原料工藝及設(shè)備1課件

浮法玻璃生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備2.原料工藝及設(shè)備成分設(shè)計、主要原料及輔助原料一、浮法玻璃化學(xué)成分的設(shè)計1.玻璃成分？玻璃所含有元素和化合物的種類和比例。2.玻璃成分的表示方法：質(zhì)量分?jǐn)?shù)（massfraction）-----質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（最常見）摩爾分?jǐn)?shù)（molefraction)------克分子百分率（mol%）原子分?jǐn)?shù)（atomaticfraction）----原子百分率，用于特種玻璃成分。3.玻璃成分設(shè)計的原則：a.玻璃成分必須在相圖中的玻璃形成區(qū)，可以形成玻璃而不析晶。-----馬祖林等編著《玻璃性質(zhì)與玻璃形成手冊》；美國陶瓷協(xié)會編著《相平衡圖集》（PhaseEquilibraDiagrams）基礎(chǔ)系統(tǒng)：鈉鈣硅系統(tǒng)基本含量：12%～15%Na2O，8%～12%CaO，69%～73%SiO2一、浮法玻璃化學(xué)成分的設(shè)計浮法玻璃的化學(xué)成分設(shè)計化學(xué)成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOR2OSO3普通玻璃71~731.5~2＜0.26.0~6.54.515＜0.3浮法玻璃71.5~72.51.0＜0.18.0~94.014~14.5＜0.3平板玻璃的化學(xué)成分4.浮法玻璃的成分特點浮法玻璃的化學(xué)成分設(shè)計高鈣：浮法玻璃拉引速度快，在成型中必須采用硬化速度快的“短”性玻璃成分，即調(diào)整CaO到8%～9%。中鎂：CaO含量增加，使玻璃發(fā)脆并容易產(chǎn)生硅灰石析晶（CaO.SiO2）。因此MgO控制在4%左右，以改善玻璃的析晶性能。低鋁：鋁高將增加玻璃的黏度，不利于均化和澄清，將Al2O3的含量降低到1.3%以下微鐵：熔化時著色能力強(qiáng)的Fe2+被氧化為著色能力弱的Fe3+，但在錫槽中又被還原成Fe2+因此嚴(yán)格限制在0.1%以內(nèi)。浮法玻璃的化學(xué)成分設(shè)計

5.玻璃成分的設(shè)計方法：摸索性階段：古代玻璃工匠試探性地摸索出玻璃配方；經(jīng)驗性階段（感性階段）：根據(jù)經(jīng)驗、秘方，憑直覺建立經(jīng)驗規(guī)則；試驗性階段：根據(jù)積累的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立實驗公式，用數(shù)學(xué)的方法來設(shè)計玻璃成分；（現(xiàn)在大部分玻璃成分的設(shè)計在宏觀計算階段）理論性階段：用理論公式進(jìn)行成分設(shè)計。探索階段，在特殊玻璃—元素半導(dǎo)體玻璃、化合物半導(dǎo)體玻璃應(yīng)用玻璃中各種氧化物的作用MgO：以MgO代替CaO，改善玻璃的失透傾向，提高玻璃的熱穩(wěn)定性。溫度高于1200℃時，會使玻璃液的黏度降低；而在1200～900℃之間，又有使玻璃液的黏度增加的傾向；低于900℃，反而使玻璃的黏度下降。Al2O3：少量Al2O3可以提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；缺點：增加玻璃液黏度和表面張力，使玻璃的熔化速度減慢和使澄清時間延長，也不利于均化，而且對玻璃液在錫槽中攤平拋光也不利。

玻璃中各種氧化物的作用Na2O：能大幅度降低玻璃液的黏度，降低玻璃的熔化溫度，增加玻璃液的流動性，是良好的助熔劑。缺點：會使玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及機(jī)械強(qiáng)度降低，膨脹系數(shù)增大玻璃發(fā)脆；而且還容易使玻璃析堿、發(fā)霉，并使玻璃生產(chǎn)成本增加。K2O：降低玻璃的表面張力，改善玻璃的光澤。K2O代替Na2O具有“雙堿效應(yīng)”，能夠提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，減少玻璃析晶，改善玻璃的析晶傾向。

