第三章玻璃生产工艺

第三章玻璃生产工艺第一节概述玻璃生产基本流程：成分设计原料加工配合料制备熔化成型退火缺陷检验一次制品深加工检验二次制品第二节原料种类主要原料：在一般玻璃中，它的主要成分有SiO2、Na2O、CaO、Al203、MgO等五种成分，为引入上述成分而使用的原料称主要原料。辅助原料：为使玻璃获得某种必要的性质，或为加速玻璃熔制过程而引入的原料通称为辅助原料。原料的选择原则(1)原料的质量应符合玻璃制品的技术要求，其中包括化学成分稳定、含水量稳定、颗粒组成稳定、有害杂质少(主要指Fe2O3)等。(2)便于在日常生产中调整成分；(3)适于熔化与澄清，挥发与分解的气体无毒性；(4)对耐火材料的侵蚀要小；(5)原料应易加工、矿藏量大、分布广、运输方便、价格低等。一、引入SiO2的原料作用：SiO2是玻璃中最主要的成分，它使玻璃具有高的化学稳定性、力学性能、电学性能、热学性能，但含量过多时使熔制的玻璃液粘度过大。（一）硅砂常用硅砂纯净硅砂硅砂矿硅砂颗粒放大图硅砂性能1、外观：质地纯净的硅砂为白色，一般硅砂因含有铁的氧化物和有机质而呈淡黄色、红褐色。2、化学组成：它的主要成分是SiO2，另含有少量的Al2O3、Na2O、K2O、CaO等无害杂质。主要的有害杂质为氧化铁，它能使玻璃着成蓝绿色而影响玻璃透明度。有些硅砂中尚含有Cr203，它的着色能力比Fe2O3大3-5倍，使玻璃着成绿色；TiO2使玻璃着成黄色，若与氧化铁同时存在可使玻璃着成黄褐色。•3、颗粒组成：通常颗粒度越细，其铝铁含量也越大，玻璃生产要求的粒径应在0.15～O.8mm之间。4、矿物组成：与其伴生的无害矿物有长石、高岭石、白云石、方解石等；与其伴生的有害矿物主要有赤铁矿、磁铁矿、钛铁矿等。（二）砂岩是由石英颗粒和粘性物质在地质高压下胶结而成的坚实致密的岩石。根据粘性物质的性质可分为粘土质砂岩、长石质砂岩和钙质砂岩。所以砂岩成分不仅取决于石英颗粒，而且与粘性物质的种类和含量有关。砂岩中的有害杂质是氧化铁。硅质原料的成分范围(％)SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOH2O硅砂90-981-50.1-0.20.1-10-0.21-3砂岩95-980.3-0.50.1-0.30.05-0.150.1-0.150.2-0.5二、引入Al203的原料1．长石质量要求是：A12O3＞16％；Fe203＜0.3％；R20＞12％•钠长石钙长石钾长石钾长石矿钠长石矿2．高岭土质量要求是：A1203＞25％；Fe2O3＜O.4％。高岭土煅烧高岭土高岭土粉SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOR2O长石55-6518-210.15-0.40.15-0.8-13-16高岭土40-6030-400.15-0.450.15-0.80.05-0.50.1-1.35表2-3-2长石和高岭土的成分范围3、腊石叶腊石叶腊石叶腊石黄腊石彩腊石三、引入Na2O的原料（一）纯碱纯碱是微细白色粉末，易溶于水，它是一种含杂质少的工业产品，主要杂质有NaCl(不大于1％)。纯碱易潮解、结块，它的水含量通常波动在9％～10％之间，应储存在通风干燥的库房内。质量要求：Na2C03＞98％；NaCl＜1％；Na2SO4＜0.1％；Fe203＜O.1％。纯碱纯碱库重碱轻碱2．芒硝(Na2SO4)有无水芒硝和含水芒硝(Na2SO4·10H20)两类。使用芒硝不仅可以代碱，而且又是常用的澄清剂，为降低芒硝的分解温度常加入还原剂(主要为碳粉、煤粉等)。使用芒硝缺点：热耗大、对耐火材料的侵蚀大、易产生芒硝泡，当还原剂使用过多时，Fe2O3还原成FeS而使玻璃着成棕色。质量要求是：Na2SO4＞85％；NaCl＜2％；CaSO4＜4％；Fe203＜0.3％；H20＜5％天然芒硝无水芒硝袋装无水芒硝芒硝矿四、引入CaO的原料石灰石、方解石两原料均为CaCO3，后者的纯度比前者高。质量要求是：CaO≥50％；Fe203＜0.15％。