配料流程图
引入酸性氧化物原料
一、二氧化硅
SiO2,分子量:60.06,D:2.4-2.65
二氧化硅失主哟的玻璃形成氧化物,以[SiO4]结构组元形成不规则的连续网络,成为玻璃的骨架。
单纯的SiO2可以在1800℃以上的高温下,熔制形成石英玻璃。在Na-Ca-Si玻璃中SiO2能降低BL的膨胀系数,提高BL的热稳定性、化学稳定性、软化温度、硬度、机械强度、粘度和透紫外光性。但使用量过高需用过高的熔制温度,而且可能导致析晶。
引入SiO2的原料石英砂、硅沙、石英岩。在玻璃中用量较大,占配合料的60%-70%以上。
1. 石英砂
石英砂又称为硅沙,它的主要成分是SiO2,含量:98.5%-99.5%以上,含有:Ai2O3、TiO、CaO、MgO、Fe2O3、R2O等杂质。
一般内在质量要求: 表一
玻 璃 品 种 |
Fe2O3 |
Cr2O3 |
TiO |
水晶料、器皿料、高白料、 |
≤0.01 |
≤0.001 |
≤0.05 |
保温瓶、药用瓶、微晶玻璃 |
≤0.10 |
≤0.025 |
≤0.1 |
乳白料、普白料、棕色玻璃 |
≤≤0.15 |
≤0.03 | |
清白料、平板料、化学仪器 |
≤0.25 | ||
翠绿料、枯叶黄、有色玻璃 |
≤0.35 |
石英砂的颗粒度和颗粒度组成是重的质量指标,颗粒度的大小决定熔化的质量。过大难融化,并在生产过程中产生结石、条纹现象。细的石英砂熔化速度快,但过细的沙容易飞扬、结团,使配合料混合不均匀。在投料过程中,过细的部分及易被燃烧的气体带入蓄热室堵塞筒子砖,降低窑炉的使用寿命,甚至被迫停产,造成巨大的损失,同时使玻璃成分发生变化。因此要严格控制石英砂的颗粒度组成。
项 目
20目以上
20-60目
60-100目
120目以下
石英砂
不许有
≤25%
≥75%
≤5%
H2O%
≤6%
2. 砂岩
砂岩是石英砂在高压下作用,由胶结物胶结而成的矿岩。根据胶结物的不同,有SiO2胶结的砂岩,粘土胶结的砂岩,石膏胶结的砂岩等。一般来说,砂岩的硬度高,近于莫氏硬度七级,质量要求是含SiO298.5%以上,含Fe2O3不大于0.2%。
3. 石英岩
石英岩是石英颗粒彼此紧密结合而成,是砂岩的变质岩,石英岩硬度比砂岩高莫氏硬度七级,强度大,使用情况与砂岩一样。
几种SiO2原料的化学组成(G%) 表三
原 料 产 地 |
SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
R2O |
SJ |
昆明硅砂 |
99.5 |
0.006 |
0.46 | ||||
内蒙硅砂 |
86-91 |
0.3 |
5-6 |
1.0 |
1-1.5 | ||
威海硅砂 |
91-95 |
0.1 |
3-6 |
0.1 |
2-3 | ||
沂南硅砂 |
98-99 |
0.05-0.15 |
0.2 |
0.1 |
0.5 | ||
宿迁硅砂 |
88-92 |
0.10-0.2 |
4.5-6.0 |
0.2 |
4-6 | ||
湖州石英 |
98.32 |
0.03 |
0.96 |
0.46 |
0.05 |
0.25 | |
靳春石英 |
99.85 |
0.02 | |||||
凤阳石英 |
99.5 |
0.02 |
二、引入氧化硼的原料
B2O3,分子量:69.62,D:1.84
B2O3是玻璃生成氧化物,它以[BO3]和[BO4]为结构组元,在硼硅酸盐玻璃中与硅氧四面体共同组成结构网络.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、改善玻璃的光泽、提高博得机械强度。
B2O3在高温是能降低玻璃的粘度,在低温时提高玻璃的粘度,所以含B2O3较高的玻璃,成型的温度范围较窄,因之可以提高机械速度。B2O3还起助熔剂的用,加速玻璃的澄清和降低玻璃的结晶能力。B2O3常随水蒸气挥发,硼硅酸盐玻璃液表面上因B2O3挥发减少,会产生富含B2O3析晶料皮,当B2O3引入量过高时,由于[BO3]增多,玻璃的膨胀系数反而增加,发生反常现象即—硼反常现象。
B2O3是耐热玻璃、化学仪器玻璃、温度计玻璃、光学玻璃、真空玻璃以及其它特种玻璃的重要组成。
引入的原料,硼酸、硼砂、硼矿物质
1. 硼酸
H3BO3,分子量:61.82,D:1.44,B2O3=56.45%, H2O4=43.55%。
硼酸是白色鳞片状三斜结晶,具有特殊光泽,易溶于水,加热100℃则失去部分水分分解,变为HBO2。在140℃—160℃时,转变为[H2B4O7],继续加热则完全转变为熔融的B2O3。在熔制玻璃时。B2O3的挥发与玻璃的组成和溶制温度、窑炉气氛、配合料的水分、熔制时间有关,一般为自身重量的5—15%,高达15%以上。在配方设计时,应根据玻璃的组成确定的挥发量,并在计算时予以补正。
2. 硼砂
Na2B4O710H2O,分子量:381.4,D:1.72,B2O3=36.65%,Na2O=16.20%, H2O4=47.15%。
含水硼砂是坚硬的白色菱结晶体,易溶于水,加热膨胀而失去结晶水,最后变为玻璃状。在熔制时同时引入Na2O和B2O3,B2O3的挥发与硼酸相同。注意含水的硼砂在储藏中会失去水分发生变化。
无水的硼砂或者煅烧的硼砂是无色的玻璃小状,D:2.37,含B2O369.20%,Na2O 30.8%,在熔制时它的挥发很小。
