第2章玻璃的原料

1、玻璃工藝學(xué)1玻璃工藝學(xué)玻璃工藝學(xué)第第2 2章章 原料原料玻璃工藝學(xué)22-1 概述概述玻璃工藝學(xué)3一、原料分類一、原料分類玻璃工藝學(xué)4二、原料的選擇原則二、原料的選擇原則玻璃工藝學(xué)5玻璃工藝學(xué)6（1）引入）引入SiO2的原料的原料1、酸性氧化物原料、酸性氧化物原料2.2主要原料主要原料作用與性質(zhì)：作用與性質(zhì)： 形成不規(guī)則連續(xù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成玻璃骨架形成不規(guī)則連續(xù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成玻璃骨架 Na-Ca-Si玻璃中，可降低熱膨脹系數(shù)，提高熱穩(wěn)定性、化玻璃中，可降低熱膨脹系數(shù)，提高熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、軟化溫度、耐熱性、硬度、機(jī)械強(qiáng)度、粘度、透紫學(xué)穩(wěn)定性、軟化溫度、耐熱性、硬度、機(jī)械強(qiáng)度、粘度、透紫外光性外光性成分成分

2、 高質(zhì)量石英砂：高質(zhì)量石英砂：SiO29999.8 少量有益雜質(zhì)：少量有益雜質(zhì)： Al2O3 Na2O CaO MgO 少量有害雜質(zhì)：少量有害雜質(zhì)： 鐵、鉻、釩、鈦燈著色氧化物鐵、鉻、釩、鈦燈著色氧化物玻璃工藝學(xué)7不同玻璃對(duì)有害雜質(zhì)的要求玻璃品種允許Fe2O3允許Cr2O3允許TiO2高級(jí)晶質(zhì)玻璃 0.015光學(xué)玻璃0.010.0010.05無(wú)色器皿0.020.0010.10磨光玻璃0.030.002窗玻璃0.10-0.20燈泡玻璃0.05化學(xué)儀器0.10暗綠瓶罐玻璃 0.5玻璃工藝學(xué)8石英砂的粒度選擇n易熔軟質(zhì)玻璃，粒度稍粗，難熔玻璃稍細(xì)n池窯稍粗、坩堝窯稍細(xì)n濕法配料、?；弦思?xì)n池窯顆粒

3、度及顆粒級(jí)配 0.150.8微米 其中0.250.590% 0.1微米5% 玻璃工藝學(xué)9某種硅質(zhì)原料不同粒級(jí)的化學(xué)成分某種硅質(zhì)原料不同粒級(jí)的化學(xué)成分/mass%篩分篩分網(wǎng)目網(wǎng)目百分百分含量含量化學(xué)成分化學(xué)成分SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOIL+4023.9598.130.160.780.170.47+6020.2098.460.160.780.110.38+8013.3098.430.160.780.140.41+10010.7598.070.170.970.140.49-10031.896.350.432.640.170.99小于100目粒級(jí)中的化學(xué)成分波動(dòng)嚴(yán)重 表面能增大,混合時(shí)

4、，發(fā)生成團(tuán)現(xiàn)象。 與粗級(jí)別間產(chǎn)生強(qiáng)烈的離析。 玻璃工藝學(xué)10（2）引入）引入B2O3的原料的原料作用與性質(zhì)：作用與性質(zhì)： 降低熱膨脹系數(shù)、提高熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、增大折降低熱膨脹系數(shù)、提高熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、增大折射率、提高機(jī)械強(qiáng)度射率、提高機(jī)械強(qiáng)度 高溫降粘、低溫增粘。高溫降粘、低溫增粘。 起助熔劑作用，加速玻璃澄清，降低玻璃析晶能力起助熔劑作用，加速玻璃澄清，降低玻璃析晶能力應(yīng)用：耐熱玻璃、醫(yī)藥玻璃、化學(xué)儀器玻璃、溫度計(jì)玻應(yīng)用：耐熱玻璃、醫(yī)藥玻璃、化學(xué)儀器玻璃、溫度計(jì)玻 璃等；璃等；原料：硼酸和硼砂（化工原料）、含硼礦物；原料：硼酸和硼砂（化工原料）、含硼礦物； 硼酸硼酸（H3BO3）

