化工工藝學(xué)課件：硅酸鹽工業(yè) -

硅酸鹽工業(yè)【教學(xué)目標(biāo)】

學(xué)習(xí)硅酸鹽工業(yè)中的水泥、玻璃的性能和生產(chǎn)工藝以及所產(chǎn)生的三廢治理與利用，了解無機(jī)非金屬材料的性能、制備原理和應(yīng)用，掌握工藝流程中的共性和特點(diǎn)。硅酸鹽工業(yè)9.1概述9.2水泥工業(yè)9.3玻璃工業(yè)9.4硅酸鹽工業(yè)中三廢治理及綜合利用硅酸鹽工業(yè)9.1概述以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)稱為硅酸鹽工業(yè)。主要特點(diǎn)：以含硅的物質(zhì)、碳酸鹽等為原料，在高溫下經(jīng)過復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，生成某種硅酸鹽物質(zhì)。硅酸鹽工業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的提高做出了巨大的貢獻(xiàn)，但同時硅酸鹽工業(yè)所需的各種原料一般為不可再生資源，且能耗很大，廢氣、廢物的排放給環(huán)境帶來了嚴(yán)重的破壞。9.1概述發(fā)展傳統(tǒng)的硅酸鹽材料陶瓷17世紀(jì)硅酸鹽玻璃19世紀(jì)硅酸鹽水泥無機(jī)非金屬材料以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽，鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。高熔點(diǎn)、高硬度耐腐蝕、耐磨損高強(qiáng)度和良好的抗氧化性寬廣的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、透光性良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性9.2.1水泥的定義與分類

9.2水泥工業(yè)【特別提示】膠凝材料是指在建筑工程中能將散粒材料（如砂、石）或塊狀材料（如磚、瓷磚等）膠結(jié)成一個整體的材料。水硬性膠凝材料是指不僅能在空氣中硬化，而且在水中能更好地硬化的材料。水泥：指細(xì)磨成粉末狀，加入一定量水?dāng)嚢韬蟪蔀樗苄詽{體，既能在水中硬化，又能在空氣中硬化，并能將砂、石等顆?；蚶w維材料牢固地膠結(jié)在一起，具有一定強(qiáng)度的水硬性的無機(jī)膠凝材料。

按用途和性能通用水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥復(fù)合硅酸鹽水泥等一般用途的水泥，主要用于一般民用建筑工程專用水泥油井水泥砌筑水泥有專門用途的水泥，主要用于專門建筑工程特性水泥快硬硅酸鹽水泥低熱礦渣硅酸鹽水泥抗硫酸鹽硅酸鹽水泥膨脹硫鋁酸鹽水泥具有某種特殊性能的水泥，主要用于特殊建筑工程按組成硅酸鹽水泥

鋁酸鹽水泥

硫鋁酸鹽水泥

氟鋁酸鹽水泥

鐵鋁酸鹽水泥等

表9—1水泥的分類9.2水泥工業(yè)

9.2.2硅酸鹽水泥生產(chǎn)技術(shù)