天然石灰石石灰石矿山方解石透明方解石方解石矿山五、引入MgO的原料主要为白云石(MgCO3·CaCO3)，呈蓝白色、浅灰色、黑灰色。质量要求：MgO≥20％；CaO≤32％；Fe203＜0.15％。白云石白云石白云石粉白云石粉通常采用石灰石和白云石共同引入MgO和CaO。六、澄清剂1．氧化砷和氧化锑：均为白色粉末。与硝酸盐组合作用时，它低温吸收氧气，在高温放出氧气而起澄清作用。由于As2O3的粉状和蒸气都是极毒物质，目前已很少使用。氧化锑颗粒纯氧化锑粉纯氧化砷粉2．硫酸盐原料主要有硫酸钠，它在高温时分解逸出气体而起澄清作用。3．氟化物类原料以降低玻璃液粘度而起澄清作用。对耐火材料侵蚀大，产生的气体(HF、SiF4)污染环境，目前已限制使用。萤石：天然矿物，是由白、绿、蓝、紫色组成的微透明的岩石。氟硅酸钠是工业副产品。萤石萤石晶体萤石块料萤石矿山一角氟硅酸钠氟硅酸钠七、着色剂1．常用离子着色剂有(1)锰化合物原料：高锰酸钾(KMnO4)、软锰矿(MnO2)、氧化锰(Mn2O3)。Mn2O3使玻璃着成紫色，若还原成MnO则为无色。(2)钴化合物原料：绿色粉末的氧化亚钴(CoO)、深紫色的Co2O3和灰色的Co3O4。热分解后的CoO使玻璃着成天蓝色。(3)铬化合物原料：重铬酸钾(K2Cr2O7)、铬酸钾(K2CrO4)。热分解后的Cr203使玻璃着成绿色。(4)铜化合物原料：蓝绿色晶体的硫酸铜(CuSO4)、黑色粉末的氧化铜(CuO)、红色结晶粉末的氧化亚铜(Cu2O)。热分解后的CuO使玻璃着成湖蓝色。软锰矿氧化锰矿山氧化锰矿石氧化钴三氧化二铬硫酸铜2．胶体着色剂(1)金化合物的原料：主要是三氯化金(AuCl3)的溶液，为得到稳定的红色玻璃，应在配合料中加入SnO2。(2)银化合物的原料：硝酸银(AgNO3)、氧化银(Ag2O)、碳酸银(Ag2CO3)。其中以AgNO3所得的颜色最为均匀，添加SnO2能改善玻璃的银黄着色。(3)铜化合物的原料：Cu2O及CuSO4，添加SnO2能改善铜红着色。铜红盘金红玻璃3．化合物着色剂硒与硫化镉：常用原料有金属硒粉、硫化镉、硒化镉。单体硒使玻璃着成肉红色；CdSe着成红色；CdS使玻璃着成黄色；Se与CdS的不同比例可使玻璃着成由黄到红的系列颜色。镉红-镉黄玻璃棒硒镉黄硒镉红八、脱色剂按脱色机理可分为化学脱色剂和物理脱色剂两类。常用物理脱色剂有：Se、MnO2、NiO、Co2O3等常用的化学脱色剂有：As2O3、Sb2O3、Na2S、硝酸盐等。九、氧化剂和还原剂在熔制玻璃时能释出氧的原料称氧化剂，能吸收氧的原料称还原剂。属氧化剂的原料主要有硝酸盐、氧化铈、As205、Sb205等。属还原剂的原料主要有碳、酒石酸钾、氧化锡等。十、乳浊剂使玻璃产生乳白不透明的原料称乳浊剂。最常用的原料有氟化物、磷酸盐等。十一、其他天然碱、珍珠岩、钽铌尾矿、碎玻璃第三节原料的加工概述1、原料加工的意义（1）有利于物料流动：流动性（2）有利于均匀混合：均匀性（3）加快熔化速度：易熔性（4）有利于物料精选：高纯性2、原料加工工艺流程二、原料的破碎与粉碎（一）选择设备1、原则：根据原料块度、硬度、粉碎程度、设备性能等选择。2、破、粉碎设备性能特征(1)颚式破碎机：粗碎构造简单、维修方便、机体坚固，能处理粒度范围大和硬度大的矿物。因此，至今它仍是广泛使用的粗碎设备。其不足之处是破碎比不大，一般为4～6。它不宜用于片状岩石和湿的塑性物料的破碎。动颚靠近定颚，压碎物料，动颚远离定颚，则进料和出料。(2)反击式破碎机适宜对硬脆矿物进行中碎，具有破碎比大、效率高、电耗小、生产能力大、产物粒度均匀、构造简单等优点，其不足之处是板锤和反击板磨损大，须经常更换。它主要用来进行砂岩的中碎。物料在打击板与反击板之间反复受到打击、碰撞而破碎(3)对辊粉碎机优点：过粉碎的物料少，能破碎坚硬的物料，设备的磨损小，常用作中块砂岩的细碎设备。缺点：入料粒度不能过大、产量偏低、噪声和震动大。相对转动的主动辊和从动辊，将物料拽入两辊之间，压碎物料。