玻璃成分的选择是根据玻璃性能、用途及成型方法确定的。根据浮法玻璃的成型方法及使用要求,对浮法玻璃成分做了大量的研究试验。参照国内外的研究成果及工业生产实践,浮法玻璃较理想的组成范围是SiO2+Al2O373~74%,CaO+MgO12~13%,R2O13~14%。高钙、低铝、中镁、微铁是浮法玻璃成分的特点。各国及我国南北方浮法玻璃厂根据本地资源条件其成分略有不同,如北方、日本Al2O3含量较高(1.6%或稍高),但高钙是一致的。我国浮法玻璃的化学成分范围应是SiO271.8~72.5%,Al2O31~1.8%,CaO8~9%,MgO3.5~4%,R2O13.5~14%,Fe2O3<0.1%不应超过0.12%。
萍乡浮法玻璃厂玻璃化学成分可定为SiO272%、Al2O31.4%、CaO8.5%、MgO3.9%、R2O13.9%、Fe2O30.1%。
在使用重质碱的条件下,纯碱飞散率1%可满足要求。我厂没有将硅质原料中R2O(一般在0.1%以上)计算在玻璃组成中,同时按现在对纯碱飞散率的计算方法使玻璃中R2O含量较
高。因此,纯碱飞散率更不宜定的太高。R2O含量高不但降低玻璃性能还会增加玻璃制造成本。 二、原料的选择
用于制备玻璃配合料的各种物质统称为玻璃原料。采用什么原料引入玻璃中的氧化物是玻璃生产中的主要问题。原料的选择是根据玻璃的组成、性质、原料来源、价格及供应的可靠性等,要全面考虑。原料选择是否恰当,对原料的加工工艺、玻璃的熔制过程及质量、产量、成本都有影响。
选择玻璃原料的基本原则:
1、原料的质量必须符合要求,成分稳定。化学成分、矿物组成、粒度组成都要满足规定要求。化学成分波动范围应根据玻璃成分允许的偏差值确定,水分要稳定。
2、原料应易于加工处理,块料进厂,自行加工处理成粉料,应选择硬度小的,若硅砂质量能满足要求就不用砂岩,这样可以降低加工处理费用,硅砂中含碱也较高,降低生产成本。
3、在不影响质量的前提下,尽量使用价格低、运距短的原料。
三、玻璃中各氧化物的作用及质量要求
1、二氧化硅(SiO2),分子量60.06,比重2.4~2.65。
SiO2是玻璃的重要组成,以硅氧四面体的结构组元形成不规则的连续网络,成为玻璃的骨架。在玻璃中SiO2能降低玻璃的热膨胀系数,提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、软化温度、耐热性、硬度、机械强度、粘度和透紫外光性。但含量高时提高熔化温度,可能导致析晶结石倾向。在浮法玻璃中所占比例71.5~72.5%。 对硅质原料的质量要求:
1)、成分: SiO2≥98.5±0.2%,Al2O3≤0.5±0.1%,
Fe2O3≤0.1±0.005%,TiO2≤0.01%,Cr玻璃助剂O3≤0.0002%。
2)、粒度(mm):
(1)+0.6 0% 0.5~0.4<5% 0.4~0.1>90%
0.1~0.075<5%。为最佳组成。
(2)较多厂的粒度规定,+0.7 0%,0.1~0.7%>90%
-0.1 <10%。
(3)美国:+0.84 0% ; +0.59 4% ; +0.42 14%
0.42~0.1 81% ; -0.1 1%。
(4)英国:+1.168 0% ; +0.71<2% ; +0.452 10%
0.452~0.142>78% ; -0.12 5%。
要求硅质原料的粒度分布与纯碱应基本相同,在0.15~0.6mm之间应完全相同或相近。纯碱与硅质原料的粒径比为0.8时可获得混合物最小的分层。实验证明,硅砂的熔化时间与粒度成正比,粗粒熔化时间长,细粒熔化时间短,熔化0.4mm硅砂较熔化0.8mm硅砂的时间少3/4左右,因此,0.125~0.5mm颗粒不应少于90%。
相邻两批原料成分波动范围为上述波动范围的40%以内。
2、三氧化二铝(Al2O3),分子量101.94,比重3.84。
三氧化二铝形成铝氧四面体并与硅氧四面体组成连续的结构网。能降低玻璃的结晶倾向,提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率。Al2O3对增加玻璃液粘度比SiO2的影响大。因此,增加Al2O3含量会降低熔化速度,增加澄清时间,对摊平、抛光、成型不利,浮法玻璃中Al2O3含量为1~1.8%。
常用钾长石或钠长石引入玻璃中Al2O3,但其成分波动较大。它不但引入Al2O3和SiO2,还引入较多的R2O,减少纯碱用量,故应用较广。多为白,以淡黄、肉红为佳,有明显的结晶解理面,硬度6~6.5,比重2.4~2.8,在1100~1200℃熔融,含长石的玻璃配合料易于熔制。
(1)成分:SiO2<70%,Al2O3>16%,Fe2O3<0.3%
R2O>10%。
(2)粒度(mm):+0.6 0% ; 0.6~0.42<5% 0.42~0.075>90%。用其它原料如钽铌尾矿等,粒度要求同长石。
3、CaO分子量56.08,比重3.2~3.4。
氧化钙是二价网络外体氧化物,在玻璃中起稳定剂作用,增加玻璃的化学稳定性和机械强度。但高时增加结晶倾向,易使玻璃发脆。在高温时能降低玻璃的粘度,加速玻璃的熔化和澄清,低温时能降低玻璃的粘度为成型、高速拉引创造条件。在玻璃中含量8~9%,不应超过10%。常用石灰石引入玻璃中CaO,硬度3,比重2.7。
(1)成分:CaO54±0.3%,MgO<0.5±0.3%
Al2O3>0.3±0.1%,Fe2O3<0.1±0.05%。
(2)粒度(mm) +3 0% -0.075 0%。
4、氧化镁(MgO),分子量40.32
MgO在玻璃中是网络外氧化物,它改善成型性能,降低结晶倾向和结晶速度,提高玻璃的化学稳定性和机械强度。引入MgO的原料常用白云石,一般为白或浅灰,硬度3.5~4,比重2.8~2.95。MgO在玻璃中含量3.5~4%,不宜超过4%。
5、氧化钠(Na2O),分子量62,比重2.27。
氧化钠是玻璃网络外体氧化物,Na2O能提供游离氧使玻璃中的O/SiO2比值增加,发生断键,因而可降低玻璃粘度,易于熔化,是良好的助熔剂,有利于澄清和均化。Na2O增加热膨胀系数,降低热稳定性、化学稳定性机械强度。
浮法玻璃中引入氧化钠的主要原料是纯碱和作为澄清剂的芒硝,生产颜玻璃时作为氧化剂的硝酸钠。