5、：）：熱變化：熱變化：H3BO3 100度度HBO2 140-160 H2B2O7 熔融熔融B2O3要求成分要求成分： H3BO399%，F(xiàn)e2O30.01%、SO2-435% Fe2O30.01% SO42-0.02%粒度要求：粒度要求：0.1mm以下以下 84% 1mm以上以上16%、 Fe2O312% O O -0-Al-O-P-O- O O粒度要求：粒度要求： 0.1mm以下以下22%、0.1-0.3mm76% 0.3-0.5mm2%、0.5-1mm1% 1-1.5mm30%、 Fe2O360%、 Fe2O390%、0.1以下以下5%、0.075以下無(wú)以下無(wú); （輕質(zhì)）（輕質(zhì)） 0.1

6、以下以下28%、1-1.5mm1%、1mm以上以上98%、 NaCl1%、 Na2SO40.1%、 Fe2O385%、CaSO4 4%、 NaCl2%、Fe2O30.3%、H2O98%、 NaCl1%、Fe2O396%,Na2O0.2%,KCl+K2SO43.5%,水水 不溶物不溶物0.3%, H2O98%、KCl1%、Fe2O320% CaO32%Fe2O395%、 SiO21.5 %、 Fe2O3 97%、 Fe2O3 0.1%、酸不溶物、酸不溶物96%,水溶性鹽水溶性鹽1.5%、水分、水分0.1%、酸、酸不溶物不溶物95%、Fe2O30.03%、SiO21200 作用過(guò)程作用過(guò)程:用量用

7、量:一般為配合料的一般為配合料的0.2-0.6%,硝酸鹽用量為白砒的硝酸鹽用量為白砒的2-8倍倍.適于熔制易熔玻璃如鉛玻璃適于熔制易熔玻璃如鉛玻璃,軟質(zhì)玻璃軟質(zhì)玻璃等等. 三氧化二銻作用溫度比白砒低,過(guò)程與白砒相似,同屬低溫澄清劑;比重較大,更適于熔制比重大的玻璃(如鉛玻璃). （1）白砒：）白砒： 性狀：白色結(jié)晶粉末或玻璃狀無(wú)定形物質(zhì)，極毒（性狀：白色結(jié)晶粉末或玻璃狀無(wú)定形物質(zhì)，極毒（致死量致死量0.06g）單獨(dú)使用易升華，應(yīng)與硝酸鹽配用，燈工時(shí)易被還原生成單質(zhì)砷單獨(dú)使用易升華，應(yīng)與硝酸鹽配用，燈工時(shí)易被還原生成單質(zhì)砷。屬于屬于低溫型溫型澄清劑澄清劑.玻璃工藝學(xué)38 澄清機(jī)理：澄清機(jī)理： 高

8、溫釋放的氧氣（或其它氣體）要生成新氣泡需要克服很大的高溫釋放的氧氣（或其它氣體）要生成新氣泡需要克服很大的表面能，而玻璃液中又已經(jīng)達(dá)到飽和，所以被迫進(jìn)入臨近的已成型表面能，而玻璃液中又已經(jīng)達(dá)到飽和，所以被迫進(jìn)入臨近的已成型的小氣泡中，從而使原氣泡中除此氣體外的其它氣體分壓減小，這的小氣泡中，從而使原氣泡中除此氣體外的其它氣體分壓減小，這樣玻璃中的這些氣體析出進(jìn)入氣泡，氣泡長(zhǎng)大，上升速度加快并最樣玻璃中的這些氣體析出進(jìn)入氣泡，氣泡長(zhǎng)大，上升速度加快并最溢出玻璃液面破裂，達(dá)到促進(jìn)氣泡排除的效果。溢出玻璃液面破裂，達(dá)到促進(jìn)氣泡排除的效果。 多種澄清劑的共同使用，可以拓寬澄清作用的溫度范圍，增加多種澄