硅酸鹽水泥生產(chǎn)概述凡由硅酸鹽水泥熟料、0～5%石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為硅酸鹽水泥（又稱純硅酸鹽水泥，國外通稱波特蘭水泥）。硅酸鹽水泥分：沒有摻入混合材料的稱I型硅酸鹽水泥，代號為P·I。在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻入不超過水泥質(zhì)量5%石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱II型硅酸鹽水泥，代號為P·II。9.2水泥工業(yè)熟料：凡以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的產(chǎn)物稱為硅酸鹽水泥熟料（簡稱熟料）。水泥熟料是各種硅酸鹽水泥的主要組分材料，其質(zhì)量的好壞直接影響到水泥產(chǎn)品的性能與質(zhì)量的優(yōu)劣。由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按適當(dāng)比例磨成細(xì)粉燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì)。其中硅酸鈣礦物不小于66%，氧化鈣和氧化硅質(zhì)量比不小于2.0。9.2水泥工業(yè)2.硅酸鹽水泥生產(chǎn)技術(shù)要求技術(shù)要求即品質(zhì)指標(biāo)，是衡量水泥品質(zhì)及保證水泥質(zhì)量的重要依據(jù)。水泥質(zhì)量可以通過化學(xué)指標(biāo)和物理指標(biāo)加以控制和評定。保證水泥具有一定的物理性能，滿足水泥使用要求，保證工程質(zhì)量。控制水泥中有害成分不超過一定限量，若超過了最大允許限量，即意味著對水泥性能和質(zhì)量可能產(chǎn)生有害的或潛在有害的影響。9.2水泥工業(yè)硅酸鹽水泥技術(shù)指標(biāo)：不溶物：指水泥經(jīng)酸和堿處理，不能被溶解的殘留物。燒失量：指水泥在950~1000高溫下煅燒失去的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。細(xì)度：水泥的粗細(xì)程度，通常用比表面積或篩余百分?jǐn)?shù)表示。凝結(jié)時間：指水泥從加水開始到失去流動性，從可塑狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時間。凝結(jié)時間分初凝時間和終凝時間。安定性：水泥漿硬化后體積變化的均勻性。氧化鎂含量、三氧化硫含量強(qiáng)度9.2水泥工業(yè)強(qiáng)度等級抗壓強(qiáng)度/MPa抗折強(qiáng)度/MPa3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0表9-2硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級與技術(shù)指標(biāo)水泥強(qiáng)度是水泥技術(shù)要求中最基本的性能指標(biāo)，直接反映了水泥的質(zhì)量水平和實(shí)用價值。水泥強(qiáng)度隨時間逐漸增大。到28d時強(qiáng)度已大部分發(fā)揮出來，以后強(qiáng)度增加緩慢。水泥的強(qiáng)度等級是按規(guī)定齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度來劃分的。9.2水泥工業(yè)3.硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝及方法水泥生產(chǎn)可概括為“兩磨一燒”，即生料粉磨、熟料煅燒和水泥粉磨。原料經(jīng)破碎后，按一定比例配合，經(jīng)粉磨設(shè)備磨細(xì)，并配合成為成分合適、質(zhì)量均勻的生料；生料在水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融，成為熟料；熟料加入適量石膏和混合材料，經(jīng)粉磨設(shè)備磨細(xì)，即成為水泥。9.2水泥工業(yè)三個階段：(1)生料制備。石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料及少量的校正材料經(jīng)破碎后按一定的比例配合、細(xì)磨，并經(jīng)均化調(diào)配為成分合適、分布均勻的生料。選用成分符合要求的原料，經(jīng)過破碎、烘干，然后入磨進(jìn)行粉磨。在粉磨過程中要嚴(yán)格控制原料的配比，出磨生料要控制碳酸鈣的滴定值、氧化鐵的含量及細(xì)度。在立窯生產(chǎn)過程中，還要對生料的含煤量進(jìn)行測定。采用的磨機(jī)均為管磨，若為干法或半干法生產(chǎn)可采用開流管磨、閉流管磨或烘干兼粉磨系統(tǒng)。9.2水泥工業(yè)(2)熟料的煅燒。將生料在水泥工業(yè)窯內(nèi)煅燒至部分熔融，經(jīng)冷卻后得到以硅酸鈣為主要成分的熟料的過程。生料經(jīng)過高溫煅燒，碳酸鈣的分解、固相反應(yīng)、固液相反應(yīng)等復(fù)雜的物理化學(xué)變化，生成以硅酸鈣為主要成分的熟料。設(shè)備主要有立窯和回轉(zhuǎn)窯兩大類，立窯適用于生產(chǎn)規(guī)模較小的工廠，大、中型廠宜采用回轉(zhuǎn)窯。煅燒是水泥生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)，也是水泥生產(chǎn)的關(guān)鍵9.2水泥工業(yè)(3)熟料的粉磨階段。在燃燒出來的熟料中加入一定比例的石膏(緩凝作用)，磨細(xì)制得具有水硬性膠凝材料的過程。為了滿足不同工程對水泥性能的要求，在熟料粉磨過程中，按規(guī)定加入一定量的混合材料，制成不同品種的水泥。但需注意加入的混合材料的種類及多少必須符合國家規(guī)定，否則生產(chǎn)出的水泥就是不合格品。水泥的生產(chǎn)方法按生料制備方法的不同，可分為干法，濕法和半干法三大類：熟料粉磨的設(shè)備是管磨機(jī)，其粉磨系統(tǒng)也有閉流、開流之分。9.2水泥工業(yè)(1)干法。將原料先烘干后粉磨或在烘干磨內(nèi)同時烘干與粉磨成生料粉，然后喂入干法窯內(nèi)煅燒成熟料，稱為干法生產(chǎn)。如干法中空窯、懸浮預(yù)熱器窯和預(yù)分解窯均為干法生產(chǎn)。(2)濕法。將原料加水粉磨成生料漿后喂入濕法回轉(zhuǎn)窯煅燒成熟料，稱為濕法生產(chǎn)。(3)半干法。將生料粉加入適量水分制成生料球，喂入立窯或立波爾窯內(nèi)煅燒成熟料的生產(chǎn)方法為半干法生產(chǎn)。另外，將濕法制備的生料漿脫水后入窯煅燒，稱為濕磨干燒，也屬半干法生產(chǎn)。生產(chǎn)方法9.2水泥工業(yè)干法窯短產(chǎn)量高，節(jié)約電能，可以充分利用窯尾排出的熱量。需要有復(fù)雜的攪拌系統(tǒng)。濕法濕法粉磨電耗較低，生料易于均化，成分均勻，熟料質(zhì)量較高，且輸送方便，揚(yáng)塵少

