻工业出版社,1983. 2袁怡松.颜色玻璃J .玻璃与搪瓷,1996 ,24(5) :4954 ,1997 ,25(5) :5558. 3魏绍先等.琥珀色瓶罐生产实践J .玻璃与搪瓷,1997 ,25(6) :1418. (上接第57页) 5Hans Vogel et al.Method of Foming a Phosphate G lass to lnoculate WaterP.U. S.A:3720505 ,1973. 6S. H. Cartmell et al. Haemocompatibilityof Controlled Release G lassJ .Journal of Materials Science :Materials in Medicine ,1998 ,9: 17. 7Isave lskander Kh et al. Granulated Prolonged - action Fertilizer Based on Phosphate G lassP.U. S. S. R. :1742276 ,1992. 8Kani Y oshihiro et al. Water - soluble Antibacterial and Antifungal Agents and Leaf Spray FertilizersP.Japan:10218714 ,1997. 9Zhengwu Jin et al. Soil Remediation Effects of Na2O - P2O5Binary Phosphate G lass on Pb - Contaminated Soils J . Journal of Materials Science Letters ,1998 ,8:633635. 10Craig Curless et al. Phosphate G lass as a Phosphate Source in Hell Cell Density Escherichia Coli FermentationsJ