9、清劑的共同使用，可以拓寬澄清作用的溫度范圍，增加氣體的種類，氣泡中每種氣體的分壓就愈小，從而吸收玻璃液中的氣體的種類，氣泡中每種氣體的分壓就愈小，從而吸收玻璃液中的溶解氣體的能力愈強(qiáng)，澄清效果也就愈好。溶解氣體的能力愈強(qiáng)，澄清效果也就愈好。玻璃工藝學(xué)39Na2SO4Na2O+SO31200左右開(kāi)始左右開(kāi)始 硫酸鈉硫酸鈉 性狀：分解溫度高，在性狀：分解溫度高，在1200以上，最活躍是在以上，最活躍是在1450左右左右屬高溫型澄清劑，適于一般的鈉鈣硅玻璃；同時(shí)一般須加入適量還屬高溫型澄清劑，適于一般的鈉鈣硅玻璃；同時(shí)一般須加入適量還原劑（煤粉），一般保持原劑（煤粉），一般保持CO：CO2=1：20

10、左右，且熔化后階段左右，且熔化后階段（熱點(diǎn)之后）氧化氣氛，否則減弱澄清效果。（熱點(diǎn)之后）氧化氣氛，否則減弱澄清效果。（2）硫酸鹽）硫酸鹽主要是硫酸鈉、硫酸鋇、硫酸鈣。主要是硫酸鈉、硫酸鋇、硫酸鈣。 （Na2SO3化學(xué)性質(zhì)活潑，能與石英砂、白云石、方解石等反化學(xué)性質(zhì)活潑，能與石英砂、白云石、方解石等反應(yīng)放出氣體。）應(yīng)放出氣體。）Na2SO4+C Na2SO3 +CO2 400-800 Na2SO4+C Na2S+CO2600-700玻璃工藝學(xué)40 （3）氟化物）氟化物 常用的有：螢石、氟硅酸鈉（有毒）。常用的有：螢石、氟硅酸鈉（有毒）。 I、 螢石：螢石： 性狀：白、綠、藍(lán)、紫色等多種顏色的透明

11、狀巖石。性狀：白、綠、藍(lán)、紫色等多種顏色的透明狀巖石。 成分要求：成分要求：CaF280%,Fe2O30.3% II、氟硅酸鈉：淡黃色粉末、有毒。、氟硅酸鈉：淡黃色粉末、有毒。 用量：一般配合料的用量：一般配合料的1-1.5% 硫酸鋇多用于瓶罐玻璃的配合料中，用量為硫酸鋇多用于瓶罐玻璃的配合料中，用量為Na2O含量的含量的0.5%。 氟化物本身又是乳濁劑、助熔劑。氟化物本身又是乳濁劑、助熔劑。 用量：一般按引入配合料中用量：一般按引入配合料中0.5%計(jì)，過(guò)多則玻璃軟化點(diǎn)降計(jì)，過(guò)多則玻璃軟化點(diǎn)降低，侵蝕加劇。低，侵蝕加劇。氟化物的部分氟能在玻璃中生成氟化物的部分氟能在玻璃中生成HF、SiF4、N

12、aFSi-O-Si + Na+ F- Si-O-Na+ +F-Si 玻璃工藝學(xué)41 （4）食鹽）食鹽 食鹽是一種高溫澄清劑，適用于熔化溫度高于食鹽是一種高溫澄清劑，適用于熔化溫度高于1500的玻的玻璃，依靠本身的氣化揮發(fā)（溫度較高）和璃，依靠本身的氣化揮發(fā)（溫度較高）和FeCl3揮發(fā)物起澄清作揮發(fā)物起澄清作用；用； 用量：配合料的用量：配合料的1.3-3.5%，過(guò)多引入使玻璃結(jié)構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)空，過(guò)多引入使玻璃結(jié)構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)空穴增多，易乳化，機(jī)械強(qiáng)度降低以及侵蝕耐火材料。常用于硼硅穴增多，易乳化，機(jī)械強(qiáng)度降低以及侵蝕耐火材料。常用于硼硅酸鹽玻璃中。酸鹽玻璃中。 （5）氧化鈰）氧化鈰 二氧化鈰在二氧化鈰在1

