第二章_玻璃原料及配合料制备

1、第二章玻璃原料及配合料制备第二章玻璃原料及配合料制备 凡能被用于制造玻璃的矿物原料、化工原料、凡能被用于制造玻璃的矿物原料、化工原料、碎玻璃等统称为玻璃原料。为了熔制具有某种组成碎玻璃等统称为玻璃原料。为了熔制具有某种组成的玻璃所采用的，具有一定配比的各种玻璃原料的的玻璃所采用的，具有一定配比的各种玻璃原料的混合物叫做配合料。原料的选择与配合料的制备是混合物叫做配合料。原料的选择与配合料的制备是玻璃生产工艺的主要组成部分，它直接影响玻璃制玻璃生产工艺的主要组成部分，它直接影响玻璃制品的产量、质量与成本。品的产量、质量与成本。2.1玻璃原料玻璃原料玻璃原料通常按其用量和作用的不同而分为玻璃原料通

2、常按其用量和作用的不同而分为2.1.1主要原料：主要原料：向玻璃中引入各种组成氧化物的原料，如石英砂、向玻璃中引入各种组成氧化物的原料，如石英砂、 石灰石、纯碱等石灰石、纯碱等。2.1.2辅助原料：辅助原料：为使玻璃获得某些必要的性质和加速溶制过程的为使玻璃获得某些必要的性质和加速溶制过程的 原料。这种原料用量少，但它们的作用往往是不可原料。这种原料用量少，但它们的作用往往是不可 替代的。替代的。以下分别简要介绍这两类原料以下分别简要介绍这两类原料 二氧化硅是重要的玻璃形成氧化物，以硅氧四面体二氧化硅是重要的玻璃形成氧化物，以硅氧四面体SiO4 的结构组元形成不规则的连续网络，成为的结构组元形

3、成不规则的连续网络，成为。石英砂、。石英砂、 砂岩、石英岩和石英是引入砂岩、石英岩和石英是引入SiO2的原料。在日用玻璃中的用量的原料。在日用玻璃中的用量 较多，约占配合料重量的较多，约占配合料重量的6070以上。以上。 主要提供主要提供A12O3，同时引入，同时引入K2O、Na2O、SiO2等成分，等成分， 减少纯碱用量。质量较高的玻璃不用长石配料。减少纯碱用量。质量较高的玻璃不用长石配料。 技术要求技术要求： A12O316%；Fe2O312%。 代用原料代用原料：有高岭土、叶腊石等。：有高岭土、叶腊石等。 其技术要求是其技术要求是： 高岭土：高岭土：A12O330%；Fe2O325%；F

4、e2O30.4%；SiO270%氧化钠在玻璃中的作用：氧化钠在玻璃中的作用： v 氧化钠氧化钠Na2O是普通玻璃的主要组分之一，它是网络外体是普通玻璃的主要组分之一，它是网络外体 氧化物，钠离子居于玻璃结构网络的空穴中。氧化物，钠离子居于玻璃结构网络的空穴中。 v Na2O能提供游离氧使玻璃结构中的能提供游离氧使玻璃结构中的O/Si比值增加，发生比值增加，发生 断键，因而可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，是断键，因而可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，是 玻璃良好的助熔剂。玻璃良好的助熔剂。 v Na2O增加玻璃的热膨胀系数，降低玻璃的热稳定性、化增加玻璃的热膨胀系数，降低玻璃的热稳定性、化

5、 学稳定性和机械强度，所以不能引入过多的学稳定性和机械强度，所以不能引入过多的Na2O，一般，一般 不超过不超过18%。 纯碱是引入玻璃中纯碱是引入玻璃中Na2O的主要原料，分为结晶纯碱的主要原料，分为结晶纯碱 (Na2CO310H2O)与煅烧纯碱与煅烧纯碱(Na2CO3)两类。玻璃工业中两类。玻璃工业中 采用煅烧纯碱。采用煅烧纯碱。 煅烧纯碱可分为轻质和重质两种。一般选重质。煅烧纯碱可分为轻质和重质两种。一般选重质。 对纯碱的质量要求：对纯碱的质量要求： Na2CO398，NaCl1，Na2SO40.1，Fe2O30.1。 无水芒硝或化学工业的副产品硫酸钠无水芒硝或化学工业的副产品硫酸钠(盐