玻璃中各種氧化物的作用Fe2O3：使玻璃著色，影響玻璃的質(zhì)量。一般控制在0.1%以下B2O3:降低玻璃的膨脹系數(shù)，提高玻璃的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性，改善玻璃光澤，提高玻璃的機(jī)械強(qiáng)度。降低玻璃的高溫粘度，增加玻璃的低溫粘度。原料的選用原則：1.原料的質(zhì)量要符合要求：成分、顆粒度和顆粒組成、氧化還原值、含水率等；2.易于加工處理；3.成本低廉，儲量豐富，供應(yīng)可靠；4.對耐火材料的侵蝕要??；5.盡量采用適用于熔制和無害的原料。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求一、主要原料1.引入SiO2的原料：石英砂、砂巖、石英巖等礦物原料。約占配合料總用量的60~70%。a.石英砂：硅砂，主要成分石英。是石英巖和硅質(zhì)演示受地質(zhì)作用或風(fēng)化作用而生成。常含有難熔的礦物質(zhì)。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求b.砂巖：砂巖是一種沉積巖，是由石英顆粒經(jīng)過水沖蝕沉淀于河床上，經(jīng)千百年的堆積變得堅固而成。后因地球地殼運(yùn)動，在高壓下由膠結(jié)物膠結(jié)而成的礦巖。砂巖根據(jù)膠結(jié)物的不同石英砂巖、長石砂巖和巖屑砂巖。玻璃廠作為原料使用的是石英砂巖（石英和各種硅質(zhì)巖屑的含量占砂級巖屑總量的95%以上）。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求砂巖的化學(xué)成分不僅取決于石英顆粒，而且與膠結(jié)物的性質(zhì)和含量有關(guān)，硅質(zhì)膠結(jié)的純度高，粘土膠結(jié)的氧化鋁含量高。成本比石英砂高。（開采后要破碎、粉碎、過篩、除鐵等處理。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求c.石英巖：是石英顆粒彼此緊密結(jié)合，而成，是砂巖的變質(zhì)巖，純度高，硬度大。白石英巖綠石英巖浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求d.水晶：水晶是一種無色透明的大型石英結(jié)晶體礦物。它的主要化學(xué)成份是二氧化硅，跟普通砂子是一種物質(zhì)。當(dāng)二氧化硅結(jié)晶完美時就是水晶；二氧化硅膠化脫水后就是瑪瑙；二氧化硅含水的膠體凝固后就成為蛋白石；二氧化硅晶粒小于幾微米時，就組成玉髓、燧石、次生石英巖。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求浮法玻璃對硅質(zhì)原料的質(zhì)量要求：

（1）化學(xué)成分的要求：SiO2≥98.0%波動范圍不超過±0.20%Fe2O3≤0.10%波動范圍不超過±0.01%Al2O3≤0.7%波動范圍不超過±0.1%燒失量≤0.2%TiO2≤0.01%Cr2O3＜0.001%相鄰兩批料之間的成分波動不得超過上述波動范圍的40%。2.引入Cao與MgO的原料：白云石、石灰石、方解石、白堊等。以白云石為主，石灰石、方解石補(bǔ)充。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求a.白云石（CaCO3.MgCO3）：白云石的主要成分為碳酸鎂鈣，顏色多為白色、灰色、肉色、無色、綠色、棕色、黑色、暗粉紅色等，透明到半透明，具有玻璃光澤，硬度3.5-4，比重2.85-2.9。塊狀的白云石遇到冷的稀鹽酸不容易起泡。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求b.石灰石（CaCO3）：生石灰的主要成分是CaO，一般呈塊狀，純的為白色，含有雜質(zhì)時為淡灰色或淡黃色。遇到鹽酸起大量的泡。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求白堊：白堊是一種微細(xì)的碳酸鈣的沉積物，主要是由單細(xì)胞浮游生物[球藻（coccoli－thophorid）]的遺?。w石）構(gòu)成。其中含有海綿骨針、浮游性有孔蟲殼、菊石、箭石、海膽和貝類化石等海生動物的殼，含有水分，使用前需要經(jīng)干燥處理。