浮法玻璃生产技术 2 原料工艺及其设备.ppt

2 原料工艺及其设备主要讲述 成分设计及原料、主要原料和辅助原料、原 料的均化、配合料及其制备2.1 浮法玻璃的化学成分及原料 o2.1.1 浮法玻璃化学成分 o满足三个要求o(1) 产品的使用要求；o(2) 生产工艺要求 ；o(3) 生产成本要求 o基础系统为：钠钙硅系统o基本含量：12%～15%Na2O，8%～ 12% CaO，69%～73% SiO2 浮法玻璃的成分特点o高钙：浮法玻璃拉引速度快，在成型中必须采用硬 化速度快的“短”性玻璃成分，即调整CaO到8%～ 9%o中镁：CaO含量增加，使玻璃发脆并容易产生硅灰 石析晶（CaO.SiO2 ）因此MgO控制在4%左右 ，以改善玻璃的析晶性能o低铝：铝高将增加玻璃的黏度，不利于均化和澄清 ，将Al2O3的含量降低到1.3%以下，o微铁： 熔化时着色能力强的Fe2+被氧化为着色能 力弱的Fe3+，但在锡槽中又被还原成Fe2+因此严 格限制在0.1%以内 浮法玻璃与普通平板玻璃化学成分 化学 成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2O (K2O)SO3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＜0.32.1.2 玻璃中各种氧化物的作用 o组成玻璃的氧化物的作用、含量、对玻璃性 能的影响是本节的主要内容（1）SiO2 o玻璃的黏度、热稳定性和化学稳定性均随 SiO2含量的增加而提高；密度和热膨胀系 数随SiO2含量增加而降低。

o其缺点是熔点高、黏度大，使玻璃熔化、澄 清和均化困难，能耗增加2）CaO o它能加速玻璃的熔化和澄清过程，并提高玻 璃的化学稳定性o在高温时，能降低玻璃液的黏度，低温时增 加玻璃液的黏度，即可以调整玻璃的料性， 提高玻璃硬化速度，o但玻璃中CaO的含量也不宜太大，如大于 10%，则玻璃易产生结晶 （3）MgO o以MgO代替CaO，以改善玻璃的失透倾向 和结晶速度，提高玻璃的热稳定性o温度高于1200℃时，会使玻璃液的黏度降 低；而在1200～900℃之间，又有使玻璃 液的黏度增加的倾向；低于900℃，反而使 玻璃的黏度下降因此，玻璃中的MgO含量 也不宜太大 （4）Al2O3 o少量Al2O3可以提高玻璃的化学稳定性和热 稳定性；o随Al2O3增加玻璃液黏度和表面张力增大， 不仅使玻璃的熔化速度减慢和使澄清时间延 长，也不利于均化，而且对玻璃液在锡槽中 摊平抛光也不利 （5） Na2O o能大幅度降低玻璃液的黏度，降低玻璃的熔 化温度，增加玻璃液的流动性，是良好的助 熔剂o含量过多，则会使玻璃的化学稳定性、热稳 定性以及机械强度降低，膨胀系数增大玻璃 发脆；而且还容易使玻璃析碱、发霉，并使 玻璃生产成本增加。

（6）K2O oK2O和Na2O作用基本一样；o K2O代替Na2O具有“双碱效应”，能够提高 玻璃的化学稳定性，减少玻璃析晶，改善玻 璃的析晶倾向 （7）Fe2O3 o一般控制在0.1%以下 2.2浮法玻璃生产原料及质量要求 主要掌握各种原料的主成分含量、杂质含量 要求，粒度要求，可替代原料的选择等2.2.1 SiO2 o(1)引入SiO2的原料o主要有石英砂和砂岩，约占配合料总量的 70%～72%左右2）浮法玻璃对硅质原料的质量要求oSiO2≥98.0% 波动范围不超过±0.20%oFe2O3≤0.10% 波动范围不超过±0.01%oAl2O3≤0.7% 波动范围不超过±0.1%o烧矢量≤0.2%oTiO2≤0.01% oCr2O3＜0.001%(3)粒度要求o最合适的颗粒直径为0.106~0.5mmo最合适的沙粒形状为棱角形，因为棱角形的 面积大，与助熔剂的接触机会多，在混合、 运输过程中不易分层o o硅质原料颗粒度的下降有利于玻璃的熔制；o但过细，除了飞料、易分层外，细粉会过早 与配合料中含钠、钙、镁的物质反应，生成 密度大、黏度小的出生熔体；o颗粒表面积增大，产生颗粒间的静电吸附效 应，造成配合料的团聚；o熔化过程中，反应速度快，发泡激烈，产生 的微小气泡部易排除，难于澄清。

