CN103232158B - 一种复合矿渣玻璃助熔剂组合物及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合矿渣玻璃助熔剂组合物，主要用于玻璃熔制过程中的助熔剂。该组合物由以下重量比的原料：高炉矿渣40-50、芒硝20-30、硼镁钙粉10-15、锂矿渣5-8、钨尾矿3-5和稀土矿渣2-5。所述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的5-15wt%。本发明的复合矿渣玻璃助熔剂，通过以上矿渣组分的共同作用，在降低玻璃熔化温度的同时，保证玻璃的熔制质量，特别适用于玻璃的制备。在保证玻璃基本性能不变的情况下，降低熔化温度最多可以达到100℃。

Description

一种复合矿渣玻璃助熔剂组合物及其应用

技术领域

本发明涉及一种玻璃助熔剂，具体涉及一种新型复合矿渣玻璃助熔剂及其应用，适用于玻璃生产，可保证玻璃的质量，并在生产中实现节能减排。

背景技术

玻璃生产过程中，为了促进玻璃的熔化，通常在基础玻璃中添加能使玻璃加速熔化，降低高温黏度的一些原料，这些原料一般称为助熔剂或加速剂。有效的助熔剂原料包括氟化物、硼化物、钡化物和硝酸盐等。

传统玻璃的生产过程中，氟化物作为助熔剂是不可缺少的原料。氟化物能加速玻璃的反应，降低玻璃的黏度和表面张力，促进玻璃液的澄清和均匀，增加玻璃液的透热性。常用的氟化物助熔剂原料有萤石、氟硅酸钠等。由于氟化物在玻璃中易挥发，应考虑对环境的污染问题，另外如引入量过大会对玻璃理化性能产生影响，如玻璃热膨胀系数增大，化学稳定性下降等。

现有技术中通常采用萤石引入氟化物作为助熔剂。使用萤石时，在窑炉内玻璃熔制过程是一个高温反应，使用含有氟元素的玻璃液对窑炉池壁会造成严重侵蚀，降低了窑炉的使用寿命和生产的安全性。而且，在生产过程中产生的大量氟化物随烟气排放到大气中，导致大气污染；当雨季来临时，氟元素随雨水降落到地表面形成酸雨，其中的氢氟酸会对环境造成严重的破坏，且难以恢复。同时，萤石作为自然资源，被广泛地应用在多种工业生产中，特别是在冶金工业上大量的使用。因此，其供应受到多种因素的影响，一旦供应受到限制，对于玻璃的生产会造成极大的影响。由于萤石中含有各种杂质，不但会对玻璃的性能造成影响，有些有害元素还会影响到人体的健康。一般天然萤石在应用时还需要人工进行选矿，耗费了人力，增大了生产成本。使用萤石后的繁琐的烟气处理工序又使生产成本大大增加。

现有技术中萤石作为玻璃助熔剂的方法已经比较成熟，广泛被各个玻璃生产厂家所使用，但是以上种种的弊端说明，需要寻找一种能够代替萤石的助熔剂，这样对延长窑炉的寿命、减少大气中的氟污染和减少后处理的费用具有重要的意义。因此，寻找新的助熔剂成为玻璃生产中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中的不足，提供一种采用复合工业矿渣配料的组合物以及作为玻璃助熔剂的应用，可以替代萤石等氟化物助熔剂，在保证玻璃熔制质量的同时，降低玻璃熔化温度；同时综合利用工业矿渣，在玻璃生产中减少污染，变废为宝，节能降耗。

完成上述发明任务的方案是，一种复合矿渣玻璃助熔剂组合物，其特征在于：所述的复合矿渣玻璃助熔剂组合物由以下重量份的原料组成：高炉矿渣40-50、芒硝20-30、硼镁钙粉10-15、锂矿渣5-8、钨尾矿3-5和稀土矿渣2-5。

本发明还涉及所述的复合矿渣玻璃助熔剂组合物作为玻璃助熔剂的应用。

作为玻璃助熔剂，所述的复合矿渣玻璃助熔剂的掺加量为玻璃中各氧化物总质量的5-15wt%。

采用本发明所述的助熔剂，在生产中玻璃的熔化温度、澄清温度、料道温度、料滴成型温度和退火温度均出现一定程度的下降。由于窑炉的损坏主要来自玻璃液对窑炉池壁的侵蚀，而且窑炉耐火材料受侵蚀程度随着温度的上升呈级数增长，因此玻璃液温度的大幅下降会大大降低其对窑炉池壁的侵蚀，采用本发明的助熔剂可以明显延长窑炉的寿命。