13、400左右分解放出氧氣，屬高溫澄清劑，同時(shí)左右分解放出氧氣，屬高溫澄清劑，同時(shí)兼有氧化劑，對(duì)兼有氧化劑，對(duì)Fe2+起化學(xué)脫色作用。稀土類原料，價(jià)格昂貴。起化學(xué)脫色作用。稀土類原料，價(jià)格昂貴。常與硝酸鹽共用。常與硝酸鹽共用。4CeO2 2Ce2O3+O24FeO+O2 2 Fe2O31400玻璃工藝學(xué)42 （6）焦銻酸鈉、砷銻酸鈉、硫銻酸鈉）焦銻酸鈉、砷銻酸鈉、硫銻酸鈉焦銻酸鈉：白色粒狀，溶于水，能節(jié)省純堿用量，約在焦銻酸鈉：白色粒狀，溶于水，能節(jié)省純堿用量，約在1450分分 解放出氧氣，解放出氧氣，其中的其中的銻銻以以Sb2O5狀態(tài)存在，澄清時(shí)間狀態(tài)存在，澄清時(shí)間 集中，澄清效果好于白砒集中，

14、澄清效果好于白砒。硫銻酸鈉：含多種氣化成分，澄清范圍（硫銻酸鈉：含多種氣化成分，澄清范圍（1400-1450 ）之內(nèi)，）之內(nèi)， 可保持很強(qiáng)的澄清能力；可保持很強(qiáng)的澄清能力；砷銻酸鈉：與焦銻酸鈉相似，砷、銻都以砷銻酸鈉：與焦銻酸鈉相似，砷、銻都以+5價(jià)形式存在，在直接價(jià)形式存在，在直接 起澄清作用的同時(shí)，也擴(kuò)大了澄清范圍。起澄清作用的同時(shí)，也擴(kuò)大了澄清范圍。 （7）復(fù)合澄清劑（）復(fù)合澄清劑（F、N、E型等）型等）F型復(fù)合澄清劑：型復(fù)合澄清劑：成分（成分（%） ：As2O3+Sb2O3 27 ，Na2O 22 ， CaO 5 SO3 32 ，F(xiàn)e2O3 0.05， CrO 0.03， H2O 3分

15、解溫度：分解溫度：1200-1420 玻璃工藝學(xué)43 2、助熔劑：、助熔劑： 加速玻璃熔制過(guò)程的原料稱助熔劑（加速劑）。加速玻璃熔制過(guò)程的原料稱助熔劑（加速劑）。 常見(jiàn)的有：氟化物、硼化合物、硝酸鹽、鋇化合物、硫酸鈉等。常見(jiàn)的有：氟化物、硼化合物、硝酸鹽、鋇化合物、硫酸鈉等。 （1）氟化物）氟化物 性質(zhì)：性質(zhì)： 降低玻璃粘度和表面張力，促進(jìn)澄清和均化；降低玻璃粘度和表面張力，促進(jìn)澄清和均化； 與與Fe2O3生成生成FeF3揮發(fā)或生成揮發(fā)或生成Na3FeF6（無(wú)色），（無(wú)色），提高玻璃透提高玻璃透熱性；熱性； 易生成含氟揮發(fā)性污染物，易生成含氟揮發(fā)性污染物，能在人體中富集，毒性比能在人體中富集，

16、毒性比SO2大，大，使用時(shí)注意大氣污染。對(duì)耐火材料腐蝕大使用時(shí)注意大氣污染。對(duì)耐火材料腐蝕大 原料：螢石、氟硅酸鈉原料：螢石、氟硅酸鈉 引入量：引入量： 按引入玻璃的按引入玻璃的 0.5-1%計(jì)。（計(jì)。（注意：氟化物在用作乳濁劑、注意：氟化物在用作乳濁劑、助熔劑、澄清劑的用量差別助熔劑、澄清劑的用量差別。）。）過(guò)多則玻璃軟化點(diǎn)降低，侵蝕加劇。過(guò)多則玻璃軟化點(diǎn)降低，侵蝕加劇。玻璃工藝學(xué)44 （2）硼化合物）硼化合物: 性質(zhì)：網(wǎng)絡(luò)形成體、硼氧反常、助熔、料性、揮發(fā)。高溫下，性質(zhì)：網(wǎng)絡(luò)形成體、硼氧反常、助熔、料性、揮發(fā)。高溫下，在低堿的硅酸鹽玻璃中，硼保持它的三角平面配位，減弱了硅酸在低堿的硅酸鹽玻