6、饼盐饼)，884熔融，熔融， 热分解温度在热分解温度在11201220之间。但在还原剂的作用下，其分之间。但在还原剂的作用下，其分 解温度可以降低到解温度可以降低到500700，反应速度也相应地加快。，反应速度也相应地加快。 还原剂：煤粉、焦炭粉、锯末等。还原剂：煤粉、焦炭粉、锯末等。 纯碱缺乏时，用芒硝引入纯碱缺乏时，用芒硝引入Na2O 芒硝除引入芒硝除引入Na2O外，还有澄清作用，因而在采用纯碱引外，还有澄清作用，因而在采用纯碱引 入入Na2O 的同时，也常使用部分芒硝的同时，也常使用部分芒硝(23)。 芒硝能吸收水分而潮解，应储放在干燥有屋顶的堆场或库内，芒硝能吸收水分而潮解，应储放在干

7、燥有屋顶的堆场或库内， 并并 且要经常测定其水分。且要经常测定其水分。 芒硝的质量要求：芒硝的质量要求： Na2SO485，NaCl2，CaSO44， Fe2O30.3，H2O5。 硝酸钠（硝酸钠（NaNO3），熔点），熔点318，加热至，加热至350，则分解放，则分解放 出氧。继续加热，则生成的亚硝酸钠又分解放出氮和氧。出氧。继续加热，则生成的亚硝酸钠又分解放出氮和氧。 在熔制铅玻璃等需要氧化气氛的熔制条件时，须用硝酸钠在熔制铅玻璃等需要氧化气氛的熔制条件时，须用硝酸钠 引入一部分引入一部分Na2O。此外硝酸钠比纯碱的气体含量高，为了调节。此外硝酸钠比纯碱的气体含量高，为了调节 配合料的气体

8、率，也常用硝酸钠来代替一部份纯碱。配合料的气体率，也常用硝酸钠来代替一部份纯碱。 硝酸钠是引入硝酸钠是引入Na2O的原料，也是澄清剂、脱色剂和氧化剂。的原料，也是澄清剂、脱色剂和氧化剂。硝酸钠一般纯度较高，质量要求：硝酸钠一般纯度较高，质量要求： NaNO398，Fe2O30.01，NaCl12.1.1.4镁质原料镁质原料 菱镁矿，亦称菱苦土，主要成分菱镁矿，亦称菱苦土，主要成分MgCO3。 白云矿，又叫苦灰石，分子式为白云矿，又叫苦灰石，分子式为CaCO3MgCO3。滑石是天然的含水硅酸镁矿物，其特征是沿一定方向滑石是天然的含水硅酸镁矿物，其特征是沿一定方向 解理，所以多半呈鳞片状。解理，所

9、以多半呈鳞片状。 化学通式：化学通式：3MgO4SiO2H2O。白云石和菱镁矿是引入白云石和菱镁矿是引入MgO的主要原料。的主要原料。 MgO可以降低玻璃液的硬化速度。可以降低玻璃液的硬化速度。 玻璃中，玻璃中，BaO也是二价的网络外体氧化物。它能增加玻璃也是二价的网络外体氧化物。它能增加玻璃 的折射率、密度、光泽和化学稳定性；的折射率、密度、光泽和化学稳定性； 在制造光学玻璃时，有时用硝酸钡在制造光学玻璃时，有时用硝酸钡Ba(NO3)2，或氢氧，或氢氧 化钡化钡Ba(OH)2来引入来引入BaO。 含钡原料都有毒性，使用时应注意。含钡原料都有毒性，使用时应注意。 ZnO主要用于光学玻璃，化学仪

10、器玻璃，药用玻璃，主要用于光学玻璃，化学仪器玻璃，药用玻璃， 高级器皿玻璃，微晶玻璃，低熔点破璃，乳白玻璃和高级器皿玻璃，微晶玻璃，低熔点破璃，乳白玻璃和 硒与硫化镉着色的玻璃中。硒与硫化镉着色的玻璃中。 氟乳浊玻璃氟乳浊玻璃 硒镉着色玻璃硒镉着色玻璃 铅玻璃铅玻璃 一般玻璃一般玻璃 铅丹铅丹(Pb3O4，红丹，红丹) ：橙红色粉末，大于：橙红色粉末，大于550分解放出氧。分解放出氧。 要求：要求：Pb3O495%，Fe2O30.03，SiO20.3。 铅易被还原，必须在氧化气氛中熔制。铅易被还原，必须在氧化气氛中熔制。 密陀僧（黄丹，密陀僧（黄丹，PbO），黄色粉末，含有），黄色粉末，含有P