o0.6mm 0%；o0.5～0.4mm＜5%；o0.4～0.1mm＞90%；o0.1～0.075mm＜5%；o-0.075mm 0%2.2.2 CaO和MgO o(1)引入CaO和MgO的原料o引入的CaO原料主要有白云石（ CaCO3·MgCO3）、石灰石和方解石、白垩 (CaCO3)等；o由于需要引入MgO，所以，又以用白云石为 主，CaO不足部分用石灰石或方解石补充 （2）对原料成分的要求o对白云石的要求：oCaO ≥18.0% 波动范围±0.4%oMgO ≤35.0% 波动范围±0.4%oFe2O3≤0.25% 波动范围±0.1%o酸不溶物 ≤3% 波动范围±0.5%o对石灰石的要求：oCaO ≥54.00% 波动范围±0.40%oMgO ≤2.00% 波动范围±0.40%oFe2O3≤0.10% 波动范围±0. 1%o酸不溶物 ≤3.0% 波动范围±0.5%（3）粒度的要求o过细的白云石颗粒会吸附在较大的硅质颗粒周围， 阻碍砂粒参与反应；o较粗的石灰石颗粒在硅酸盐反应初期不被初生相所 润湿，在1200℃以上则急速分解，CaO和MgO能 很快参加反应，使生成物的黏度迅速下降，加之分 解气体的搅拌作用，有利于玻璃的澄清和均化；o当两者颗粒增大到2.5mm时，玻璃的熔化和澄清 明显提高；当颗粒尺寸大于3mm时则都明显下降 。

o少量白云石细粉不影响玻璃澄清质量；o15%左右的0.15~0.08mm白云石细粉， 能提高玻璃的熔化和澄清质量o当细粉含量超过20%时，则会产生不利影 响o+3mm 0%；0.6～0.25mm50%-70% ；-0.1mm＜5%；-0.075mm 0% 2.2.3 Al2O3 o引入Al2O3的原料o常用的长石分为钾长石（K2O·Al2O3·6SiO2 ）和钠长石 (Na2O·Al2O3·6SiO2)；o由于混碱效应和钾能改善玻璃的光泽，现在 玻璃企业一般侧重于使用钾长石；o天然含碱矿物引入Al2O3，同时也引入了 R2O，如霞石、白粒岩等 （2）对原料的成分要求oAl2O3 ≥13.5% 波动范围±0.5%oSiO2 ≥65.0% 波动范围±0.5%oNa2O+K2O 8.5~14.5 波动范围±0.5%oFe2O3 ≤0.2% 波动范围±0.1%（3）粒度的要求o随着长石颗粒尺寸的下降，玻璃的熔制和澄 清质量会变好，但0.08mm以下会使玻璃的 澄清质量变差 o+0.6mm 0%；o0.6～0.42mm＜5%；o0.42～0.075mm＞90%；o-0.075mm 0% 2.2.4 Na2Oo(1)引入Na2O的原料oA.纯碱 (Na2CO3)o分为结晶纯碱(Na2CO3·10H2O)和煅烧纯碱 (Na2CO3)，玻璃工业采用煅烧纯碱。

o煅烧纯碱分为轻质碱和重质碱o轻质碱的假密度为0.1～1g/cm3颗粒细小 （50%，0.125～ 0.42mm粒级0.1mm粒级占90%以上，飞扬和 分层倾向较小，有利于混合均匀o玻璃熔制时纯碱的挥发量约为0.2～3.5% ，在计算配料时应加以考虑o煅烧纯碱中常含有少量的NaCl，Cl-非常活 泼，对耐火材料的侵蚀也非常严重 o对纯碱的质量要求为：oNa2CO3＞99.0%oNaCl＜0.1%oB.芒硝(Na2SO4) o无水芒硝的熔点为884℃，其热分解温度在 1288～1450℃之间o由于分解温度高于熔点，在熔融时往往形成 芒硝熔液，称为芒硝水o芒硝水有利于石英砂的熔化，但是对耐火材 料侵蚀严重，甚至可以在玻璃板面上形成白 色的芒硝泡缺陷 o但在还原剂的作用下，其分解温度可以降低 到800～900℃还原剂一般使用煤粉、锯 末等 o还原剂的用量还依赖于各种原料尤其是硅砂 中的有机物含量，称为原料的化学氧需要量 （COD值） o对于芒硝的质量要求为：oNa2SO4＞99%oNaCl＜0.3%oH2O＜0.5%2.2.5 K2Oo引入K2O的原料主要是钾长石，要求与钠长 石一样。

