原料工艺及设备1

浮法玻璃生产技术与设备2.原料工艺及设备成分设计、主要原料及辅助原料一、浮法玻璃化学成分的设计1.玻璃成分？玻璃所含有元素和化合物的种类和比例。2.玻璃成分的表示方法：质量分数（ mass fraction） -质量百分数（最常见）摩尔分数（ mole fraction)-克分子百分率（ mol%）原子分数（ atomatic fraction） -原子百分率，用于特种玻璃成分。3.玻璃成分设计的原则：a.玻璃成分必须在相图中的玻璃形成区，可以形成玻璃而不析晶。 -马祖林等编著 玻璃性质与玻璃形成手册 ；美国陶瓷协会编著 相平衡图集 （ Phase Equilibra Diagrams）基础系统：钠钙硅系统基本含量： 12% 15%Na2O， 8% 12% CaO，69% 73% SiO2 一、浮法玻璃化学成分的设计浮法玻璃的化学成分设计c.必须符合工艺性能的需要 -熔制、成型、退火工艺要求；b.玻璃性质必须达到要求的指标；进入国际市场 -ISO标准或进口国市场的法定标准；国内市场 -国家标准或行业标准。d.要符合绿色设计、绿色制造、和绿色产品的要求，保护环境和环境协调；Pb、 Cd， As， Hg， Cr, Ni, Cu ,Zn 、 F等的使用e.原料能大量供应，质量稳定，生产成本低廉。浮法玻璃的化学成分设计化学成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O SO3普通玻璃 7173 1.52 0.2 6.06.5 4.5 15 0.3浮法玻璃 71.572.5 1.0 0.1 8.09 4.0 1414.5 0.3平板玻璃的化学成分4.浮法玻璃的成分特点浮法玻璃的化学成分设计高钙 ：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%。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。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。浮法玻璃的化学成分设计5.玻璃成分的设计方法：摸索性阶段：古代玻璃工匠试探性地摸索出玻璃配方；经验性阶段（感性阶段）：根据经验、秘方，凭直觉建立经验规则；试验性阶段：根据积累的数据进行分析，建立实验公式，用数学的方法来设计玻璃成分；（现在大部分玻璃成分的设计在宏观计算阶段 ）理论性阶段：用理论公式进行成分设计。探索阶段，在特殊玻璃 元素半导体玻璃、化合物半导体玻璃应用1.SiO2：优点：玻璃的黏度、机械性能、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。缺点：熔点高、黏度大，使玻璃熔化、澄清和均化困难，能耗增加。2.CaO：优点：能加速玻璃的熔化和澄清过程，并提高玻璃的化学稳定性。能降低玻璃液的高温黏度，增加玻璃液的高温黏度，即可以调整玻璃的料性。缺点：增加玻璃的脆性，含量大于 10%，则玻璃易产生结晶。玻璃中各种氧化物的作用玻璃中各种氧化物的作用MgO：以 MgO代替 CaO，改善玻璃的失透倾向，提高玻璃的热稳定性。温度高于 1200 时，会使玻璃液的黏度降低；而在 1200900 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。Al2O3：少量 Al2O3可以提高玻璃的化学稳定性和热稳定性；缺点：增加玻璃液黏度和表面张力，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。玻璃中各种氧化物的作用Na2O：能大幅度降低玻璃液的黏度，降低玻璃的熔化温度，增加玻璃液的流动性，是良好的助熔剂。缺点：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。K2O：降低玻璃的表面张力，改善玻璃的光泽。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。玻璃中各种氧化物的作用Fe2O3：使玻璃着色，影响玻璃的质量。一般控制在0.1%以下B2O3:降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性，改善玻璃光泽，提高玻璃的机械强度。降低玻璃的高温粘度，增加玻璃的低温粘度。玻璃原料：制备玻璃配合料的各种物质。浮法玻璃生产原料及质量要求主要原料：玻璃种引入个组成氧化物的原料。次要原料：为使玻璃获得某些必要的性质或加速熔制过程的原料。对于原料的总体要求：1.同一批料，化学组成波动要小；2.相邻批次料，化学组成要相近。原料的选用原则：1.原料的质量要符合要求：成分、颗粒度和颗粒组成、氧化还原值、含水率等；2.易于加工处理；3.成本低廉，储量丰富，供应可靠；4.对耐火材料的侵蚀要小；5.尽量采用适用于熔制和无害的原料。浮法玻璃生产原料及质量要求一、主要原料1.引入 SiO2的原料：石英砂、砂岩、石英岩等矿物原料。约占配合料总用量的 6070%。a.石英砂：硅砂，主要成分石英。