水分蒸發(fā)需要吸收潛熱，熱耗較高。特點(diǎn)對比回轉(zhuǎn)窯熱耗降低了50%以上。爐篦子加熱機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作較復(fù)雜，物料受熱不均勻，熟料的質(zhì)量較差半干法9.2水泥工業(yè)水泥生產(chǎn)方法按熟料煅燒的設(shè)備可分為立窯和回轉(zhuǎn)窯兩大類。窯筒體立置不轉(zhuǎn)動的窯稱為立窯圖9-2水泥生產(chǎn)中的立窯

普通立窯機(jī)械化立窯人工加料和人工卸料機(jī)械加料，人工卸料機(jī)械加料和機(jī)械卸料4.硅酸鹽水泥熟料的組成硅酸鹽水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四種氧化物組成，含量占95%以上，此外還有少量其他氧化物。四種主要氧化物含量的波動范圍見表9-3。表9-3水泥熟料組成成分主要成分含量/wt%次要成分含量/wt%CaO62～67Al2O34～7SiO220～24Fe2O32.5～69.2水泥工業(yè)硅酸鹽水泥熟料中主要由以下四種礦物組成：硅酸三鈣3CaO·SiO2，通常簡寫為C3S；硅酸二鈣2CaO·SiO2，通常簡寫為C2S；鋁酸三鈣3CaO·Al2O3，通常簡寫為C3A；鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3，通常簡寫為C4AF。這四種主要礦物組成決定硅酸鹽水泥的主要性質(zhì)，在硅酸鹽水泥熟料中，四種礦物占95%以上，C3S和C2S含量占75%左右，稱為硅酸鹽礦物；C3A和C4AF占22%左右，它們在1250～1280℃時與氧化鎂、堿等熔融形成液相并促進(jìn)C3S形成，故稱為熔劑礦物。9.2水泥工業(yè)硅酸三鈣是熟料的主要礦物，其含量通常在50%左右，有三種晶系共七種變型。凝結(jié)時間正常，水化較快，強(qiáng)度發(fā)展快，早期強(qiáng)度高，且強(qiáng)度增進(jìn)率大（28天強(qiáng)度可達(dá)到一年強(qiáng)度的70～80%）。但水化熱高，抗水性差硅酸二鈣在熟料中含量一般為20%左右。有四種晶型，鋁酸三鈣遇水反應(yīng)最快，水化熱最高。其含量決定水泥的凝結(jié)速率和放熱量鐵鋁酸四鈣，通常含量為5％~15％。遇水反應(yīng)較快．水化熱較高。強(qiáng)度較低，但對水泥的抗折強(qiáng)度和耐磨性起重要作用。耐化學(xué)侵蝕好、干縮性小。9.2水泥工業(yè)水泥熟料中各氧化物之間的比例關(guān)系的系數(shù)稱為率值。通常采用硅率（n）、鋁率（p）和石灰飽和系數(shù)（KH）三個率值。

硅率表示水泥熟料中SiO2與Al2O3、Fe2O3之和的比值，也表示熟料中硅酸鹽礦物與熔劑礦物的比例，常用n或SM表示。硅率大，則硅酸鹽礦物含量高，熟料質(zhì)量高，但燒成困難；硅率小，液相量，易燒性好，但熔劑礦物高，硅酸鹽礦物減少，會降低熟料強(qiáng)度，n過低時易結(jié)大塊。一般硅酸鹽水泥熟料的硅率在1.7～2.7之間?？刂粕a(chǎn)的主要指標(biāo)

9.2水泥工業(yè)鋁率（鐵率、鋁氧率）表示熟料中氧化鋁和氧化鐵的含量之比，也表示熟料熔劑礦物中C3A與C4AF的比例。用IM或p表示。p值的大小，一方面關(guān)系到熟料水化速率的快慢，同時又關(guān)系到熟料液相的粘度，從而影響熟料煅燒的難易。

9.2水泥工業(yè)石灰飽和系數(shù)表示熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣所需的氧化鈣含量與氧化硅生成硅酸三鈣所需氧化鈣最大含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度。實(shí)際生產(chǎn)一般工廠應(yīng)用