（4）锤式破碎机适于中等硬度物料的中、细碎，具有较高的粉碎比10～50，产品粒度较细、机体紧凑，但锤子的磨损较大，不适合潮湿、粘性物料。物料经受锤头冲击、衬板碰撞，合格物料从蓖条缝排除。3、选用设备：砂岩：颚式破碎机、对辊、自磨机等；石灰石、白云石：颚式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机等；长石：颚式破碎机、反击式破碎机等；纯碱、芒硝：笼形碾等。（二）选择流程：1、间歇破碎2、开路破碎3、闭路破碎工作原理三、原料的筛分（一）筛分作用：控制物料粒度（二）筛分设备1、六角筛适用于筛分砂岩、白云石、长石、石灰石、纯碱、芒硝等粉料，但不适用于含水量高的物料。其优点是运转平稳、密闭性好、振动小、噪声小，其缺点是筛面利用率仅为整个筛面的1/6，因而产量低2、机械振动筛主要用来筛分砂岩。其优点是筛分效率高、构造简单、维修方便、密闭性好，能分出多种粒级的物料，电耗低。其缺点是振动和噪声大，若筛与筛间分隔不当易蹦大颗粒。3、平面摇筛用于硅砂筛分倾斜安装的筛面被传动系统带动而摇动，砂粒从筛孔漏出，杂物从筛低端排除。四、配合料的制备（一）质量要求1、正确性、稳定性2、均匀性3、恰当的颗粒度与颗粒组成4、一定的气体含率5、一定的水分含率（二）称量1、要求：快、准2、称量设备：（1）电子自动秤PCS型电子自动配料秤失重微机配料控制系统自动化程度高，称量速度快，价格较高（2）台秤自动化程度低，称量速度慢，价格相对便宜（三）混合1、混合机理对流混合；扩散混合；剪切混合2、混合设备（1）种类：重力混合机强制混合机（2）常用混合机QH式混合机V型混合机双锥混合机桨叶式混合机鼓形混合机目前浮法玻璃生产企业更多用艾立赫式混合机，不仅机内桨叶转动，混合机下底盘也转动，使物料运动轨迹更加复杂，混合效果更好。2、影响因素（1）物料的物理性质(密度、颗粒组成、表面形状等)：越接近越容易混合；（2）加料顺序：常用顺序如：砂岩、硅砂→水→纯碱→长石→石灰石、白云石→芒硝煤粉混合物（3）加水量：是总水量5%左右（4）加水方式：水雾水蒸气（5）混合时间：太长、太短都影响均匀度（6）碎玻璃的加入：破坏料蛋，减少分料，但减小混合机有效利用率。第四节玻璃的熔制一、玻璃熔制过程概述配合料加热时的各种过程物理过程化学过程物理化学过程1．配合料加热1．固相反应1．共熔体的生成2．配合料脱水2．各种盐类分解2．固态溶解、液态互溶3．各个组分熔化3．水化物分解3．玻璃液、炉气、气泡间的相互作用4．晶相转化4．结晶水分解4．玻璃液与耐火材料间的作用5．个别组分的挥发5．硅酸盐的形成与相互作用二、玻璃的熔制(一)硅酸盐的形成1、阶段作用、特点（1）作用：形成硅酸盐。（2）产物：SiO2和硅酸盐形成的不透明烧结物（3）特点：温度——900℃±；速度——快（3～4min）；2、影响因素（1）熔化温度：随着温度的升高，其反应速度也随着提高；当温度不变时，反应速度也逐渐减慢；温度每升高10℃，反应速度约增加10％。(2)反应物量：量↑，速度↑（3）物料颗粒度：颗粒度↓，速度↑（4）配合料均匀度：均匀度↑，速度↑（5）原料的种类、形式(二)玻璃的形成1、机理（1）砂粒表面SiO2断键、溶解（2）溶解的SiO2向熔体扩散2、特点：（1）生产含气泡、不均匀的玻璃液；（2）温度——1200℃±；速度——较快，在熔窑中几十分钟可以完成（28～29min）。3、影响因素（1）玻璃成分（2）熔制温度（3）颗粒度（4）助熔剂（5）碎玻璃（三）澄清1、概述（1）概念：除去玻璃液中可见气泡的过程。（2）气体来源：配合料料粒空隙、配合料水分分解与蒸发、挥发分的挥发、氧化物的氧化还原、耐火材料的孔隙及被侵蚀分解、窑炉气体的孔隙及被侵蚀分解。（3）气体存在形式：A、可见气泡1%B、溶解：物理溶解化学溶解（4）澄清的两种方法：A、气泡长大B、气泡变小、溶解澄清与去气的区别。2、澄清过程（1）气泡的形成和长大（2）气体的转化与平衡影响因素：温度、炉内压力与气氛、气泡中气体分压与种类、玻璃成分