本发明采用的高炉矿渣的主要成分也是普通钠钙玻璃的主要成分，组成成份均匀，化学物理结构稳定，是一种多孔性熔触物，其中矿物晶体的固熔体能与几种形式硅酸钙形成低温共熔物，所以可在玻璃熔制中产生低温共熔作用，促进玻璃熔制温度和粘度下降，起着较好的助熔作用。

本发明采用的芒硝分解时析出三氧化硫，能显著降低玻璃液的表面张力，加强了配合料各组分之间彼此的浸润作用，从而扩大了颗粒反应的表面积，因表面共熔物较早地形成而加快了配合料的熔化温度。加芒硝的配合料比不加芒硝的配合料开始熔融和开始形成气泡的温度低，同时，澄清时间缩短。

本发明采用的硼镁钙粉的熔点较低，而且该物质的所有元素均参与玻璃网格的构成，所带来的共熔作用促进了其它高熔点物质的化学反应及熔化作用的发生。此外，由于硼镁钙粉引入，在玻璃组分中增加了氧化镁，使得玻璃结构有了较大的变化。因此，更加有利于玻璃的成形及提高其质量，也不会由于硼镁钙粉的引入而造成玻璃中杂质的增加。

本发明采用的锂矿渣含有一定量的氧化锂，对玻璃熔制工艺以及粘度析晶等性能具有特异的作用。玻璃生产中引入一定量的氧化锂代替氧化钠，导致低温粘度的减少，这种减少是由于锂离子在碱金属离子中半径最小，电场强度最强，配位数较低，极化力最大，比钠离子、钾离子更有效地削弱网架，使之容易松弛或断开。另外，氧化锂以同样的重量百分数代替氧化钠时，由于锂的原子量小，因此，由它引入的分子百分数就相应地比原来的氧化钠、氧化钾多。所以，氧化锂代替钠、钾氧化物后，助熔作用显著。

本发明采用的钨尾矿中含有氧化钨，氧化钨是一种活性剂，可以促进硅酸盐反应。钨尾矿中还含有氟化钙和三氧化二铁等, 这些均可加速配料中硅酸盐形成。在玻璃形成过程中, 二氧化硅颗粒由于晶粒转变发生体积变化而产生裂纹, 大颗粒逐渐变成小颗粒, 逐渐溶解在周围的玻璃熔体中。钨尾矿中的氧化钨和三氧化二铁可起矿化剂作用, 有助于石英的晶型转变。同时钨尾矿中的氧化钙、氧化钠和氧化钙可降低高温时的玻璃粘度, 使砂粒易于溶解和扩散, 气泡也易于排除。

本发明采用的稀土矿渣中含有二氧化铈。二氧化铈在玻璃复合助熔剂中起到澄清剂和脱色剂的作用，能提高玻璃吸收紫外线的能力，使玻璃具有耐高温、耐辐射等特性。

本发明的复合矿渣玻璃助熔剂适用于玻璃生产过程中，利用来源丰富的工业矿渣为主要原料，为建材行业提供了一种质优价廉的复合玻璃助熔剂，将矿物原料的活化与煅烧过程的矿化作用融为一体，产生复合效应。因而，既能明显改善配合料的易烧性，降低烧成温度，节约能源，保护环境，又能改善玻璃的质量。利用本发明可以在玻璃生产中变废为宝和节能降耗。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但实施例不应视作对本发明保护范围的限定。

实施例1

按重量份计，复合矿渣玻璃助熔剂（以总量为100份计）的组分及用量是：高炉矿渣40、芒硝30、硼镁钙粉15、锂矿渣5、钨尾矿5、稀土矿渣5。上述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的5wt%。

实施例2

按重量份计，复合矿渣玻璃助熔剂（以总量为100份计）的组分及用量是：高炉矿渣40、芒硝27、硼镁钙粉15、锂矿渣8、钨尾矿5、稀土矿渣5。上述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的15wt%。

