无机非金属工艺学2-原料及预处理

1、2021/8/21无机非金属材料工艺原理无机非金属材料工艺原理第一章第一章 原料及其预处理原料及其预处理2021/8/22钙质原料钙质原料方解石方解石石灰石石灰石泥灰岩泥灰岩白垩白垩钙质工业废渣钙质工业废渣2021/8/23方解石的组成与性质方解石的组成与性质主要成分：主要成分： CaCO3理论组成：理论组成： CaO 56%，CO2 44。 杂质：有杂质：有Mg、Fe、Mn(8以下以下)等碳酸盐。等碳酸盐。属三方晶系，晶体呈菱面体，有时呈粒状或板状。属三方晶系，晶体呈菱面体，有时呈粒状或板状。一般为乳白色或无色。一般为乳白色或无色。杂质污染时可呈陪灰、黄、红、褐色等。杂质污染时可呈陪灰、黄、

2、红、褐色等。玻璃光泽，性脆，硬度为玻璃光泽，性脆，硬度为3，比重，比重2.6。分解温度分解温度900900以上。以上。2021/8/24石灰石的组成与性质石灰石的组成与性质化学成分：主要为化学成分：主要为CaO、CO2。 主要矿物主要矿物:方解石，含白云石、硅质、含铁矿物和粘方解石，含白云石、硅质、含铁矿物和粘土质杂质，是一种具有微晶或潜晶结构的致密岩石。土质杂质，是一种具有微晶或潜晶结构的致密岩石。2021/8/25泥灰岩的组成与性质泥灰岩的组成与性质 泥灰岩是由碳酸钙和粘土物质同时沉积所形泥灰岩是由碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均勾混合的沉积岩，是一种由石灰岩向黏土成的均勾混合的沉积岩，

3、是一种由石灰岩向黏土过渡的岩石。过渡的岩石。泥灰岩中泥灰岩中CaO大于大于45。硬度低于石灰岩，耐压强度通常小于硬度低于石灰岩，耐压强度通常小于100MPa。 2021/8/26白垩的组成与性质白垩的组成与性质 白垩由海生生物外壳与贝壳堆积而成，主要是白垩由海生生物外壳与贝壳堆积而成，主要是由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩。由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩。色白、发亮的为最纯，色白、发亮的为最纯，CaCO3可达可达90以上。以上。白垩易于粉磨和易烧性均较好。白垩易于粉磨和易烧性均较好。2021/8/27 钙质原料化学组成钙质原料化学组成：CaO、CO2；少量的；少量的S

4、iO2、Al2O3、Fe2O3、MgO等杂质。等杂质。 天然钙质原料的主要矿物天然钙质原料的主要矿物：方解石、少量的白云：方解石、少量的白云石、硅质石、硅质(石英或燧石石英或燧石)、含铁矿物、含铁矿物R2O、SO3和黏土和黏土质杂质。质杂质。 钙质原料的主要作用是提供制成无机非金钙质原料的主要作用是提供制成无机非金属材料所需的属材料所需的CaO。2021/8/28硅酸盐水泥生产硅酸盐水泥生产：提供生成熟料矿物所需的：提供生成熟料矿物所需的CaO。陶瓷陶瓷：使用的钙质材料一般为：使用的钙质材料一般为方解石方解石。主要作用：助熔，缩短烧成时间，增加瓷器主要作用：助熔，缩短烧成时间，增加瓷器 的透明

5、度，使坯釉结合牢固。的透明度，使坯釉结合牢固。玻璃玻璃：CaO通过方解石、石灰石、白垩、沉通过方解石、石灰石、白垩、沉 淀碳酸钙等原料引入。淀碳酸钙等原料引入。2021/8/29 CaO在高温时，能降低玻璃的粘在高温时，能降低玻璃的粘度，促进玻璃的熔化和澄清；但当温度，促进玻璃的熔化和澄清；但当温度降低时，粘度增加得很快，使成形度降低时，粘度增加得很快，使成形困难。含困难。含CaO高的玻璃成形后退火要高的玻璃成形后退火要快，否则易于爆裂。快，否则易于爆裂。 稳定剂稳定剂，即增加玻璃的化学稳定性和，即增加玻璃的化学稳定性和 机械强度，但含量不宜过高，否则会机械强度，但含量不宜过高，否则会 使玻璃

6、的结晶倾向增大，而且易使玻使玻璃的结晶倾向增大，而且易使玻 璃发脆。璃发脆。在玻璃主要作用在玻璃主要作用2021/8/2101. 3 石英类原料石英类原料2021/8/211石英是硅酸盐工业一种主要的不可缺少的基本原料。石英是硅酸盐工业一种主要的不可缺少的基本原料。2021/8/212水晶水晶脉石英脉石英石英岩石英岩(硅石硅石)砂岩砂岩石英砂石英砂硅砂硅砂 水晶水晶：最纯的石英晶体称为水晶。不作硅酸盐原料使用。：最纯的石英晶体称为水晶。不作硅酸盐原料使用。 脉石英脉石英：SiO2含量高（含量高（SiO299%），杂质少。），杂质少。 石英岩石英岩(硅石硅石)：石英岩含有一定量的杂质，：石英岩含

7、有一定量的杂质，SiO2含量为含量为97%左右。左右。 砂岩砂岩：是由粘土或其它物质胶结细粒二氧化硅晶体的水成岩石：是由粘土或其它物质胶结细粒二氧化硅晶体的水成岩石 称为砂岩。称为砂岩。SiO2含量含量16%；Fe2O312%。 代用原料：有高岭土、叶腊石等。代用原料：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%；Fe2O30.4%；SiO270%2021/8/2271. 5 其他原料其他原料2021/8/228氧化锂在玻璃中的作用：氧化锂在玻璃中的作用：2021/8/229 引入引入Li2O的原料：的原料：碳酸锂和天然的含锂矿物碳酸锂