对硼砂的质量要求:B2O3 35%,Fe2O3 0.01%,
3. 含硼矿物质
硼酸和硼砂价格昂贵,使用天然矿物质经过精选后引入B2O33能降低成本。我国辽宁、吉林、青海、西藏等省有丰富的硼矿资源。天然的硼矿主要有:
(1)硼镁石2MgO.B2O3.H2O含B2O3 19.07-40.88%,MgO 3.51-44.60%,R2O3 0.18-3.78%
(2)钠硼解石NaCaB5O9.8H2O,含Na2O 7.7%,CaO 13.8%,B2O3 43.8% ,H2O 35.5%,杂质MgO K2O。
(3)硅钙硼石Ca2B2(SiO4)2(OH)2,含CaO 35%,B2O3 21.80%,SiO2 37.60%,H2O 5.6%。
三、引入氧化铝的原料
Al2O3 分子量101.94,D:3.84。
属于中间体氧化物,当玻璃的Na2O和Al2O3的分子比大于一时,则形成铝氧四面体,并以硅氧四面体组成连续的结构网。当玻璃的Na2O和Al2O3的分子比小于一时,则形八面体,为网络外体而处于硅氧结构网的空穴中。
Al2O3能降低玻璃结晶倾向,提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率,减少玻璃对耐火材料的侵蚀,并有助于氟化物的乳浊。Al2O3能提高玻璃的粘度。
一般引入1—10%。在特出玻璃中的引入量可达到20%以上,如微晶玻璃、水表玻璃、高压水银灯玻璃等.
引入Al2O3的原料:长石、粘土、蜡石、氧化铝、氢氧化铝等。
1. 长石
硬度:6—6.5,D:2.4—2.8。
长石是钾长石和钠长石K2O(Na2O).Al2O3.6SiO2,它们的化学组成波动大,常含有Fe2O3。因此质量要求较高的玻璃一般不用。
长石主要引入:Al2O3 、 SiO2 、 K2O、 Na2O
由于长石能引入碱金属氧化物减少了纯碱的用量,降低生产成本,在一般玻璃中应用甚广。
长石以白色、淡黄色、肉色为佳,常具有明显的结晶解理面。在1100℃—1200℃之间熔融,含长石的玻璃配合料降低融化。
对长石的质量要求:Al2O3 16%,Fe2O3 0.3%,R2O 12%.
2. 瓷土
瓷土Al2O3.2SiO2.2H2O主要矿物组成是高岭土,一般含Fe2O3杂质较多,D:2.43—2.6,硬度不高,交易粉碎,常呈白色,有事因含有机物而成黑色、褐色、灰色。其理论成分为Al2O3 39.5%,SiO2 46.5%,H2O 14%,是重要的陶瓷原料,在玻璃中多用于高铝玻璃、乳浊玻璃。
质量要求:Al2O3≥ 30%,Fe2O3≤ 0.4%,其他成分要求稳定。
几种瓷土的化学组成 表五
原料名称 |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
Na2O |
K2O |
SJ |
苏州土 |
43.39 |
40.48 |
0.41 |
0.19 |
0.05 |
0.03 |
0.22 |
15.00 |
界牌土 |
59.03 |
29.42 |
0.21 |
0.28 |
0.14 |
0.33 |
0.7 |
10.45 |
叙永土 |
37.35 |
34.34 |
0.12 |
0.73 |
0.01 |
19.45 | ||
大同砂石 |
43.94 |
38.79 |
0.17 |
0.14 |
0.51 |
1.35 |
15.90 |
3. 蜡石
D:2.8—2.9,硬度:1—2.5。蜡石Al2O3.4SiO2.H2O,是一种水化硅酸铝,主要矿物是叶腊石,含有石英和高岭土。蜡石的主要理论成分:SiO266.65%,Al2O328.35%,H2O 5%。
质量要求:Al2O3≥25%,SiO2≤70%,H2O≤0.4%,其他成分要求稳定。多用于制造油玉乳浊玻璃、玻璃纤维。
几种蜡石的化学组成 表六
原料名称 |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
Na2O |
K2O |
SJ |
青田蜡石 |
71.01 |
22.8. |
0.31 |
0.26 |
.007 |
0.13 |
0.14 |
0.31 |
宁海蜡石 |
54.82 |
31.58 |
0.28 |
0.91 |
0.02 |
0.03 |
0.32 |
11.87 |
林海蜡石 |
69.60 |
21.23 |
0.15 |
0.63 |
0.16 |
0.02 |
0.03 |
8.03 |
4. 氧化铝和氢氧化铝
氧化铝Al2O3和Al(OH)3氢氧化铝都是化工产品,一般纯度较高。氧化铝理论上100% Al2O3,氢氧化铝理论上Al2O365.40%,H2O 34.60%。价格昂贵一般玻璃不用,只用于光学玻璃、器皿玻璃、仪器玻璃、温度计玻璃等。
氧化铝D:3.5—4.1,熔点:2050。氢氧化铝D:2.34,加热则失水而成r-Al2O3。Y-Al2O3活性大,以与其他物料化合,所以采用氢氧化铝不采用氧化铝易熔制。
对氧化铝的要求:Al2O3≥96%,Fe2O3≤0.05%
对氢氧化铝的要求:Al2O3≥60%,Fe2O3≤0.05%。
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