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求浮法玻璃對石灰質(zhì)原料的質(zhì)量要求：（1）對成分的要求：白云石：CaO≥18.0%波動范圍±0.4%MgO≤35.0%波動范圍±0.4%Fe2O3≤0.25%波動范圍±0.1%酸不溶物≤3%波動范圍±0.5%石灰石：CaO≥54.00%波動范圍±0.40%MgO≤2.00%波動范圍±0.40%Fe2O3≤0.10%波動范圍±0.1%酸不溶物≤3.0%波動范圍±0.5%浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求玻璃廠常用的長石分為鉀長石（K2O·Al2O3·6SiO2）和鈉長石(Na2O·Al2O3·6SiO2)；由于混堿效應(yīng)和鉀能改善玻璃的光澤，現(xiàn)在玻璃企業(yè)一般側(cè)重于使用鉀長石。鉀長石顏色多為肉紅色，也有灰、白褐色。鈉長石為白、灰及淺黃色。鈉長石（blackclay）鈉長石（blackclay）浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求鉀長石鉀長石浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求2.對長石粒度的要求：隨著長石顆粒尺寸的下降，玻璃的熔制和澄清質(zhì)量會變好，但0.08mm以下會使玻璃的澄清質(zhì)量變差。+0.6mm0%；0.6～0.42mm＜5%；0.42～0.075mm＞90%；-0.075mm0%（1）對長石成分的要求：Al2O3≥13.5%波動范圍±0.5%SiO2≥65.0%波動范圍±0.5%Na2O+K2O8.5~14.5波動范圍±0.5%Fe2O3≤0.2%波動范圍±0.1%浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求4.引入Na2O的原料：純堿、芒硝a.純堿：分為結(jié)晶純堿(Na2CO3·10H2O)和煅燒純堿(Na2CO3)，玻璃工業(yè)采用煅燒純堿。煅燒純堿的特性：白色粉末，易溶于水，極易吸水潮解，結(jié)塊。放置時間長的純堿中含有5~10%的水分，在使用時應(yīng)進(jìn)行水分測定。在熔制時，Na2O的揮發(fā)量為本身質(zhì)量的0.5~3.2%，在配料計算時要考慮。純堿中含有硫酸鈉、氯化鐵等雜質(zhì)。煅燒純堿分為重質(zhì)堿和輕質(zhì)堿，浮法玻璃廠一般采用重質(zhì)堿。原因：？純堿揮散率浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求（1）顆粒大，表面致密，吸潮性輕。（2）密度大，節(jié)省包裝，減少儲存空間。（3）粒級少，儲運(yùn)、稱量、混合過程中減少飛料和分層。（4）改善操作環(huán)境，減少對耐火材料的侵蝕，提高熔窯壽命?，F(xiàn)廣東地區(qū)外埠輕質(zhì)堿主流送到價格在1060-1150元/噸，本地品牌價格略高，送到均價在1180-1200元/噸，重質(zhì)堿送到價格在1230-1250元/噸。廣西純堿大部分貨源企業(yè)自用。福建市場目前輕質(zhì)堿出廠價格徘徊在1100元/噸，重質(zhì)堿價格在1200元/噸。近期河南地區(qū)純堿市場仍然處于低位，輕質(zhì)堿主流送到價格在1070-1100元/噸，重質(zhì)堿主流成交價格為1200-1230元/噸，天然堿銷售價位處于低端。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求對純堿的質(zhì)量要求：Na2CO3＞99.0%；NaCl＜0.3%Na2SO4＜0.1%；Fe2O3＜0.1%b.無水芒硝(Na2SO4):玻璃廠中一般用做澄清劑、代堿產(chǎn)品。（1）無水芒硝特性：白色或淺綠色，熔點為884℃，其熱分解溫度在1120～1220℃之間。易潮解。由于分解溫度高于熔點，在熔融時往往形成芒硝熔液，稱為芒硝水。有利于石英砂的熔化，對耐火材料侵蝕嚴(yán)重，可以在玻璃板面上形成白色的芒硝泡。所以需要加入還原劑的使其分解溫度可以降低到500～700℃。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求（2）還原劑：煤粉、鋸末、焦炭粉。