9.2水泥工業(yè)KH＝1時，熟料中硅酸鹽礦物全部為C3SKH＝2/3＝0.667時，硅酸鹽礦物全部為C2SKH高，C3S含量多，有利于提高水泥質(zhì)量，但煅燒困難，熱耗高，易產(chǎn)生f-CaO。KH低則C2S高，易燒性好，水化熱低，但水泥凝結(jié)硬化慢，早期強(qiáng)度低。為保證熟料質(zhì)量，同時不出現(xiàn)過量f-CaO，KH值通?？刂圃?.82～0.94之間。KH值介于0.667～1之間9.2水泥工業(yè)硅酸鹽水泥熟料礦物組成的計(jì)算，是假設(shè)熟料平衡冷卻,并生成C3S、C2S、C3A和C4AF四種純礦物，其計(jì)算結(jié)果與熟料真實(shí)礦物組成并不完全一致，有時甚至相差很大。其原因有：(1)固溶體的影響。(2)冷卻條件的影響。(3)堿和其他微量組分的影響9.2水泥工業(yè)

5.硅酸鹽水泥熟料礦物的配合熟料礦物組成的選擇，一般應(yīng)根據(jù)水泥的品種和標(biāo)號、原料和燃料的品質(zhì)、生料制備和熟料煅燒工藝進(jìn)行綜合考慮，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低消耗和設(shè)備長期安全運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥保證水泥標(biāo)號正常凝結(jié)時間良好安定性化學(xué)成分可在一定范圍內(nèi)變動生產(chǎn)專用水泥或特性水泥根據(jù)其特殊要求選擇合適的礦物組成9.2水泥工業(yè)原料的化學(xué)成分和工藝性能對熟料礦物組成的選擇影響大生料化學(xué)成分的均勻性，不但影響窯的熱工制度的穩(wěn)定和運(yùn)轉(zhuǎn)率的提高，而且還影響熟料的質(zhì)量以及配料方案的確定。物料在不同類型的窯內(nèi)受熱和煅燒的情況不同，熟料的組成也有所不同一般情況下采用兩種或三種原料的配料方案配料方案不能保證正常生產(chǎn)更換原料或摻加另一種校正原料9.2水泥工業(yè)6.硅酸鹽水泥熟料的煅燒生料在煅燒過程中發(fā)生了一系列物理和化學(xué)變化。大致有干燥與脫水、碳酸鹽分解、固相反應(yīng)和熟料的冷卻。冷卻過程實(shí)際上是液相的凝固與相變同時進(jìn)行。1)干燥與脫水。好處：降低料漿水分或過濾成料塊，可以降低熟料熱耗，增加窯的產(chǎn)量化合水方式晶體配位水晶層間水在100℃左右即可脫去高達(dá)400～600℃才能脫去9.2水泥工業(yè)2)碳酸鈣的分解分解條件：600℃分解過程兩個傳熱過程一個化學(xué)反應(yīng)過程：兩個傳質(zhì)過程熱氣流向顆粒表面?zhèn)鳠釤崃恳詡鲗?dǎo)方式由物料表面向分解面分解面上CaCO3分解，并放出CO2；分解放出的CO2氣體穿過分解層向表面擴(kuò)散表面CO2向大氣中擴(kuò)散。影響因素：石灰石的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)、生料細(xì)度、反應(yīng)條件、生料懸浮分散程度、粘土質(zhì)組分的性質(zhì)等。9.2水泥工業(yè)3)固相的反應(yīng)其過程大致如下：～800℃()()

開始形成800～900℃()()()()()

900～1100℃開始形成形成后又分解(

)開始形成9.2水泥工業(yè)由此可見，水泥熟料礦物C3A和C4AF及C2S的形成是一個復(fù)雜的多級反應(yīng)，反應(yīng)過程是交叉形成的。1100～1200℃大量形成C3A和C4AF，C2S含量達(dá)最大值。當(dāng)物料溫度升高到1250～1280℃時，開始出現(xiàn)以氧化鐵、氧化鋁和氧化鈣為主體的液相，還包括氧化鎂、堿等其他組分。

9.2水泥工業(yè)4)水泥熟料的冷卻所說的冷卻過程是指液相凝固以后（<1300℃）。但是嚴(yán)格地講，當(dāng)熟料過了最高溫度1450℃后，進(jìn)入了冷卻階段。熟料的冷卻并不單純是溫度的降低，還伴隨著一系列的物理化學(xué)變化，同時進(jìn)行液相的凝固和相變兩個過程。9.2水泥工業(yè)控制好熟料冷卻速率具有以下作用：(1)提高熟料的質(zhì)量。(2)改善熟料的易磨性。

(3)回收余熱。(4)有利于熟料的輸送、儲存和粉磨。9.2水泥工業(yè)9.3玻璃工業(yè)9.3.1玻璃的定義與特性玻璃的定義玻璃是呈現(xiàn)玻璃轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的非晶態(tài)固體。玻璃轉(zhuǎn)變現(xiàn)象是指當(dāng)物質(zhì)由固體加熱或由熔體冷卻時，在相當(dāng)于晶態(tài)物質(zhì)熔點(diǎn)絕對溫度的1/2~2/3溫度附近出現(xiàn)熱膨脹、比熱等性能的突變，這一溫度稱為玻璃轉(zhuǎn)變溫度狹義上講，玻璃是一種在凝固時基本不結(jié)晶的無機(jī)熔融物，即通常所說的無機(jī)玻璃，最常見的為硅酸鹽玻璃。2)