8、和天然的含锂矿物。 如锂云母如锂云母(含含Li2O6)、透锂长石、透锂长石(含含Li2O 710)、锂辉石、锂辉石(含氧化锂含氧化锂Li2O8%)。 锂云母锂云母（LiFKFAl2O33SiO2）易于熔化，适于）易于熔化，适于做助熔剂。做助熔剂。2021/8/230氧化钠在玻璃中的作用：氧化钠在玻璃中的作用： 氧化钠氧化钠Na2O是普通玻璃的主要组分之一是普通玻璃的主要组分之一，它是网络外体，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。 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

9、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 玻璃玻璃良好的助熔剂良好的助熔剂。 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 学稳定性和机械强度，所以学稳定性和机械强度，所以不能引入过多的不能引入过多的Na2O，一般，一般 不超过不超过18%。2021/8/231 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。两类。玻璃工业中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

10、种。煅烧纯碱可分为轻质和重质两种。一般选重质一般选重质。 对纯碱的质量要求：对纯碱的质量要求：Na2CO398，NaCl1，Na2SO40.1，Fe2O30.1。2021/8/232 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(盐饼盐饼)，884熔融，熔融，热分解温度在热分解温度在11201220之间。但之间。但在还原剂的作用下在还原剂的作用下，其分，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。2021/8/233还原剂还原剂：煤粉、焦炭粉、锯末等。：煤粉、焦炭粉、锯末等。2021/8/2342021/8/235 纯碱缺

11、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，还有外，还有澄清作用澄清作用，因而在采用纯碱引入，因而在采用纯碱引入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，并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，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。2021/8/2362021/8/237 硝酸钠硝酸钠（NaNO3），熔点），熔点318，加热至，加热至350，则分解放

12、，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。 在在熔制铅玻璃等需要氧化气氛的熔制条件时熔制铅玻璃等需要氧化气氛的熔制条件时，须用硝酸钠，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。 硝酸钠硝酸钠是引入是引入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硝酸钠一般纯度较高，质量要求：，质量要求：NaNO398，Fe2

13、O30.01，NaCl12021/8/238钾碱（钾碱（K2CO3）碳酸钾在玻璃熔制时，碳酸钾在玻璃熔制时，K2O的挥发损失可达本身重量的的挥发损失可达本身重量的12。碳酸钾的要求：碳酸钾的要求： K2CO396，Na2O0.2，KCl十十K2SO43.5， 水不溶物水不溶物 0.3，水分，水分3。22021/8/2392021/8/2401. 5. 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

14、特征是沿一定方向解理，所以多半呈鳞片状。解理，所以多半呈鳞片状。化学通式：化学通式：3MgO4SiO2H2O。2021/8/241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。2021/8/242。 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

15、含钡原料都有毒性毒性，使用时应注意。，使用时应注意。2021/8/243ZnO主要用于光学玻璃，化学仪器玻璃，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2021/8/244 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

16、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Pb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。2021/8/2452021/8/246铍化合物均有毒性，使用应注意。铍化合物均有毒性，使用应注意。 BeO用于制造照明

17、技术玻璃，用于制造照明技术玻璃，X射线管透射窗，射线管透射窗，透紫外线玻璃等。透紫外线玻璃等。引入氧化锶的原料有：引入氧化锶的原料有：碳酸锶碳酸锶SrCO3、天青石、天青石SrSO4。SrO能吸收软能吸收软X射线，用于制造电视显象管的面板。射线，用于制造电视显象管的面板。引入氧化镉的原料有：引入氧化镉的原料有：氧化镉氧化镉CdO，氢氧化镉，氢氧化镉Cd(OH)2， 镉化合物有毒性。镉化合物有毒性。 CdO能增加玻璃中能增加玻璃中La2O3，ThO2的含量，提高玻璃的折的含量，提高玻璃的折射率，使玻璃易熔；主要用于生产高折射低色散的光学玻璃。射率，使玻璃易熔；主要用于生产高折射低色散的光学玻璃。

18、2021/8/247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B2O3。 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

19、解石和硅钙硼石。硼镁石、钠硼解石和硅钙硼石。2021/8/248 玻玻 璃：璃： 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，增加玻璃的折射率，改善定性、化学稳定性，增加玻璃的折射率，改善 玻璃的光泽，提高玻璃的机械性能。玻璃的光泽，提高玻璃的机械性能。 2021/8/249 引入引入P2O5的主要原料为磷酸铝、磷酸纳、的主要原料为磷酸铝、磷酸纳、 磷酸二氢铵、磷酸二氢铵、 磷酸钙、骨灰等。磷酸钙、骨灰等。 作用作用 玻璃中：玻璃中：P2O5能提高玻璃的色散系数，和透过紫外线的能提高玻璃的色散系数，和透过紫外线的 能力，但降低玻璃的化学稳

20、定性，单纯的磷酸盐玻璃极易能力，但降低玻璃的化学稳定性，单纯的磷酸盐玻璃极易 水解。水解。P2O5用于制造光学玻璃和透紫外线玻璃。用于制造光学玻璃和透紫外线玻璃。2021/8/2501. 6 辅助原料辅助原料2021/8/251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：2021/8/252定义定义：使物质着色的物质，称为物质的着色剂。：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在玻璃生产中，根据着色剂在玻璃中呈现的状态状态不同，不同，分为以下几种：分为以下几种：着色剂着色剂2021/8/2532021/8/2542021/8/2552021/8/256。 2021/8/2572021/8/2582021/8/2592021/8/2602021/8/261 悬浮乳浊剂悬浮乳浊剂不熔于或难熔于釉中，以细粒状态悬浮于釉层。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