第三章玻璃原料

第三章玻璃生产工艺,硅酸盐工艺学,玻璃制备的一般工艺流程,原料加工配料配合料制备熔制成型退火检验玻璃深加工,工艺过程,第一节玻璃原料一、常见氧化物按作用分类：,硅酸盐工艺学,二、原料的选择1.原料的质量要符合要求，且成分稳定；包括原料的化学、矿物、颗粒组成符合要求；原料的纯度；化学成分、水分要求稳定。2.原料要易于加工处理；3.成本低、能大量供应；4.少用质量过轻以及对人体有害的原料；5.对耐火材料的侵蚀要小。,硅酸盐工艺学,第二节原料,主要原料：主要成分SiO2Na2OCaOAl2O3MgO,辅助原料：使玻璃获得某种必要性质、或加速玻璃熔制过程而引入的原料。,一、引入SiO2的原料硅酸盐玻璃的主要成分，构成玻璃结构网络骨架，赋予玻璃优良的性质。如好的化学稳定性、机械强度、硬度、增加透明性。但过多，玻璃熔融粘度大，熔制温度高，不利于生产。一般工业玻璃中SiO2占6075%，钠钙硅玻璃70%，光学玻璃4080%。主要原料：硅砂（石英砂）、砂岩,硅酸盐工艺学,二、引入Al2O3原料少量的Al2O3可以降低析晶倾向，提高化学稳定性、热稳定性、机械强度。量多引起玻璃粘度增大，一般用量810%。主要原料：长石、高岭土,硅酸盐工艺学,三、引入Na2O的原料助熔剂，降低玻璃粘度、化学稳定性、热稳定性、机械强度。一般用量16%。主要原料：纯碱（Na2CO3）、芒硝（Na2SO4）,硅酸盐工艺学,四、引入CaO的原料CaO：增加玻璃的化学稳定性、机械强度和电绝缘性。但是析晶性强，且硬化速度快，使成形温度范围变窄。平板玻璃中CaO含量10%。主要原料：石灰石、方解石等,硅酸盐工艺学,五、引入MgO的原料MgO:提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和机械强度用MgO取代部分的CaO，能改善玻璃的成形性能，降低析晶倾向；平板玻璃，瓶罐玻璃中一般用量34%主要原料：白云石、菱镁矿,硅酸盐工艺学,六、澄清剂高温放出气体，或能降低玻璃液粘度以促进排除气泡的物质。,硅酸盐工艺学,1.硫酸盐：Na2SO4、BaSO4、CaSO4Na2SO4比较普遍，在钠钙硅玻璃如平板、瓶罐玻璃中，用量为配合料的11.5%，日用玻璃采用BaSO4，用量0.5%，低碱或无碱的玻璃用CaSO4，用量0.5%。,2.氧化砷（As2O3）氧化锑（Sb2O3）与NaNO3或NH3NO3等共用。低温时，吸收硝酸盐放出的氧，高温分解放出氧气而起澄清作用。As2O3+O2As2O5As2O3用量0.20.6%，硝酸盐1.55%。有毒，改用Sb2O3，作用一样。,硅酸盐工艺学,3.硝酸盐Ba(NO3)、NaNO3Ba(NO3)比NaNO3分解温度高，澄清效果好，常用于钡质光学玻璃,4.氟化物（降低熔体粘度），氯化物（高温气化挥发）,七、着色剂玻璃的颜色取决于可见光线内的选择吸收。被吸收光的颜色与观察到的颜色互称补色。1.离子着色剂：离子或分子状态存在于玻璃中，离子或分子对光线有选择性吸收的作用。如Mn化合物呈紫色（35%），CoO呈天蓝色（0.0010.01%）镍紫（0.0030.03%）2.胶体着色剂：原子或分子以胶粒（1100m）存在于玻璃中。胶粒性质、大小、浓度对着色有影响。有金(红）、银（黄）、铜（红）、锑等。3.化合物着色剂：硫化镉（黄色）、硒化镉（红）,硅酸盐工艺学,八、脱色剂无色玻璃有良好的透明性。过渡金属离子使玻璃着色。脱色的实质就是消除或减弱铁氧化物等的着色作用。,硅酸盐工艺学,1.物理脱色：中和，使玻璃变白或灰色，利用颜色的互补关系，有害杂质呈黄、黄绿色由兰、紫色与其互补，所以，常用的物理脱色剂有：硒、氧化亚钴、氧化亚镍、氧化锰、氧化钕,2.化学脱色：通过化学反应使着色氧化物着色程度减弱以提高透光度。Fe2+着色能力大于Fe3+，所以熔制时保持氧化气氛，再加入氧化剂如NaNO3、As2O5等，效果较好。低温时，硝酸盐放出氧，As2O3吸收变成As2O5，高温时，As2O54FeOAs2O3+2Fe2O3,九、氧化剂和还原剂玻璃熔制时能分解放出氧的物质成为氧化剂；反之，成为还原剂。氧化剂的原料有：硝酸盐、As2O5、氧化铈等。还原剂的原料有：煤粉、木屑、焦炭、氧化锡、铝粉等。,硅酸盐工艺学,十、乳浊剂:使玻璃产生乳白不透明的原料。机理：玻璃中析出的晶体、气体或分散粒子与基础玻璃间出现折射率差，引起光线散色而产生乳浊效果,不溶或难溶的化合物：以细粒状态悬浮于玻璃中，如SnO2、ZrO2、Sb2O3；析出式乳浊剂：玻璃液冷却时析出微晶（0.110m）如ZrO2、TiO2、SiO2；胶体乳浊剂：碳、硫、磷、氟等以胶体状态存在，使玻璃乳浊。