玻璃具有四大特性(1)各向同性。硅酸鹽熔體內(nèi)形成的是相當(dāng)大的、形狀不規(guī)則的近程有序、遠(yuǎn)程無序的離子聚合結(jié)構(gòu)，玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)類似于硅酸鹽熔體結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上呈各向同性，玻璃的各向同性是統(tǒng)計(jì)均質(zhì)結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)。(2)介穩(wěn)性。玻璃態(tài)物質(zhì)比相應(yīng)的結(jié)晶態(tài)物質(zhì)含有較大的能量。玻璃不是處于能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)，而是處于能量的介穩(wěn)狀態(tài)。在一定條件下它還具有自發(fā)放熱轉(zhuǎn)化為內(nèi)能較低的晶體的傾向。(3)無固定熔點(diǎn)。玻璃態(tài)物質(zhì)由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w是在一定的溫度范圍（軟化溫度范圍）內(nèi)進(jìn)行的，它不同于結(jié)晶態(tài)物質(zhì)，沒有固定的熔點(diǎn)。(4)性質(zhì)變化的連續(xù)性與可逆性。玻璃態(tài)物質(zhì)在加熱過程或從熔融狀態(tài)冷卻中，其物理化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生逐漸和連續(xù)的變化，而且是可逆的。

9.3玻璃工業(yè)9.3.2玻璃制造玻璃制造工藝流程圖新的玻璃制備工藝：超速冷卻法、氣相凝聚法、液相析出法、固相熱解法和晶體能泵入法等。9.3玻璃工業(yè)1.生產(chǎn)玻璃主要原料主要原料：輔助原料：為了使玻璃獲得某些性質(zhì)和加速熔制過程而加入的原料。往玻璃中引入各種組成氧化物的原料，如石英砂、石灰石、長石、純堿、硼酸、鉛化合物、鋇化合物按引入的氧化物的性質(zhì)：酸性氧化物、堿金屬氧化物原料、堿土金屬二價金屬氧化物原料多價氧化物。

根據(jù)其作用的不同；澄清劑、著色劑、脫色劑、乳著劑、助熔劑、氧化劑和還原劑。按所引入物在玻璃結(jié)構(gòu)中的作用：玻璃形成氧化物原料中間體氧化物原料網(wǎng)絡(luò)外體氧化物原料9.3玻璃工業(yè)SiO2是形成玻璃重要的氧化物，引入SiO2的原料有石英砂（硅砂）、砂巖、石英巖和石英等。SiO2以硅氧四面體[SiO4]的結(jié)構(gòu)組元形成不規(guī)則的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，成為玻璃的骨架。B2O3也是形成玻璃的氧化物，引入B2O3的原料有硼酸、硼砂和含硼礦物。B2O3以硼氧三角體[BO3]和硼氧四面體[BO4]為結(jié)構(gòu)組元，在硼硅酸鹽玻璃中與硅氧四面體共同組成結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。Al2O3屬于中間體氧化物，引入