11、b等杂质，等杂质， 且易被还原。玻璃工业中常用红丹。且易被还原。玻璃工业中常用红丹。 硅酸铅硅酸铅PbOSiO2，黄色颗粒，粉尘小、杂质少，黄色颗粒，粉尘小、杂质少， 还原倾向小，在配合料中不易结团，挥发损失少，还原倾向小，在配合料中不易结团，挥发损失少， 易于熔制等。易于熔制等。红丹和黄丹都红丹和黄丹都是有毒原料，是有毒原料，使用时应当注使用时应当注意。意。 引入引入B2O3的原料为硼酸、硼砂和含硼矿物。的原料为硼酸、硼砂和含硼矿物。 硼酸硼酸H3BO3 硼酸加热至硼酸加热至140160后转变为四硼酸后转变为四硼酸(H2B4O7)，继续加热，继续加热 则完全转变为熔融的则完全转变为熔融的B2

12、O3。 影响影响B2O3挥发的因素：玻璃的组成、熔制温度、熔炉气氛、挥发的因素：玻璃的组成、熔制温度、熔炉气氛、 水分含量和熔制时间。水分含量和熔制时间。 硼砂硼砂Na2B4O710H2O硼砂在熔制时同时引入硼砂在熔制时同时引入Na2O和和B2O3，B2O3的挥发与硼酸相同。的挥发与硼酸相同。 天然含硼矿物主要有：天然含硼矿物主要有： 硼镁石、钠硼解石和硅钙硼石。硼镁石、钠硼解石和硅钙硼石。B2O3能降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳能降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳 定性、化学稳定性、化学稳定性，增加玻璃的折射率，改善定性，增加玻璃的折射率，改善 玻璃的光泽，提高玻璃的机玻璃的光泽，提高玻

13、璃的机械性能。械性能。 1. 1. 6 辅助原料辅助原料2.1.2.1 辅助原料辅助原料澄清剂澄清剂：凡在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃：凡在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃 粘度，促进排除玻璃液中气泡的物质称为澄清剂。粘度，促进排除玻璃液中气泡的物质称为澄清剂。 常用的澄清剂种类：常用的澄清剂种类：定义：使物质着色的物质，称为物质的着色剂。定义：使物质着色的物质，称为物质的着色剂。 在玻璃生产中，根据着色剂在玻璃中呈现的状态不同，在玻璃生产中，根据着色剂在玻璃中呈现的状态不同，分为以下几种：分为以下几种：着色剂着色剂。 悬浮乳浊剂悬浮乳浊剂不熔于或难熔于釉中，以细粒状态

14、悬浮于釉层。不熔于或难熔于釉中，以细粒状态悬浮于釉层。 如如SnO2，CeO2，ZrO2，Sb2O3等。等。 析出式乳浊剂析出式乳浊剂使釉熔体冷却时析出微晶而引起乳浊。使釉熔体冷却时析出微晶而引起乳浊。 如如Zr(SiO4)、TiO2等。等。 胶体乳浊剂胶体乳浊剂碳、硫、磷、氟均以胶体状态存在，碳、硫、磷、氟均以胶体状态存在， 促使釉层乳浊。促使釉层乳浊。对以变价元素为基础的颜色对以变价元素为基础的颜色玻璃会引起色泽的变化。玻璃会引起色泽的变化。 列出主要的性能要求，作为设计组成的指标。列出主要的性能要求，作为设计组成的指标。 v 针对设计玻璃制品的不同，分别有重点的列出其热膨胀针对设计玻璃制

15、品的不同，分别有重点的列出其热膨胀 系数、软化点、热稳定性、化学稳定性、机械强度、光学系数、软化点、热稳定性、化学稳定性、机械强度、光学 性质、电学性质等。性质、电学性质等。 v 有时还要将工艺性能的要求一并列出，如熔制温度、成型有时还要将工艺性能的要求一并列出，如熔制温度、成型 操作性能和退火温度等，作为考虑因素。操作性能和退火温度等，作为考虑因素。 原始组成原始组成：按上述设计原则，根据玻璃的性能要求，参考：按上述设计原则，根据玻璃的性能要求，参考 现有玻璃组成，采用适当的玻璃系统并结合给定的生产工艺条现有玻璃组成，采用适当的玻璃系统并结合给定的生产工艺条 件，拟定出设计玻璃的最初组成。件