微小液滴：根据折射率的不同，使玻璃产生乳浊效果,玻璃工业中常用的乳浊剂有：氟化物、磷酸盐、锆化合物、砷化合物、锡化合物、氧化锑等。,一、作用：将大块原料破粉碎、过筛使之成为一定大小的颗粒，提高熔化速度和玻璃液的均匀度。根据原料性质、加工处理的数量选择适当的机械设备，尽量实现自动化、技术先进可靠、经济合理、流程顺畅。二、工艺流程：有单系统、多系统和混合系统三种。多采用混合系统，用量较多的原料单独采用一个原料加工处理系统，用量小、性质相近的原料共用一个系统。,硅酸盐工艺学,第三节原料的加工,举例,硅砂：硅砂由汽车运输进厂砂库码垛。由翻斗车装运到原料车间硅砂仓，经担升机提升，平面摇筛筛分，合格硅砂入称量排库仓。硅石：采用1台鄂式破碎机粗碎，1台圆锥破碎机中碎，3台对辊破碎机细碎，3台斗式提升机输送，2台六角筛筛分，合格粉料进入称量排库仓。,白云石：采用1台鄂式破碎机，2台对辊破碎机破碎，3台斗式提升机提升输送，2台六角筛筛分。合格粉料进入称量排库仓。纯碱：采用1台笼型碾和1台六角筛破碎筛分，用半式提升机输送。合格粉料进入称量排库仓。芒硝：采用1台双齿辊破碎机，1台六角筛加工，斗式提升机输送。合格粉料进入称量排库仓。,三、玻璃组成的设计和确定（补充）1.列出所设计玻璃的性能要求；2.参考相关相图和玻璃形成图，拟出玻璃组成；3.试验、测试、调整、确定组成。,基本要求：熔化良好、均匀，尽可能避免各种玻璃缺陷；满足成形要求；具有一定的化学稳定性，避免与盛装物发生作用；制品有一定的热稳定性和一定的机械强度。组成：采用NaOCaOSiO为基础，引入适量的AlO，MgO改善玻璃的析晶倾向、增强化学稳定性、机械强度和改善成形性质。医用玻璃和化工用瓶采用硼硅酸盐玻璃。,（一）瓶罐玻璃,绿色啤酒瓶其组成：SiO268.0Al2O33.6CaO8.5MgO2.3Na2OK2O1.57BaO1.0Cr2O30.07MnO0.09Fe2O30.51汽水瓶：SiO265.0Al2O38.0CaO11.0MgO1.0Na2OK2O1.57BaO0.3Cr2O30.07MnO0.09Fe2O30.50,（一）瓶罐玻璃,（二）器皿玻璃性能要求：高的透明度、白度或鲜艳的颜色、具有一定的热稳定性、化学稳定性和机械强度。组成：派来克斯玻璃NaOBaOSiO系统或铅硅酸盐无碱玻璃,（二）器皿玻璃中国吹制杯的组成SiO274.3Al2O31.4B2O30.3CaO6.5MgO1.4Na2O15.3ZnO0.6机制高脚酒杯SiO22.21Al2O31.7BaO3.77CaO6.6Na2O14.99K2O1.35中铅晶质玻璃SiO258.40PbO25.3CaO6.6Na2O2.41K2O14.05,（三）平板玻璃要求：易于熔化和澄清、制品有良好的化学稳定性、成形温度范围析晶倾向小、玻璃料性短。组成：如浮法玻璃：SiO27272.2Al2O31.31.5Na2OK2O13.414.6CaO8.28.9MgO2.94.0Fe2O30.17,四、配合料的计算（补充）根据玻璃的重量百分比及原料的化学成分，计算熔化1000Kg玻璃所需的各种原料用量。注意：各组成氧化物挥发损失、飞扬损失及溶入耐火材料对成分的改变，在计算时对某些组分作适当的增减以保证设计成分。,（一）配合料计算中的几个工艺参数1.纯碱挥散率：挥发、飞散量与总量的比值，一般0.23.5%2.芒硝含率：芒硝引入的Na2O与芒硝和纯碱引入的Na2O重量之比，一般58%。3.煤粉含量：煤粉引入的固定C与芒硝引入的Na2SO4之比，煤粉的理论含率为4.2%，生产上一般控制在35%.4.萤石含率：由萤石引入的CaF2量与原料重量之比，一般1826%。,（二）计算实例已知：1.玻璃的设计成分,2.各种原料的化学成分（%）,煤粉含C84.11%,3.配料的工艺参数与数据纯碱挥散率3.10%玻璃获得率82.5%碎玻璃掺入率20%萤石含量0.85%芒硝含量15%计算基础100kg玻璃液煤粉含量4.7%计算精度0.01,第四节配合料的制备一、质量要求：1.具有正确性和稳定性；2.有一定的颗粒组成（防止分层现象）；3.具有一定水分；4.具有一定气体率；气体率=逸出气体量配合料总量100%钠钙硅酸盐玻璃，气体率为1520%。5.混合均匀。6.加入一定量的碎玻璃。一般在1826%,硅酸盐工艺学,二、配合料的称量按配合料计算计算结果确定配料单，进行原料的称量。称量设备：电子称：特点是快速准确精度：1/1000