2.3 辅助原料主要有澄清剂、着色剂、脱色剂、碎玻璃2.3.1 澄清剂o澄清剂：往玻璃配合料或玻璃熔体中加入一 种高温时本身能气化或分解放出气体，以促 进排除玻璃液中气泡的物质 o常见的澄清剂有：变价氧化物类 、硫酸盐 类 、卤化物类及复合澄清剂 1）变价氧化物类的澄清剂 o这类澄清剂的特点是在一定温度下分解放出 氧 ，以As2O3、Sb2O3、CeO2为代表oA.As2O3oAs2O3是高效澄清剂，用量一般为 0.2~0.5%，与硝酸盐（钠）共用o但As2O3剧毒；As2O3本身易气化挥发，随 烟气排出，对环境造成危害 o其反应过程为：B. Sb2O3 oSb2O3的澄清机理类似于As2O3，但毒性较 小，密度大，放出氧气的温度低oSb2O3与As2O3配合使用，效果更好，同时 可降低As2O3的用量 C. CeO2 oCeO2是高温澄清剂，无毒 o熔窑温度低于1510℃时，玻璃液温度在 1400℃以下，CeO2不会分解，起不到澄清 作用o熔窑温度的高低与CeO2的用量用关系，由 于玻璃液在1400℃以上停留的时间较短， 过量的CeO2分解不完，后期接触还原性介 质会放出O2，产生微小气泡。

o一般用量小于0.5% o其反应过程为：(2)硫酸盐类澄清剂 o以硫酸盐应用最多，往往以芒硝、重晶石、 石膏等引入o这种澄清剂在分解后产生O2和SO2o其反应过程为：o用量小于2%，浮法玻璃小于1%，注意控 制，玻璃REDOX数使用时要注意芒硝与 碳粉的比例与熔窑气氛，同时，玻璃熔制温 度要求高 o硫酸盐属于高温澄清剂，温度越高，澄清效 果越好o用量一般小于2%，与碳粉配合使用，对窑 炉气氛有要求o还原性硫澄清理论认为，硫酸盐在玻璃熔化 和澄清中的作用主要有：表面活性剂作用、 界面湍动作用、高温排气作用、均化作用3）卤化物类的澄清剂 o这类澄清剂以不同的方式来降低熔体的粘度 o属于这类澄清剂的有氟化物、氯化物，一般 以CaF2、NaCl、Na2SiF6等形式引入对 玻璃的粘度和表面张力影响较大o氟化物在熔体中，是以形成[FeF6]3-无色基 团，与Si生成挥发物SiF4，断裂玻璃结构而 起澄清作用o卤化物类的澄清剂对耐火材料侵蚀性非常强 ，大大降低窑炉的使用寿命 （4）复合澄清剂 o一是它直接以高价形式出现，省却了由低价 氧化成高价，再有高价氧化态分解放出氧气 转化过程，既节约了硝酸盐的用量，又减少 了单个澄清剂被还原和挥发的损失；o二是几种澄清剂混合，使氧的分解温度范围 扩大（1200~1450℃），也就是使澄清温 度范围扩大，等有利于澄清。

o这类澄清剂有焦锑酸钠（ Na2H2Sb2O7.4H2O） 、硫锑酸钠 （ 10Na2O.4Sb2O5.9SO3.10H2O） 、砷锑 酸钠（Na2AsSbO7） 、重金属冶炼废渣o 2.3.2 着色剂o离子着色o胶态着色o硫硒化合物着色2.3.3 脱色剂o(1)化学脱色o化学脱色是借助于脱色剂的氧化作用，使着 色能力强的低价铁氧化物（FeO）变成为着 力能力较弱的三价铁氧化物（Fe2O3），同 时使玻璃被有机物沾染的黄色消除o澄清剂一般都为化学脱色剂 (2)物理脱色o三原色o红、绿、蓝o物理脱色是往玻璃中加入一定数量的能产生 互补色的着色剂，使玻璃由于FeO、Fe2O3 、Cr2O3、TiO2所产生黄绿色到蓝绿色得到 互补o常用的物理脱色剂有：二氧化锰、硒、氧化 钴，氧化钕、氧化镍等 2.3.4 碎玻璃o（1）使。