16、，拟定出设计玻璃的最初组成。 试验组成试验组成：按有关玻璃性质计算公式，预算设计玻璃的主：按有关玻璃性质计算公式，预算设计玻璃的主 要性质，如不合要求，则进行组成氧化物的增删和量的调整，要性质，如不合要求，则进行组成氧化物的增删和量的调整， 然后，再预算、调整，直至初步合乎要求时，即作为设计玻璃然后，再预算、调整，直至初步合乎要求时，即作为设计玻璃 的试验组成。的试验组成。 对于新品种玻璃则参考有关相图和玻璃形成图选择组成点，对于新品种玻璃则参考有关相图和玻璃形成图选择组成点， 拟出玻璃的原始组成，再进一步设计出玻璃的试验组成。拟出玻璃的原始组成，再进一步设计出玻璃的试验组成。 v 按照拟定的

17、玻璃试验组成，制备配合料，在实验室电炉中按照拟定的玻璃试验组成，制备配合料，在实验室电炉中 进行熔制试验，并对熔好的玻璃进行有关性能的测试。进行熔制试验，并对熔好的玻璃进行有关性能的测试。 v 通过试验和测试，对组成逐次调整修改，直至设计的玻璃通过试验和测试，对组成逐次调整修改，直至设计的玻璃 达到给定的性能要求和工艺要求。达到给定的性能要求和工艺要求。 v 然后在池炉中进行生产试验。在生产试验时对熔化、澄清、然后在池炉中进行生产试验。在生产试验时对熔化、澄清、 成型、退火等都应取得数据。必要时，再对组成氧化物进行成型、退火等都应取得数据。必要时，再对组成氧化物进行 调整，最后即确定为新设计玻

18、璃的组成。调整，最后即确定为新设计玻璃的组成。 80)(450ASS相对机速 正数为不析晶，负数为有析晶潜力。即当玻璃在低温正数为不析晶，负数为有析晶潜力。即当玻璃在低温 供料，成形大尺寸制品或压制成型时，有析晶可能。供料，成形大尺寸制品或压制成型时，有析晶可能。配合料计算基础配合料计算基础玻璃的玻璃的 重量百分组成重量百分组成原料的化原料的化学成分学成分熔化熔化100公斤玻璃公斤玻璃 所需的各种原料用量所需的各种原料用量算出每付配合料中算出每付配合料中 各种原料的用量。各种原料的用量。玻璃以分子玻璃以分子百分组成或百分组成或分子式表示。分子式表示。精确计算精确计算：应补足各组成氧化物的挥发损

19、失。：应补足各组成氧化物的挥发损失。 如：飞扬损失，耐火材料对玻璃成分的改变等。如：飞扬损失，耐火材料对玻璃成分的改变等。配料计算方法配料计算方法 ？ 100100纯碱用量纯碱用量纯碱挥散量纯碱挥散量纯碱挥散率纯碱挥散率芒硝含率芒硝含率100SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaOMgONa2OSO3 总计总计72.42.100.26.44.214.50.20100原料原料含水含水率率SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaOMgONa2ONa2SO4 CaF2 C硅砂硅砂 砂岩砂岩 菱镁石菱镁石 白云石白云石 纯碱纯碱 芒硝芒硝 萤石萤石 煤粉煤粉4.5 1.0 0.3 1.8 4.289.7

20、 98.76 1.73 0.69 1.10 24.625.12 0.56 0.29 0.15 0.29 2.080.34 0.10 0.42 0.13 0.12 0.430.44 0.14 0.71 31.57 0.50 51.560.16 0.02 46.29 20.47 0.373.66 0.19 57.94 41.4795.03 70.28 84.11 纯碱挥散率纯碱挥散率 3.10； 玻璃获得率玻璃获得率 82.5； 碎玻璃掺入率碎玻璃掺入率 20； 萤石含率萤石含率 0.85； 芒硝含率芒硝含率 15； 计算基础计算基础 100kg玻璃液；玻璃液； 煤粉含率煤粉含率 4.7； 计算精度计算精度 0.01。 纯碱挥散率纯碱挥散率 3.10； 玻璃获得率玻璃获得率 82.5； 碎玻璃掺入率碎玻璃掺入率 20； 萤石含率萤石含率 0.85； 芒硝含率芒硝含率 15； 计算基础计算基础 100kg玻璃液；玻璃液； 煤粉含率煤粉含率 4.7； 计算精度计算精度 0.01。 21.1217028. 0CaF%85. 02X