的原料主要有長石和高嶺土。當(dāng)玻璃中Na2O/Al2O3分子之比大于1時，形成鋁氧四面體與硅氧四面體組成的連續(xù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)。而Na2O/Al2O3分子之比小于1時，形成八面體，為網(wǎng)絡(luò)外體。9.3玻璃工業(yè)2.玻璃組成的設(shè)計(jì)確定和配合料計(jì)算(1)根據(jù)玻璃組成—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)的依從關(guān)系，設(shè)計(jì)的玻璃組成需滿足預(yù)定性能要求；(2)根據(jù)相圖和形成圖設(shè)計(jì)的玻璃組成使成玻傾向大，析晶傾向小（微晶玻璃除外），同時滿足不同成型工藝的要求；(3)需對初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)玻璃組成進(jìn)行必要的性能調(diào)整；(4)經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、性能測試后確定合理的玻璃組成；(5)根據(jù)生產(chǎn)條件使設(shè)計(jì)的玻璃能適應(yīng)熔制、成形、加工等工序的實(shí)際要求，并且玻璃的化學(xué)組成設(shè)計(jì)必須滿足綠色、環(huán)保的要求；(6)所設(shè)計(jì)的玻璃應(yīng)當(dāng)價格低廉，原料易于獲得。9.3玻璃工業(yè)3.原料準(zhǔn)備與配合料制備(1)配合料的質(zhì)量要求配合料的計(jì)算是以玻璃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成和原料的化學(xué)成分為基礎(chǔ)，計(jì)算出熔化100kg玻璃所需各種原料的用量，然后再計(jì)算出每付配合料。對配合料的主要要求：配合料必須能保證熔制成的玻璃成分正確和穩(wěn)定，為此必須使原料的化學(xué)成分、水分、顆粒度等達(dá)到要求并保持穩(wěn)定；構(gòu)成配合料的各種原料均應(yīng)有一定的粒度組成，即同一種原料應(yīng)有適宜的粒度，不同原料間保持一定的粒度比，以保證配合料的均勻度、熔制速率、玻璃液均勻度，提高混合質(zhì)量，防止配合料的分層；配合料中應(yīng)具有一定水分，使水在石英顆粒原料表面上形成水膜，5％的純堿和芒硝溶于水膜中，有助于加速熔化；為了有利于玻璃液的澄清和均化，配合料需有一定的氣體率必須混合均勻，以保證玻璃液的均勻性。9.3玻璃工業(yè)(2)原料準(zhǔn)備根據(jù)所設(shè)計(jì)的玻璃配方，在保證玻璃性能的前提下應(yīng)選擇價格低廉，易于獲得的原料。大部分原料都必須經(jīng)過破碎、篩分，然后經(jīng)稱量、混合，制成配合料。配合料的質(zhì)量是根據(jù)其均勻性與化學(xué)組成的正確性來評定的。在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上應(yīng)考慮一些質(zhì)量控制，包括原料成分的控制、原料水分的控制、原料顆粒度的控制、稱量精度的控制、混合均勻度的控制、分料（分層）的控制、粉料的飛料、沾料、剩料、漏料的控制。9.3玻璃工業(yè)4.玻璃的熔制將合格的配合料經(jīng)高溫煅燒形成均勻的、無缺陷的并符合成型要求的玻璃液的過程，稱為玻璃的熔制過程。玻璃熔制是玻璃生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。玻璃制品的產(chǎn)量、質(zhì)量、成品率、成本、燃料耗量、窯爐壽命都與玻璃熔制過程密切相關(guān)。根據(jù)熔制過程中的不同變化而分為五個階段：硅酸鹽形成階段、玻璃形成階段、玻璃液的澄清階段、玻璃液的均化階段和玻璃液的冷卻階段。五個階段在玻璃池窯中不同空間同一時間內(nèi)進(jìn)行，在玻璃坩堝爐中同一空間不同時間內(nèi)進(jìn)行。玻璃形成速率與玻璃成分、石英顆粒直徑以及熔化溫度有關(guān)。9.3玻璃工業(yè)

純堿配合料（SiO2+Na2CO3+CaCO3）的硅酸鹽形成和玻璃形成過程：Na2CO3+CaCO3=CaNa2(CO3)2(1)100～200℃，配合料水分蒸發(fā)；(2)低于600℃時，由于固相反應(yīng)，生成碳酸鈉-碳酸鈣的復(fù)鹽：(3)575℃發(fā)生石英的多晶轉(zhuǎn)變β-石英=α-石英，伴隨著體積變化產(chǎn)生裂紋，有利于硅酸鹽的形成；(4)600℃左右時，開始逸出CO2。它是由先前生成的復(fù)鹽（CaNa2(CO3)2與SiO2）作用的結(jié)果。此反應(yīng)是在600～630℃范圍內(nèi)進(jìn)行的:9.3玻璃工業(yè)(5)在720～900℃時，碳酸鈉和二氧化硅反

應(yīng)Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2(6)740～800℃時，CaNa2(CO3)2-Na2CO3低共熔物形成并熔化，并與SiO2作用：CaNa2(CO3)2+Na2CO3+3SiO2=2Na2SiO3+CaSiO3+3CO2

(7)813℃，CaNa2(CO3)2復(fù)鹽熔融；(8)855℃，Na2CO3熔融；(9)在912℃和960℃時，CaCO3和CaNa2(CO3)2相繼分解

