各种玻璃配方知识

1。石英砂
SiO2在玻璃中的含量很高,一般为50-80%,在普通瓶罐,器皿玻璃,平板玻璃中,含量在70-75%;在石英玻璃中高达98%以上。SiO2在玻璃中构成骨架,赋予玻璃良好的化学稳定性,热稳定性,透明性,较高的软化温度,硬度和机械强度。但含量增大时,熔融温度升高,玻璃液粘度增大。
Na2O是一种良好的助熔剂,能在较低的温度下与SiO2反应生成硅酸盐,能降低玻璃液的粘度,加快玻璃的熔制速度。但Na2O将减弱玻璃的结构强度,增大玻璃的热膨胀系数,降低玻璃的热稳定性,化学稳定性和机械强度。因此,玻璃组成中,Na2O,K2O的总量不能高于16%。引入Na2O的原料有纯碱和芒硝Na2SO4。
纯碱(Na2CO3)是一种微细白粉末,易熔于水。所含杂质有氯化钠,硫酸钠,氧化铁等。纯碱易潮解,结块,不利于配合料的混合,。因此,必须贮存在通风干燥的库房内。熔制时可能在玻璃表面形成称为‘浮渣’的泡沫。对纯碱的质量要求是(%);Na2CO3 >98,NaCl<1, Na2SO4< 0.1,Fe2O3 <0.1。
纯碱有轻碱和重碱之分。在国内现用轻碱,轻碱容重小(0。61),颗粒细。已混合好的配合料在运输过程中容易出现分层现象,入窑后,易被窑内气流带入蓄热室,造成格子砖的堵塞与熔融。而重碱容重大(0。94),颗粒粗。因而使用重碱是提高配合料质量和减少碱尘的措施之一。
芒硝(Na2SO4)是比重为2。7的白粉未。分无水芒硝和含水芒硝(Na2SO4.10H2O)两种。含水芒硝在35℃以上就开始析出结晶水而成糊状物,不便于使用。为此,要预先进行熬制或烘烤处理。芒硝的熔点为884℃,沸点为1430℃,它的分解温度较高,在熔制时,若有还原剂存在,则可大大降低芒硝的分解温度。为此,在使用芒硝时必须加入煤粉。煤分的理论用量为芒硝量的4%。
芒硝不仅可以代碱,而且是一种常用的澄清剂。使用芒硝也有如下缺点;与纯碱相比,它的热耗大,这是因为石英砂和芒硝要在较高的温度下才进行反应,而且速度较慢;已熔化但未反应的芒硝浮在玻璃液表面,易产生芒硝泡;对耐火材料的侵蚀也大,尤其是当有芒水存在时;芒硝配合料的熔制必须在还原气氛下进行,但煤粉用量过多时,会使Fe2O3还原成Fe S而呈棕。因此,芒硝的用量有一定的限制。对芒硝的质量要求是(%);Na2SO4 > 85,NaCl<2, CaSO4<4, Fe2O3<0.3,H2O<5.
2氢氧化铝
在瓶罐玻璃,器皿玻璃,平板玻璃中,Al2O3 含量为2—3%,最高为8—10%。在含有碱金属和碱土金属氧化物的硅酸盐玻璃中,加入少量Al2O3能降低玻璃的析晶倾向,提高玻璃的化学稳定,热稳定性和机械强度,减轻玻璃对耐火材料的侵蚀,扩大玻璃成形操作范围。引入Al2O3的原料有长石,高岭土,叶蜡石和工业氧化铝等。
氢氧化铝比焙烧氧化铝质纯,也易于熔化和澄清,但价格昂贵,容易吸水造成成分波动,熔制时易产
生大量的泡沫。为减少泡沫,可在配合料中加入适量的萤石或冰晶石。
3.1 引入Ca O的原料
Ca O在玻璃中的主要作用是增加玻璃的化学稳定性和机械强度。但含量过高时,玻璃易于析晶,因此,玻璃中Ca O含量一般不超过12.5%。在高温时,Ca O能降低玻璃液粘度,加速玻璃的熔化和澄清,但在低温时,会使粘度快速增大,给成形操作带来困难。引入Ca O 的原料有石灰石,方解石和白垩等。
石灰石,多呈灰,淡黄,淡红,很少为白,其颜与氧化铁含量高低有关。
方解石它比石灰石纯度高,当玻璃成分要求严格控制时可选用方解石。
二辅助原料
在玻璃生产中,起加速玻璃熔制,改善玻璃某种性能的原料,称为玻璃的辅助原料,根据它们在玻璃中的作用,可以分为助熔剂,澄清剂,氧化剂和还原剂,着剂,脱剂和乳浊剂。
1.助熔剂
凡在玻璃配方中加入量不多,而能大大加快熔制速度的原料,称为助熔剂,如硝酸钠,硝酸钾,萤石等。
1.1硝酸钠,硝酸钾
硝酸钠(NaNO3)又称智利硝,硝酸钾(KNO3)又称硝石,它们的融化温度为310-336℃,加热到400℃就分解,在较低的温度下与SiO2发生作用,从而加快了玻璃的熔制过程。在高温下,硝酸钠,硝酸钾对耐火材料的侵蚀比较严重,所以用量不能太多,一般引入相当于玻璃中的Na2O(K2O)含量的10%-15%。NaNO3,KNO3同时又是一种澄清剂,在熔制过程中受热分解放出氧气,并能降低玻璃液的粘度,促进了玻璃的澄清和均化。
这两种原料都是强氧化剂,受热能放出氧气,所以最好用密闭容器装,存放在干燥,阴凉之处,不要和易燃物放在一起。
2.澄清剂
在玻璃熔制过程中受热分解放出气体,促进玻璃液的澄清和均化的原料,叫做澄清剂。
3.3.氧化剂和还原剂