17、璃中，硼保持它的三角平面配位，減弱了硅酸鹽玻璃的三維內(nèi)聚性，硼經(jīng)常在鹽玻璃的三維內(nèi)聚性，硼經(jīng)常在要求抗熱沖擊性的工業(yè)玻璃中要求抗熱沖擊性的工業(yè)玻璃中用用來(lái)代替堿性氧化物作助熔劑，適量引入對(duì)玻璃的結(jié)構(gòu)有加強(qiáng)作用。來(lái)代替堿性氧化物作助熔劑，適量引入對(duì)玻璃的結(jié)構(gòu)有加強(qiáng)作用。 原料：硼酸、硼砂原料：硼酸、硼砂 引入量：往玻璃中引入引入量：往玻璃中引入1.5%的的B2O3。注意硼化合物在作主要注意硼化合物在作主要原料、助熔劑時(shí)的不同用量。原料、助熔劑時(shí)的不同用量。 （3）鋇化合物、硝酸鹽）鋇化合物、硝酸鹽鋇化合物：引入量為配合料的鋇化合物：引入量為配合料的0.25-0.5%，多用于瓶罐玻璃。，多用于瓶罐

18、玻璃。硝酸鹽：分解溫度低，與石英砂生成低共熔物，同時(shí)起澄清、氧化硝酸鹽：分解溫度低，與石英砂生成低共熔物，同時(shí)起澄清、氧化的作用。引入量為玻璃中的作用。引入量為玻璃中R2O量的量的10-15%。玻璃工藝學(xué)453、著色劑、著色劑著色劑著色劑原原 料料著著 色色引引 入入 量量備備 注注離離子子著著色色劑劑錳化合物錳化合物鈷化合物鈷化合物鎳化合物鎳化合物銅化合物銅化合物鉻化合物鉻化合物鈾化合物鈾化合物膠膠體體著著色色劑劑金化合物金化合物銅化合物銅化合物銀化合物銀化合物銻化合物銻化合物硒硫化鎘硒硫化鎘玻璃工藝學(xué)46 （1）化學(xué)脫色劑：）化學(xué)脫色劑：化學(xué)脫色是借助于脫色劑的氧化作用，使玻璃被有機(jī)物污染

19、的黃色化學(xué)脫色是借助于脫色劑的氧化作用，使玻璃被有機(jī)物污染的黃色消除，以及使著色能力強(qiáng)的低價(jià)鐵氧化物變成為著力能力較弱的三消除，以及使著色能力強(qiáng)的低價(jià)鐵氧化物變成為著力能力較弱的三價(jià)鐵氧化物價(jià)鐵氧化物 白砒和氧化銻白砒和氧化銻 As2O3+6FeO=3Fe2O3+2As 2As2O3+3Se=4As+3SeO2 2Mn2O3+As2O3=4MnO+As2O5I、不與、不與CeO2、Mn2O3共用；共用； 曝光效應(yīng)（曝光效應(yīng)（Solarization)：4MnO+As2O5 2Mn2O3+As2O3 II、可作硒脫色時(shí)的穩(wěn)定作用：、可作硒脫色時(shí)的穩(wěn)定作用： Se+As2O5SeO2+As2O3%