CaCO3=CaO+CO2CaNa2(CO3)2=Na2O+CaO+2CO2(10)約1010℃時，

CaO+SiO2=CaSiO3

(11)1200～1300℃形成玻璃。9.3玻璃工業(yè)熔融過程中清除殘余在玻璃液中的氣泡過程稱為澄清。它與制品的產(chǎn)量和質(zhì)量有著密切的關(guān)系。澄清可以利用化學(xué)及物理的方法。化學(xué)方法：利用澄清劑，在高溫下其蒸氣或分解氣體的分壓升高，使氣泡變大，從而上浮并吸收周圍玻璃中溶解的部分氣體，達(dá)到攪拌玻璃液及排出氣泡的作用。物理方法：①降低玻璃液粘度；②控制玻璃液流動方向；③攪拌及鼓泡；④利用超聲波使熔融液振動；⑤離心分離使氣泡分離；⑥利用真空或壓力的變化使玻璃液澄清其中前三種為通常采用的方法，而后三種是正在不斷試驗(yàn)中的新工藝。澄清階段9.3玻璃工業(yè)均化階段在玻璃形成階段結(jié)束后，在玻璃液中仍帶有與主體玻璃化學(xué)成分不同的不均體，消除這種不均體的過程稱玻璃液的均化。對普通鈉鈣硅玻璃而言，此階段可在低于澄清溫度下完成，不同玻璃制品對化學(xué)均勻度的要求也不相同。包括對其化學(xué)均勻和熱均勻兩方面的要求當(dāng)玻璃液存在化學(xué)不均體時，主體玻璃與不均體的性質(zhì)也將不同，這會對玻璃制品產(chǎn)生不利的影響。9.3玻璃工業(yè)冷卻階段為了達(dá)到成型所需粘度就必須降溫，這是熔制玻璃過程冷卻階段的目的。通常要降到1000~1100℃左右，再進(jìn)行成型。玻璃的熱均勻度和是否產(chǎn)生二次氣泡是本階段會影響玻璃的產(chǎn)量和質(zhì)量的因素。在玻璃液的冷卻過程中，不同位置的冷卻速率并不相同，因而相應(yīng)的玻璃液溫度也會不同，整個玻璃液間存在熱不均勻性，當(dāng)這種熱不均勻性超過某一范圍時會對生產(chǎn)帶來不利的影響，冷卻階段，玻璃液的溫度、爐內(nèi)氣氛的性質(zhì)和窯壓有很大的變化，原有的氣液相之間的平衡破壞，新的平衡建立緩慢。因此在冷卻過程中雖不一定出現(xiàn)二次氣泡，但有產(chǎn)生二次氣泡的內(nèi)在因素。9.3玻璃工業(yè)影響玻璃熔制過程的主要因素(1)玻璃化學(xué)組成玻璃的化學(xué)組成對玻璃的熔制速率有決定性的影響，不同組成的玻璃需要的熔化溫度和澄清時間也不同。(2)配合料質(zhì)量原料及配合料的性質(zhì)及其種類選擇，對熔制過程也有很大的影響。(3)熔制制度

熔制溫度：決定玻璃的熔化速率。熔窯壓力制度：直接影響到溫度制度，故其準(zhǔn)確與穩(wěn)定對玻璃的熔制有一定的保證作用，一般保持微正壓或零壓。氣氛制度：氣氛的控制要根據(jù)配合料和玻璃的組成及各項(xiàng)具體工藝要求而定。9.3玻璃工業(yè)5.玻璃的成型玻璃的成型是指將熔融的玻璃液轉(zhuǎn)變成具有固定幾何形狀的制品的過程。主要的成型方法：吹制法（空心玻璃制品）、壓制法（某些容器玻璃）、壓延法（壓花玻璃）、澆鑄法（光學(xué)玻璃等）、焊接法（儀器玻璃）、浮法（平板玻璃）、拉制法（平板玻璃）等，也可以將這些方法組合起來，如壓吹法、壓延法等。9.3玻璃工業(yè)6.玻璃的退火在生產(chǎn)過程中，玻璃制品經(jīng)受激烈的、不均勻的溫度變化，會產(chǎn)生熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力能降低玻璃制品的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。若不經(jīng)退火令其自然冷卻，則在冷卻、存放、使用、加工過程中會產(chǎn)生炸裂。退火工藝玻璃退火溫度制度曲線圖加熱階段保溫階段慢冷階段快冷階段

消除原有的應(yīng)力或減少到允許的限度

確定冷卻速率

加速制品的冷卻速率

不同品種的玻璃有不同的退火工藝：一次退火；二次退火。

9.3玻璃工業(yè)9.4硅酸鹽工業(yè)中三廢治理及綜合利用硅酸鹽工業(yè)中對大氣污染主要有以下三方面：一是燃料燃燒所產(chǎn)生的煙塵和在物料處理過程中所產(chǎn)生的粉塵；二是在燃料燃燒或礦石分解所產(chǎn)生的硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物等氣體；三是物料在高溫反應(yīng)時所產(chǎn)生的毒性氣體或塵粒，包括氟、鎘、鉛、砷等及它們的化合物。

