《原料工艺及设备》PPT课件

浮法玻璃生产技术与设备,2.原料工艺及设备成分设计、主要原料及辅助原料,一、浮法玻璃化学成分的设计,1.玻璃成分？,玻璃所含有元素和化合物的种类和比例。,2.玻璃成分的表示方法：质量分数（massfraction）-质量百分数（最常见）摩尔分数（molefraction)-克分子百分率（mol%）原子分数（atomaticfraction）-原子百分率，用于特种玻璃成分。,3.玻璃成分设计的原则：a.玻璃成分必须在相图中的玻璃形成区，可以形成玻璃而不析晶。-马祖林等编著玻璃性质与玻璃形成手册；美国陶瓷协会编著相平衡图集（PhaseEquilibraDiagrams）基础系统：钠钙硅系统基本含量：12%15%Na2O，8%12%CaO，69%73%SiO2,一、浮法玻璃化学成分的设计,浮法玻璃的化学成分设计,c.必须符合工艺性能的需要-熔制、成型、退火工艺要求；,b.玻璃性质必须达到要求的指标；进入国际市场-ISO标准或进口国市场的法定标准；国内市场-国家标准或行业标准。,d.要符合绿色设计、绿色制造、和绿色产品的要求，保护环境和环境协调；Pb、Cd，As，Hg，Cr,Ni,Cu,Zn、F等的使用,e.原料能大量供应，质量稳定，生产成本低廉。,浮法玻璃的化学成分设计,平板玻璃的化学成分,4.浮法玻璃的成分特点,浮法玻璃的化学成分设计,高钙：浮法玻璃拉引速度快，在成型中必须采用硬化速度快的“短”性玻璃成分，即调整CaO到8%9%。,中镁：CaO含量增加，使玻璃发脆并容易产生硅灰石析晶（CaO.SiO2）。因此MgO控制在4%左右，以改善玻璃的析晶性能。,低铝：铝高将增加玻璃的黏度，不利于均化和澄清，将Al2O3的含量降低到1.3%以下,微铁：熔化时着色能力强的Fe2+被氧化为着色能力弱的Fe3+，但在锡槽中又被还原成Fe2+因此严格限制在0.1%以内。,浮法玻璃的化学成分设计,5.玻璃成分的设计方法：,摸索性阶段：古代玻璃工匠试探性地摸索出玻璃配方；,经验性阶段（感性阶段）：根据经验、秘方，凭直觉建立经验规则；,试验性阶段：根据积累的数据进行分析，建立实验公式，用数学的方法来设计玻璃成分；（现在大部分玻璃成分的设计在宏观计算阶段）,理论性阶段：用理论公式进行成分设计。探索阶段，在特殊玻璃元素半导体玻璃、化合物半导体玻璃应用,1.SiO2：优点：玻璃的黏度、机械性能、热稳定性和化学稳定性均随SiO2含量的增加而提高；密度和热膨胀系数随SiO2含量增加而降低。缺点：熔点高、黏度大，使玻璃熔化、澄清和均化困难，能耗增加。,2.CaO：优点：能加速玻璃的熔化和澄清过程，并提高玻璃的化学稳定性。能降低玻璃液的高温黏度，增加玻璃液的高温黏度，即可以调整玻璃的料性。缺点：增加玻璃的脆性，含量大于10%，则玻璃易产生结晶。,玻璃中各种氧化物的作用,玻璃中各种氧化物的作用,MgO：以MgO代替CaO，改善玻璃的失透倾向，提高玻璃的热稳定性。温度高于1200时，会使玻璃液的黏度降低；而在1200900之间，又有使玻璃液的黏度增加的倾向；低于900，反而使玻璃的黏度下降。,Al2O3：少量Al2O3可以提高玻璃的化学稳定性和热稳定性；缺点：增加玻璃液黏度和表面张力，使玻璃的熔化速度减慢和使澄清时间延长，也不利于均化，而且对玻璃液在锡槽中摊平抛光也不利。,玻璃中各种氧化物的作用,Na2O：能大幅度降低玻璃液的黏度，降低玻璃的熔化温度，增加玻璃液的流动性，是良好的助熔剂。缺点：会使玻璃的化学稳定性、热稳定性以及机械强度降低，膨胀系数增大玻璃发脆；而且还容易使玻璃析碱、发霉，并使玻璃生产成本增加。,K2O：降低玻璃的表面张力，改善玻璃的光泽。K2O代替Na2O具有“双碱效应”，能够提高玻璃的化学稳定性，减少玻璃析晶，改善玻璃的析晶倾向。,玻璃中各种氧化物的作用,Fe2O3：使玻璃着色，影响玻璃的质量。一般控制在0.1%以下,B2O3:降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性，改善玻璃光泽，提高玻璃的机械强度。