20、 % 4、脫色劑：、脫色劑：玻璃工藝學(xué)47nIII、對(duì)于普通鈣玻璃，兩者共用效果更好，、對(duì)于普通鈣玻璃，兩者共用效果更好，對(duì)于鉛玻璃則只用白砒即可。對(duì)于鉛玻璃則只用白砒即可。n 用量：白砒用量：白砒200-500g/100石英砂、石英砂、硝酸鈉硝酸鈉3000g/100石英砂石英砂 硝酸鹽（硝酸鹽（NaNO3、KNO3、Ba（NO3）2）n 分解溫度低，與白砒、氧化銻共用時(shí)可分解溫度低，與白砒、氧化銻共用時(shí)可提高脫色效果。提高脫色效果。n 用量為配合料的用量為配合料的1-1.5玻璃工藝學(xué)48 鹵化物（氟化物、氯化物）鹵化物（氟化物、氯化物） 生成揮發(fā)性物質(zhì)生成揮發(fā)性物質(zhì)FeFFeF3 3、FeC

21、lFeCl3 3，減輕著色；，減輕著色； 生成無(wú)色絡(luò)合離子生成無(wú)色絡(luò)合離子FeFFeF6 6 3-3-； 氧化錳氧化錳 FeO + MnFeO + Mn2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3 + MnO+ MnO 氧化錳容易被還原，難以穩(wěn)定控制脫色效果。氧化錳容易被還原，難以穩(wěn)定控制脫色效果。 氧化鈰氧化鈰 CeOCeO2 2 Ce Ce2 2O O3 3 + O + O2 2 FeO+OFeO+O2 2 Fe Fe2 2O O3 3 是一種強(qiáng)烈的氧化劑，脫色效果好。是一種強(qiáng)烈的氧化劑，脫色效果好。 （2）物理脫色劑）物理脫色劑物理脫色是往玻璃中加入一定數(shù)量的能產(chǎn)生互補(bǔ)色的著色劑，使物理

22、脫色是往玻璃中加入一定數(shù)量的能產(chǎn)生互補(bǔ)色的著色劑，使玻璃由于玻璃由于FeO、 Fe2O3、Cr2O3，TiO2所產(chǎn)生的黃綠色到藍(lán)綠所產(chǎn)生的黃綠色到藍(lán)綠色得到互補(bǔ)。色得到互補(bǔ)。 一般氧化鐵含量在一般氧化鐵含量在0.06-0.07%0.06-0.07%以下時(shí)，物理脫色法效果較好。以下時(shí)，物理脫色法效果較好。氧化鐵含量大于氧化鐵含量大于0.2%0.2%時(shí)，玻璃總透過(guò)率太低，效果不好。時(shí)，玻璃總透過(guò)率太低，效果不好。 玻璃工藝學(xué)49常用物理脫色劑原料：常用物理脫色劑原料： 硒：硒： 使玻璃成淺紫色，與淺綠色中和，當(dāng)氧化鐵的含量小于使玻璃成淺紫色，與淺綠色中和，當(dāng)氧化鐵的含量小于0.1%時(shí)脫色效果好。時(shí)

23、脫色效果好。 對(duì)鉛玻璃不能用：對(duì)鉛玻璃不能用： Se + Pb2+ +2e=PbSe（棕色）（棕色） 而用氧化鎳而用氧化鎳 缺點(diǎn)：對(duì)熔制條件敏感缺點(diǎn)：對(duì)熔制條件敏感 ，揮發(fā)量變化大（可加入白砒或銻粉，揮發(fā)量變化大（可加入白砒或銻粉起穩(wěn)定作用，或者用硒化合物引入）。起穩(wěn)定作用，或者用硒化合物引入）。 氧化亞鈷氧化亞鈷：脫色穩(wěn)定，可以抵消：脫色穩(wěn)定，可以抵消Fe3+的黃色。的黃色。 氧化亞鎳氧化亞鎳：使鉀鈣玻璃著成灰紫紅色，鈉鈣玻璃著成灰紫色。：使鉀鈣玻璃著成灰紫紅色，鈉鈣玻璃著成灰紫色。與綠色中和與綠色中和 ； 對(duì)溫度與氣氛不敏感，重復(fù)性好，適用于含鉀對(duì)溫度與氣氛不敏感，重復(fù)性好，適用于含鉀尤其含量高的玻璃及鉛玻璃。尤其含量高的玻璃及鉛玻璃。 缺點(diǎn)：容易受基