9.4.1水泥工業(yè)三廢治理及綜合利用1.水泥工業(yè)污染物治理與防治水泥生產(chǎn)過程中資源和能源消耗量大。主要污染物為粉塵、SO2、CO、NOx、CO2、廢氣氟等，對環(huán)境的污染現(xiàn)狀非常嚴(yán)重。水泥生產(chǎn)過程是兩次將顆粒狀物料破碎粉磨成粉狀物料，即原料磨成生料和熟料磨成水泥，因此，粉塵排放量很大，居工業(yè)之首。熟料燒成系統(tǒng)(窯頭、窯尾)的廢氣排放量為最大，約占總廢氣量的70%~80%，收塵設(shè)備的投資也占水泥廠全部環(huán)保設(shè)備投資的70%以上。在燒成系統(tǒng)中又以窯尾粉塵排放最為嚴(yán)重，其排放量約占燒成系統(tǒng)總排放量的80%。粉塵治理一般采用電除塵或過濾除塵兩種方式，國內(nèi)主要以電除塵器為主。9.4硅酸鹽工業(yè)中三廢治理及綜合利用SO2來源與治理水泥工業(yè)廢氣中SO2來自煅燒窯與烘干機(jī)，其產(chǎn)生主要是由煤中的硫燃燒所致。水泥煅燒有很強(qiáng)的吸硫率，其余的SO2進(jìn)入廢氣，排放濃度不高。防治水泥窯SO2污染有以下幾方面：從工藝操作來看，應(yīng)確保燃料的完全燃燒，有利于減少SO2逸放。離窯廢氣的處理對SO2的治理也有重要作用?？梢圆捎贸两凳壹雍瑝A廢液的水溶液噴淋進(jìn)行脫硫。9.4硅酸鹽工業(yè)中三廢治理及綜合利用CO的來源與降低：在氧氣濃度較低的條件下，碳酸鹽分解的產(chǎn)物CO2及燃料燃燒產(chǎn)物CO2遇到料球中灼熱的煤碳時，會生成CO。可以通過增加煤粉細(xì)度，減低水分，優(yōu)良的通風(fēng)設(shè)備等措施來減輕CO的產(chǎn)生與排放。水泥工業(yè)廢氣中的CO2來自煤的燃燒與CaCO3的分解，碳在空氣中燃燒，生成大量CO2，CaCO3分解為CO2與CaO，CO2的排放量巨大。CO2的來源9.4硅酸鹽工業(yè)中三廢治理及綜合利用水泥窯降低NOx的技術(shù)方法有：注入氨，把氨溶于水中，注入預(yù)分解窯溫度于900~1000℃處。在燃燒過程中，氨首先被OH基活化，而后形成NH2基，使氧化氮分解形成氮?dú)饧铀?；采用窯自動控制降低NOx排放，使過?？諝饬拷档阶畹停瑫r亦防止CO值過高，這樣可消除NOx的峰值；分解爐采用高溫燃燒，這樣一方面有利于燃料的燃盡，另一方面還有利于降低NO。9.4硅酸鹽工業(yè)中三廢治理及綜合利用減少氟對環(huán)境的污染：一方面要減少、限制生料中的氟的摻量；適當(dāng)控制煅燒溫度，一般來說，煅燒溫度提高，氟的揮發(fā)增加；盡可能使氟存在于熟料中，減少揮發(fā)；對廢氣中氟的治理，用含堿性廢液的水噴淋有一定作用。9.4硅酸鹽工業(yè)中三廢治理及綜合利用2.水泥工業(yè)對工業(yè)廢棄物的綜合利用水泥工業(yè)在粉煤灰、礦渣煤、矸石、城市垃圾、危險性廢棄物和磷石膏利用方面有廣闊的發(fā)展前景。粉煤灰可以作水泥原料，又可以作水泥混合材。粒化高爐礦渣是一種具有良好的潛在活性的材料，它已成為水泥工業(yè)活性混合材料的重要來源。水泥企業(yè)使用?；郀t礦渣可以擴(kuò)大水泥品種，改善水泥性能。利用水泥熟料燒成系統(tǒng)處理城市垃圾：①利用回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)吸收反應(yīng)垃圾中的有毒氣體，②垃圾焚燒后剩余的灰渣可以作為水泥的原料，將有害的灰渣和重金屬固化在水泥熟料中。磷銨、硫酸、水泥聯(lián)合生產(chǎn)，既有效地解決了磷石膏廢渣堆存占地、污染環(huán)境、制約磷復(fù)肥工業(yè)發(fā)展的世界性難題，又開辟了硫酸、水泥生產(chǎn)新的原料路線，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境及效益的有機(jī)統(tǒng)一。9.4硅酸鹽工業(yè)中三廢治理及綜合利用9.4.2玻璃工業(yè)三廢治理及綜合利用1.廢氣處理污染主要有：燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣SO2、NOx等，原料熱分解產(chǎn)生的廢氣及各種粉塵。防止SO2污染的方法主要有高空排放、排煙脫硫等。防治NOx污染的方法主要有