降低玻璃的高温粘度，增加玻璃的低温粘度。,玻璃原料：制备玻璃配合料的各种物质。,浮法玻璃生产原料及质量要求,主要原料：玻璃种引入个组成氧化物的原料。,次要原料：为使玻璃获得某些必要的性质或加速熔制过程的原料。,对于原料的总体要求：1.同一批料，化学组成波动要小；2.相邻批次料，化学组成要相近。,原料的选用原则：1.原料的质量要符合要求：成分、颗粒度和颗粒组成、氧化还原值、含水率等；2.易于加工处理；3.成本低廉，储量丰富，供应可靠；4.对耐火材料的侵蚀要小；5.尽量采用适用于熔制和无害的原料。,浮法玻璃生产原料及质量要求,一、主要原料,1.引入SiO2的原料：石英砂、砂岩、石英岩等矿物原料。约占配合料总用量的6070%。,a.石英砂：硅砂，主要成分石英。是石英岩和硅质演示受地质作用或风化作用而生成。常含有难熔的矿物质。,浮法玻璃生产原料及质量要求,b.砂岩：砂岩是一种沉积岩，是由石英颗粒经过水冲蚀沉淀于河床上，经千百年的堆积变得坚固而成。后因地球地壳运动，在高压下由胶结物胶结而成的矿岩。砂岩根据胶结物的不同石英砂岩、长石砂岩和岩屑砂岩。玻璃厂作为原料使用的是石英砂岩（石英和各种硅质岩屑的含量占砂级岩屑总量的95%以上）。,浮法玻璃生产原料及质量要求,砂岩的化学成分不仅取决于石英颗粒，而且与胶结物的性质和含量有关，硅质胶结的纯度高，粘土胶结的氧化铝含量高。,成本比石英砂高。（开采后要破碎、粉碎、过筛、除铁等处理。,浮法玻璃生产原料及质量要求,泥质石英砂岩,长石石英砂岩,铁质石英砂岩,石英砂岩,浮法玻璃生产原料及质量要求,c.石英岩：是石英颗粒彼此紧密结合，而成，是砂岩的变质岩，纯度高，硬度大。,白石英岩,绿石英岩,浮法玻璃生产原料及质量要求,d.水晶：水晶是一种无色透明的大型石英结晶体矿物。它的主要化学成份是二氧化硅，跟普通砂子是一种物质。当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙；二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。,浮法玻璃生产原料及质量要求,浮法玻璃对硅质原料的质量要求：,（1）化学成分的要求：SiO298.0%波动范围不超过0.20%Fe2O30.10%波动范围不超过0.01%Al2O30.7%波动范围不超过0.1%烧失量0.2%TiO20.01%Cr2O30.001%相邻两批料之间的成分波动不得超过上述波动范围的40%。,（2）原料粒度的要求：0.6mm0%；0.50.4mm5%；0.40.1mm90%；0.10.075mm5%；0.075mm0%不允许有粒径大于0.2mm的铬铁矿、高铝矿物或其他难熔矿物。,浮法玻璃生产原料及质量要求,（3）水分含量的要求：原料含水率小于5%。,生产运输储存过程中避免污染。,2.引入Cao与MgO的原料：白云石、石灰石、方解石、白垩等。以白云石为主，石灰石、方解石补充。,浮法玻璃生产原料及质量要求,a.白云石（CaCO3.MgCO3）：白云石的主要成分为碳酸镁钙，颜色多为白色、灰色、肉色、无色、绿色、棕色、黑色、暗粉红色等，透明到半透明，具有玻璃光泽，硬度3.5-4，比重2.85-2.9。块状的白云石遇到冷的稀盐酸不容易起泡。,浮法玻璃生产原料及质量要求,浮法玻璃生产原料及质量要求,b.石灰石（CaCO3）：生石灰的主要成分是CaO，一般呈块状，纯的为白色，含有杂质时为淡灰色或淡黄色。遇到盐酸起大量的泡。,浮法玻璃生产原料及质量要求,b.方解石（CaCO3）：纯度比石灰石高，是浮法玻璃生产的优质原料。方解石是一种分布很广的碳酸钙矿物。方解石的晶体形状多种多样，它们的集合体可以是一簇簇的晶体，也可以是粒状、块状、纤维状、钟乳状、土状等等。敲击方解石可以得到很多方形碎块，故名方解。