实施例3

按重量份计，复合矿渣玻璃助熔剂（以总量为100份计）的组分及用量是：高炉矿渣42、芒硝28、硼镁钙粉12、锂矿渣8、钨尾矿5、稀土矿渣5。上述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的8wt%。

实施例4

按重量份计，复合矿渣玻璃助熔剂（以总量为100份计）的组分及用量是：高炉矿渣43、芒硝24、硼镁钙粉15、锂矿渣8、钨尾矿5、稀土矿渣5。上述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的9wt%。

实施例5

按重量份计，复合矿渣玻璃助熔剂（以总量为100份计）的组分及用量是：高炉矿渣44、芒硝27、硼镁钙粉13、锂矿渣7、钨尾矿4、稀土矿渣5。上述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的12wt%。

实施例6

按重量份计，复合矿渣玻璃助熔剂（以总量为100份计）的组分及用量是：高炉矿渣45、芒硝30、硼镁钙粉12、锂矿渣8、钨尾矿3、稀土矿渣2。上述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的10wt%。

实施例7

按重量份计，复合矿渣玻璃助熔剂（以总量为100份计）的组分及用量是：高炉矿渣45、芒硝28、硼镁钙粉14、锂矿渣7、钨尾矿3、稀土矿渣3。上述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的10wt%。

实施例8

按重量份计，复合矿渣玻璃助熔剂（以总量为100份计）的组分及用量是：高炉矿渣46、芒硝26、硼镁钙粉12、锂矿渣6、钨尾矿5、稀土矿渣5。上述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的7wt%。

实施例9

按重量份计，复合矿渣玻璃助熔剂（以总量为100份计）的组分及用量是：高炉矿渣48、芒硝25、硼镁钙粉15、锂矿渣5、钨尾矿5、稀土矿渣2。上述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的11wt%。

实施例10

按重量份计，复合矿渣玻璃助熔剂（以总量为100份计）的组分及用量是：高炉矿渣48、芒硝23、硼镁钙粉15、锂矿渣5、钨尾矿5、稀土矿渣4。上述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的13wt%。

实施例11

按重量份计，复合矿渣玻璃助熔剂（以总量为100份计）的组分及用量是：高炉矿渣50、芒硝20、硼镁钙粉15、锂矿渣7、钨尾矿4、稀土矿渣4。上述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的5wt%。

实施例12

按重量份计，复合矿渣玻璃助熔剂（以总量为100份计）的组分及用量是：高炉矿渣50、芒硝25、硼镁钙粉10、锂矿渣6、钨尾矿4、稀土矿渣5。上述复合助熔剂的掺加量为玻璃各氧化物总质量的5wt%。

将实施例1~12所述的复合工业矿渣玻璃助熔剂组合物作为助熔剂用于生产玻璃，主要的温度工艺参数结果如下：

表1 玻璃的主要温度工艺参数（℃）

                                                 

上述结果表明，试验前，玻璃熔化温度为1560℃；试验后，玻璃熔化温度最低为1460℃~1475℃，熔化温度降低为85℃~100℃；节约了大量的能耗。

本发明复合工业矿渣助熔剂对玻璃制造具有良好的作用，可以降低玻璃熔化温度，从而降低能耗和延长熔窑耐火材料的寿命；可以降低玻璃熔体粘度，提高生产率；可以使玻璃具有更好的成形性能和更高的包装质量；可以改善玻璃产品的稳定性和强度；可以降低成本。因此，具有良好的社会效益和经济效益。

Claims (3)

1.一种复合矿渣玻璃助熔剂组合物，其特征在于：所述的复合矿渣玻璃助熔剂组合物由以下重量份的原料组成：

高炉矿渣40-50

芒硝20-30

硼镁钙粉10-15

锂矿渣5-8

钨尾矿3-5

稀土矿渣2-5；

所述的锂矿渣含有氧化锂；

所述的钨尾矿中含有氧化钨、氟化钙、三氧化二铁、氧化钙和氧化钠；

所述的稀土矿渣中含有二氧化铈。

2.权利要求1所述的复合矿渣玻璃助熔剂组合物作为玻璃助熔剂的应用。

3.根据权利要求2所述的复合矿渣玻璃助熔剂组合物作为玻璃助熔剂的应用，其特征在于：所述的玻璃助熔剂组合物的掺加量为玻璃各氧化物总质量的5-15wt%。