（3）還原劑用量：理論上為Na2SO4質(zhì)量的4.22%，實際使用時要根據(jù)原料的化學(xué)需氧量、還原劑本身的顆粒組成，窯爐內(nèi)的火焰特性進(jìn)行調(diào)整，一般浮法廠為3~5%。碳粉含率用量過少，芒硝分解不完全，產(chǎn)生芒硝水，玻璃板上出現(xiàn)芒硝泡。用量過多，使玻璃著色。(1)還原劑與芒硝要預(yù)混;(2)熱工制度保持穩(wěn)定。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求（4）芒硝用量：芒硝含率進(jìn)行計算，一般控制在2.5~3.0%。芒硝量過少，達(dá)不到澄清的目的，用量過多，在成型使容易在玻璃表面形成錫斑。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求（4）芒硝質(zhì)量要求：(5)對碳粉質(zhì)量要求：C＞84%灰分＜12%Na2SO4＞99%NaCl＜0.3%H2O＜0.5%CaSO4＜1.0%浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求5.引入K2O的原料：主要是采用鉀長石，有時采用碳酸鉀或硝酸鉀。硝酸鉀同時還可以用做澄清劑、脫色劑和氧化劑。6.對主要原料粒度的總體要求：(原料的力度和顆粒組成要合理，即有合理的顆粒級配。）（1)密度小的物料顆粒粒度要大一些，密度大的顆粒粒度要小一些。（2）難熔原料的粒度要小一些，易熔原料的粒度要大一些。浮法玻璃生產(chǎn)原料及質(zhì)量要求二.輔助原料（澄清劑、著色劑、脫色劑、助熔劑、還原劑等）1.澄清劑（1）澄清劑：往玻璃配合料或玻璃熔體中加入一種高溫時本身能氣化或分解放出氣體，以促進(jìn)排除玻璃液中氣泡的物質(zhì)。（2）常見的澄清劑有：變價氧化物類、硫酸鹽類、鹵化物類及復(fù)合澄清劑。澄清劑1.變價氧化物類的澄清劑特點：在一定溫度下分解放出氧氣，吸收周圍的小氣泡，變成大氣泡排出，以As2O3、Sb2O3、CeO2為代表。（1）As2O3（白砒）As2O3劇毒，白色結(jié)晶粉末或無定形玻璃狀物質(zhì)。本身易氣化揮發(fā)，隨煙氣排出，對環(huán)境造成危害。As2O3是高效澄清劑，用量一般為0.2~0.5%，與硝酸鹽（鈉）共用，硝酸鹽的引入量為白砒的4~8倍。澄清劑反應(yīng)過程：澄清劑（2）三氧化二銻（Sb2O3)：Sb2O3的澄清機(jī)理類似于As2O3，但毒性較小，密度大，放出氧氣的溫度低。必須與硝酸鹽配合使用。Sb2O3與As2O3配合使用，效果更好，同時可降低As2O3的用量。用量：一般為配合料用量的0.5%~1%。

澄清劑(3)二氧化鈰（CeO2）二氧化鈰檸檬黃色，可以做高溫澄清劑，無毒。熔窯溫度的高低與CeO2的用量有關(guān)系，當(dāng)熔窯溫度低于1510℃時，玻璃液溫度在1400℃以下，CeO2不會分解，起不到澄清作用。由于玻璃液在1400℃以上停留的時間較短，過量的CeO2分解不完，后期接觸還原性介質(zhì)會放出O2，產(chǎn)生微小氣泡。一般用量小于0.5%反應(yīng)機(jī)理：澄清劑2.硫酸鹽類澄清劑（應(yīng)用最多的一類澄清劑）以芒硝、重晶石、石膏等引入。屬于高溫澄清劑,溫度越高，澄清效果越好。用量一般小于2%，浮法玻璃一般小于1%，要與碳粉配合使用，對窯爐氣氛有要求。反應(yīng)機(jī)理：澄清劑3.鹵化物類澄清劑以CaF2（螢石）、NaCl、Na2SiF6等形式引入為主。通過降低玻璃液的粘度和表面張力來達(dá)到澄清的效果。對耐火材料侵蝕性非常強(qiáng)，大大降低窯爐的使用壽命。螢石的用量：以引入配合料中0.5%的氟計算。氟化物同時也可以用作助熔劑和乳濁劑。食鹽的使用量一般為配合料的1.3~3.5%。反應(yīng)機(jī)理：氟化物在熔體中，是以形成[FeF6]3-無色基團(tuán)，與Si生成揮發(fā)物SiF4，斷裂玻璃結(jié)構(gòu)而起澄清作用。澄清劑4.硝酸鹽類澄清劑一般與硫酸鈉、白砒、三氧化二銻等共用。5.復(fù)合澄清劑：一是它直接以高價形式出現(xiàn)，省卻了由低價氧化成高價，再有高價氧化態(tài)分解放出氧氣轉(zhuǎn)化過程，既節(jié)約了硝酸鹽的用量，又減少了單個澄清劑被還原和揮發(fā)的損失；二是幾種澄清劑混合，使氧的分解溫度范圍擴(kuò)大（1200~1450℃），也就是使澄清溫度范圍擴(kuò)大。主要有：焦銻酸鈉