,浮法玻璃生产原料及质量要求,白垩：白垩是一种微细的碳酸钙的沉积物，主要是由单细胞浮游生物球藻（coccolithophorid）的遗骸（颗石）构成。其中含有海绵骨针、浮游性有孔虫壳、菊石、箭石、海胆和贝类化石等海生动物的壳，含有水分，使用前需要经干燥处理。,浮法玻璃生产原料及质量要求,浮法玻璃对石灰质原料的质量要求：（1）对成分的要求：白云石：CaO18.0%波动范围0.4%MgO35.0%波动范围0.4%Fe2O30.25%波动范围0.1%酸不溶物3%波动范围0.5%石灰石：CaO54.00%波动范围0.40%MgO2.00%波动范围0.40%Fe2O30.10%波动范围0.1%酸不溶物3.0%波动范围0.5%,浮法玻璃生产原料及质量要求,（2）对粒度的要求：白云石：过细的白云石颗粒会吸附在较大的硅质颗粒周围，阻碍砂粒参与反应；少量白云石细粉不影响玻璃澄清质量；15%左右的0.150.08mm白云石细粉，能提高玻璃的熔化和澄清质量当细粉含量超过20%时，则会产生不利影响。白云石：3mm0%；0.60.25mm50%-70%；0.1mm5%；0.075mm0%,浮法玻璃生产原料及质量要求,3.引入Al2O3的原料：长石、高岭土、叶腊石、钽铌尾矿砂、氧化铝和氢氧化铝。常用的为长石。,a.长石：长石是长石族岩石2的总称，它是一类含钙、钠和钾的铝硅酸盐类矿物。为地壳中最常见的矿物，比例达到60%。它们都具有玻璃光泽，颜色多种多样，有无色的，有白色、黄色、粉红色、绿色、灰色、黑色等等。有些透明，有些半透明。长石本身应该是无色透明的，之所以有色或不完全透明，是因为含有其他杂质。有些成块状，有些成板状、有些成柱状或针状等等。玻璃厂常用的长石分为钾长石（K2OAl2O36SiO2）和钠长石(Na2OAl2O36SiO2)；由于混碱效应和钾能改善玻璃的光泽，现在玻璃企业一般侧重于使用钾长石。,浮法玻璃生产原料及质量要求,玻璃厂常用的长石分为钾长石（K2OAl2O36SiO2）和钠长石(Na2OAl2O36SiO2)；由于混碱效应和钾能改善玻璃的光泽，现在玻璃企业一般侧重于使用钾长石。钾长石颜色多为肉红色，也有灰、白褐色。钠长石为白、灰及浅黄色。,钠长石（blackclay）,钠长石（blackclay）,浮法玻璃生产原料及质量要求,钾长石,钾长石,浮法玻璃生产原料及质量要求,2.对长石粒度的要求：随着长石颗粒尺寸的下降，玻璃的熔制和澄清质量会变好，但0.08mm以下会使玻璃的澄清质量变差。+0.6mm0%；0.60.42mm5%；0.420.075mm90%；-0.075mm0%,（1）对长石成分的要求：Al2O313.5%波动范围0.5%SiO265.0%波动范围0.5%Na2O+K2O8.514.5波动范围0.5%Fe2O30.2%波动范围0.1%,浮法玻璃生产原料及质量要求,4.引入Na2O的原料：纯碱、芒硝,a.纯碱：分为结晶纯碱(Na2CO310H2O)和煅烧纯碱(Na2CO3)，玻璃工业采用煅烧纯碱。煅烧纯碱的特性：白色粉末，易溶于水，极易吸水潮解，结块。放置时间长的纯碱中含有510%的水分，在使用时应进行水分测定。在熔制时，Na2O的挥发量为本身质量的0.53.2%，在配料计算时要考虑。纯碱中含有硫酸钠、氯化铁等杂质。,煅烧纯碱分为重质碱和轻质碱，浮法玻璃厂一般采用重质碱。原因：？,纯碱挥散率,浮法玻璃生产原料及质量要求,（1）颗粒大，表面致密，吸潮性轻。（2）密度大，节省包装，减少储存空间。（3）粒级少，储运、称量、混合过程中减少飞料和分层。（4）改善操作环境，减少对耐火材料的侵蚀，提高熔窑寿命。,现广东地区外埠轻质碱主流送到价格在1060-1150元/吨，本地品牌价格略高，送到均价在1180-1200元/吨，重质碱送到价格在1230-1250元/吨。广西纯碱大部分货源企业自用。福建市场目前轻质碱出厂价格徘徊在1100元/吨，重质碱价格在1200元/吨。近期河南地区纯碱市场仍然处于低位，轻质碱主流送到价格在1070-1100元/吨，重质碱主流成交价格为1200-1230元/吨，天然碱销售价位处于低端。