在玻璃熔制时,能释放出氧气的物质称为氧化剂。反之,称为还原剂。属于氧化剂的原料主要有硝酸盐(硝酸钾,硝酸钠,硝酸钡),氧化铈,五氧化二砷,五氧化二锑。属于还原剂的有碳(煤粉,焦炭粉,木屑),酒石酸钾(KHC4H4O6),氧化锡(SnO2),二氯化锡(SnCl2.2H2O),金属锑粉,酒石酸(C4H6O6)等。
4.着剂
4.着剂
加入配合料中经过熔制后能使玻璃呈现一定颜的物质,称为着剂。玻璃中的着剂能对投射到玻璃上的白光进行选择性的吸收,从而改变了透过玻璃光线的光谱组成,使玻璃显示出各种颜。显的强弱,与着剂的种类及数量有关,也与工艺制度有关。根据着剂在玻璃中的状态,可把着剂分为离子着剂和胶体着剂两类。
钴化合物是着能力最强,性能最稳定的化合物,其着不受熔制条件的影响,氧化钴的引入量为玻璃量的0.001%-0.01%。当玻璃中含有万分之二的钴化合物时,就使玻璃呈深兰。常用的钴化合物有绿的氧化亚钴,黑的氧化钴和灰的四氧化三钴,以及碳酸钴,硝酸钴等。用氧化钴着时,在配合料中同时引入适量的氧化硼,氧化钾,氧化铅时,玻璃呈更纯正。
硒的化合物常用的原料有金属硒粉(比重为4.26的高温型红粉末或比重为4.8的低温型黑粉末)和白的硒酸钠(Na2SeO3)粉。硒使玻璃着成玫瑰至黄红。熔制时,温度不能太脱主要是指减弱铁化合物对玻璃着的影响,以提高玻璃的透明度。在玻璃中,Fe+2使玻璃着成蓝绿,Fe+3使玻璃着成黄绿。从可见光谱范围内(400-700毫微米)单位吸收指数看,Fe+2为0.079,Fe+3为0.007,氧化亚铁的着能力要比氧化铁高10倍左右。实际上,在玻璃中同时存在上述两种氧化物,其着强度与Fe+2 /Fe+3比值有关。根据脱机理,铁化合物的脱可分为化学脱和物理脱两类。
化学脱剂指在玻璃熔制时,能在低温或高温下放出氧气,使低价铁氧化成高价铁的物质。常用的化学脱剂有硝酸盐,软锰矿,氧化铈等。最常用的是硝酸钠,但其分解温度低(380),大部分在玻璃形成前已逸出,影响了脱效果。较合理的方法是同时引入硝酸盐与As2O3或Sb2O3,这样低温时硝酸盐放出的氧可将它们氧化成As2O5或Sb2O5,高温时As2O5或Sb2O5将放出氧气使FeO氧化成Fe2O3.
物理脱剂化学脱的作用是使有离子的着强度减弱,但不能使之消除。物理脱则是基于引入适当的着剂,来中和原来的调。如铁离子使玻璃呈黄绿,当引入能产生蓝,紫的氧化亚钴,氧化亚镍,氧化锰和氧化钕时,由于蓝,紫与黄绿互为补,因此能起到明显的脱效果。物理脱的缺点是光吸收增大,光的总透过率下降。因而,当玻璃中氧化铁含量较低时(通常在0.06%  -0.07%以下),物理脱的效果较好。
其实,化学和物理脱都有一定的效果,但也都有不足之处,难以完全解决脱问题。所以生产中首先应注意控制原料的含铁量。
三碎玻璃
碎玻璃是一种宝贵的资源,世界各国对它的回收利用都十分重视。碎玻璃的回收,可以减少固体垃圾的数量,碎玻璃的利用,可节省资源,开发出许多新的产品,市场前景十分广阔。
1.碎玻璃的利用
1.1 熔制玻璃制品
将碎玻璃掺入配合料中,是碎玻璃利用的传统方法,可以节省原料,燃料,减少废气排放量,减小对熔窑的侵蚀,延长熔窑使用寿命。
玻璃助剂.碎玻璃对玻璃熔制的影响
当碎玻璃用于生产玻璃制品时,在配合料中的加入量以18%-26%为宜,碎玻璃的引入对玻璃的熔制及产品质量会产生一定影响。
2.1二次挥发在碎玻璃重熔后,易挥发组分将进行第二次挥发,因而该组分的含量将减少,例如重熔后的Na2O比重熔前平均低0.15%。对那些更易挥发的组分,其差别就更大。因此必须补充某些原料以调整玻璃组成。
2.2二次积累由于玻璃液对耐火材料的侵蚀,使玻璃中的Fe2O3和Al2O3含量增加,所以二次熔化就产生二次积累。
2.3对某些化学稳定性较差的玻璃,由于表面水解造成表面层成分与内层成分之间的差别,若熔制温度较低或玻璃液的对流不大时,在熔制后的玻璃液内往往会留下明显的线痕。
2.5碎玻璃中含有少量化学结合气体,重熔时产生相当于二次气泡那样的微小气泡。因此,加入原单位玻璃多时,就难于澄清。
2.6 碎玻璃的粒度及在配合料中的比例对玻璃熔化时间有明显影响。试验表明,碎玻璃的粒度小于0.25毫米或界于2-20毫之间时,熔化时间均较短;随碎玻璃加入量的增多,配合料的熔化时间缩短,但加入量过多时,将延长澄清时间。在实际生产中,碎玻璃的块度要均匀,等块度的碎玻璃应占90%,因为大小不一的玻璃块,会导致条纹缺陷的产生。另外,颗粒度过小,会增加粉碎耗用的动力。

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