是石英岩和硅质演示受地质作用或风化作用而生成。常含有难熔的矿物质。 浮法玻璃生产原料及质量要求b.砂岩：砂岩是一种沉积岩，是由石英颗粒经过水冲蚀沉淀于河床上，经千百年的堆积变得坚固而成。后因地球地壳运动，在高压下由胶结物胶结而成的矿岩。砂岩根据胶结物的不同 石英砂岩 、 长石砂岩 和 岩屑砂岩 。玻璃厂作为原料使用的是石英砂岩（石英和各种硅质岩屑的含量占砂级岩屑总量的 95%以上 ）。浮法玻璃生产原料及质量要求砂岩的化学成分不仅取决于石英颗粒，而且与胶结物的性质和含量有关，硅质胶结的纯度高，粘土胶结的氧化铝含量高。成本比石英砂高。（开采后要破碎、粉碎、过筛、除铁等处理。浮法玻璃生产原料及质量要求泥质石英砂岩 长石石英砂岩铁质石英砂岩石英砂岩浮法玻璃生产原料及质量要求c.石英岩：是石英颗粒彼此紧密结合，而成，是砂岩的变质岩，纯度高，硬度大。白石英岩 绿石英岩浮法玻璃生产原料及质量要求d.水晶：水晶是一种无色透明的大型 石英 结晶体矿物。它的主要化学成份是 二氧化硅 ，跟普通 砂子 是一种物质。当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是 玛瑙 ；二氧化硅含水的胶体凝固后就成为 蛋白石 ；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成 玉髓 、 燧石 、 次生石英岩 。 浮法玻璃生产原料及质量要求浮法玻璃对硅质原料的质量要求： （ 1）化学成分的要求：v SiO298.0% 波动范围不超过 0.20%v Fe2O30.10% 波动范围不超过 0.01%v Al2O30.7% 波动范围不超过 0.1%v 烧失量 0.2%v TiO20.01% v Cr2O3 0.001%v 相邻两批料之间的成分波动不得超过上述波动范围的40%。（ 2）原料粒度的要求：0.6mm 0%；0.5 0.4mm 5%；0.4 0.1mm 90%；0.1 0.075mm 5%；0.075mm 0%不允许有粒径大于 0.2mm的铬铁矿、高铝矿物或其他难熔矿物。浮法玻璃生产原料及质量要求（ 3）水分含量的要求：原料含水率小于 5%。生产运输储存过程中避免污染。2.引入 Cao与 MgO的原料：白云石、石灰石、方解石、白垩等。以白云石为主，石灰石、方解石补充。浮法玻璃生产原料及质量要求a.白云石（ CaCO3.MgCO3）：白云石的主要成分为碳酸镁钙，颜色多为白色、灰色、肉色、无色、绿色、棕色、黑色、暗粉红色等，透明到半透明，具有玻璃光泽，硬度 3.5-4，比重 2.85-2.9。块状的白云石遇到冷的稀盐酸不容易起泡 。 浮法玻璃生产原料及质量要求浮法玻璃生产原料及质量要求b.石灰石（ CaCO3 ）：生石灰的主要成分是 CaO，一般呈块状，纯的为白色，含有杂质时为淡灰色或淡黄色。遇到盐酸起大量的泡。 浮法玻璃生产原料及质量要求b.方解石（ CaCO3 ）：纯度比石灰石高，是浮法玻璃生产 的优质原料。方解石是一种分布很广的碳酸钙矿物。方解石的晶体形状多种多样，它们的集合体可以是一簇簇的 晶体 ，也可以是粒状、块状、 纤维 状、 钟乳 状、土状等等。敲击方解石可以得到很多方形碎块，故名方解。 浮法玻璃生产原料及质量要求白垩：白垩是一种微细的碳酸钙的沉积物，主要是由单细胞浮游生物 球藻（ coccoli thophorid） 的遗骸（颗石）构成。其中含有海绵骨针、浮游性有孔虫壳、菊石、箭石、海胆和贝类化石等海生动物的壳，含有水分，使用前需要经干燥处理。 浮法玻璃生产原料及质量要求浮法玻璃对石灰质原料的质量要求：（ 1）对成分的要求：白云石： CaO 18.0% 波动范围 0.4%MgO 35.0% 波动范围 0.4%Fe2O30.25% 波动范围 0.1%酸不溶物 3% 波动范围 0.5%石灰石： CaO 54.00% 波动范围 0.40%MgO 2.00% 波动范围 0.40%Fe2O30.10% 波动范围 0. 1%酸不溶物 3.0% 波动范围 0.5%浮法玻璃生产原料及质量要求（ 2）对粒度的要求：白云石：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；少量白云石细粉不影响玻璃澄清质量； 15%左右的 0.150.08mm白云石细粉，能提高玻璃的熔化和澄清质量当细粉含量超过 20%时，则会产生不利影响。白云石： 3mm 0%；0.6 0.25mm 50%-70%；0.1mm 5%；0.075mm 0% 浮法玻璃生产原料及质量要求3.引入 Al2O3的原料：长石、高岭土、叶腊石、钽铌尾矿砂、氧化铝和氢氧化铝。常用的为长石。a.长石：长石是长石族岩石 2的总称，它是一类含 钙 、 钠 和钾 的 铝硅酸盐 类 矿物 。为 地壳 中最常见的矿物，比例达到60%。它们都具有 玻璃光泽 ， 颜色 多种多样，有无色的，有白色、黄色、粉红色、绿色、灰色、黑色等等。有些 透明 ，有些半透明。长石本身应该是无色透明的，之所以有色或不完全透明，是因为含有其他杂质。有些成块状，有些成板状、有些成柱状或针状等等。 玻璃厂常用的长石分为钾长石（ K2OAl2O36SiO2）和钠长石 (Na2OAl2O