,浮法玻璃生产原料及质量要求,对纯碱的质量要求：,Na2CO399.0%；NaCl0.3%Na2SO40.1%；Fe2O30.1%,b.无水芒硝(Na2SO4):玻璃厂中一般用做澄清剂、代碱产品。（1）无水芒硝特性：白色或浅绿色，熔点为884，其热分解温度在11201220之间。易潮解。由于分解温度高于熔点，在熔融时往往形成芒硝熔液，称为芒硝水。有利于石英砂的熔化，对耐火材料侵蚀严重，可以在玻璃板面上形成白色的芒硝泡。所以需要加入还原剂的使其分解温度可以降低到500700。,浮法玻璃生产原料及质量要求,（2）还原剂：煤粉、锯末、焦炭粉。（3）还原剂用量：理论上为Na2SO4质量的4.22%，实际使用时要根据原料的化学需氧量、还原剂本身的颗粒组成，窑炉内的火焰特性进行调整，一般浮法厂为35%。,碳粉含率,用量过少，芒硝分解不完全，产生芒硝水，玻璃板上出现芒硝泡。用量过多，使玻璃着色。,(1)还原剂与芒硝要预混;(2)热工制度保持稳定。,浮法玻璃生产原料及质量要求,（4）芒硝用量：芒硝含率进行计算，一般控制在2.53.0%。,芒硝量过少，达不到澄清的目的，用量过多，在成型使容易在玻璃表面形成锡斑。,浮法玻璃生产原料及质量要求,（4）芒硝质量要求：,(5)对碳粉质量要求：C84%灰分12%,Na2SO499%NaCl0.3%H2O0.5%CaSO41.0%,浮法玻璃生产原料及质量要求,5.引入K2O的原料：主要是采用钾长石，有时采用碳酸钾或硝酸钾。硝酸钾同时还可以用做澄清剂、脱色剂和氧化剂。,6.对主要原料粒度的总体要求：(原料的力度和颗粒组成要合理，即有合理的颗粒级配。）（1)密度小的物料颗粒粒度要大一些，密度大的颗粒粒度要小一些。（2）难熔原料的粒度要小一些，易熔原料的粒度要大一些。,浮法玻璃生产原料及质量要求,二.辅助原料（澄清剂、着色剂、脱色剂、助熔剂、还原剂等）1.澄清剂（1）澄清剂：往玻璃配合料或玻璃熔体中加入一种高温时本身能气化或分解放出气体，以促进排除玻璃液中气泡的物质。（2）常见的澄清剂有：变价氧化物类、硫酸盐类、卤化物类及复合澄清剂。,澄清剂,1.变价氧化物类的澄清剂特点：在一定温度下分解放出氧气，吸收周围的小气泡，变成大气泡排出，以As2O3、Sb2O3、CeO2为代表。,（1）As2O3（白砒）As2O3剧毒，白色结晶粉末或无定形玻璃状物质。本身易气化挥发，随烟气排出，对环境造成危害。As2O3是高效澄清剂，用量一般为0.20.5%，与硝酸盐（钠）共用，硝酸盐的引入量为白砒的48倍。,澄清剂,反应过程：,澄清剂,（2）三氧化二锑（Sb2O3)：Sb2O3的澄清机理类似于As2O3，但毒性较小，密度大，放出氧气的温度低。必须与硝酸盐配合使用。Sb2O3与As2O3配合使用，效果更好，同时可降低As2O3的用量。用量：一般为配合料用量的0.5%1%。,澄清剂,(3)二氧化铈（CeO2）二氧化铈柠檬黄色，可以做高温澄清剂，无毒。熔窑温度的高低与CeO2的用量有关系，当熔窑温度低于1510时，玻璃液温度在1400以下，CeO2不会分解，起不到澄清作用。由于玻璃液在1400以上停留的时间较短，过量的CeO2分解不完，后期接触还原性介质会放出O2，产生微小气泡。一般用量小于0.5%,反应机理：,澄清剂,2.硫酸盐类澄清剂（应用最多的一类澄清剂）以芒硝、重晶石、石膏等引入。属于高温澄清剂,温度越高，澄清效果越好。用量一般小于2%，浮法玻璃一般小于1%，要与碳粉配合使用，对窑炉气氛有要求。,反应机理：,澄清剂,3.卤化物类澄清剂以CaF2（萤石）、NaCl、Na2SiF6等形式引入为主。通过降低玻璃液的粘度和表面张力来达到澄清的效果。对耐火材料侵蚀性非常强，大大降低窑炉的使用寿命。萤石的用量：以引入配合料中0.5%的氟计算。氟化物同时也可以用作助熔剂和乳浊剂。食盐的使用量一般为配合料的1.33.5%。,反应机理：,氟化物在熔体中