CN104496152A - 一种控制中性硼硅玻璃熔制过程中硼挥发的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减少熔制中性硼硅玻璃时硼挥发的方法，包括将中性硼硅玻璃原料进行熔制的步骤，其特征在于，将含硼原料以7-10℃/min的升温速率升至1200-1400℃，保温1.5-2h后再升温至1620-1650℃，澄清时间为3-4h后，经退火和冷却得到中性硼硅玻璃。采用该方法硼挥发量可降低至3.5-9.0％，从而降低成本，提高经济效益。

Description

一种控制中性硼硅玻璃熔制过程中硼挥发的方法
技术领域
本发明涉及一种减少硼挥发的方法，尤其是一种减少中性硼硅玻璃熔制过程中硼挥发的方法。
技术背景
中性硼硅玻璃是国际上公认的安全性较高的药用包装材料，这主要是因为该玻璃中含有8-12wt％的B2O3。B2O3是玻璃的形成氧化物，在硼硅酸盐玻璃中B2O3以硼氧三角体[BO3]和硼氧四面体[BO4]为结构组元与硅氧四面体[SiO4]共同组成结构网络，降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性，增加玻璃的折射率，改善玻璃的光泽，提高玻璃的机械性能。但中性硼酸盐玻璃在熔制的过程中，B2O3极易挥发，一般挥发量10-15％，这会导致玻璃的实际组成和设计组成大不相同，不易控制玻璃中B2O3含量，从而影响玻璃的理化性能。另外，硼挥发不仅会消耗大量的原料，降低玻璃的质量，同时极易侵蚀耐火材料，缩短熔窑的使用寿命。因此减少硼挥发是生产优质中性硼硅玻璃和降低硼硅玻璃生产成本的基础和前提。
国内关于减少硼硅玻璃熔制时硼挥发的方法较少，中国专利申请CN101186437A在全电熔窑中采用冷顶操作工艺，保证窑炉玻璃液表面覆盖0-80mm的冷料层，有效地减少了硼挥发。专利CN201132810Y公布了一种硼硅玻璃窑炉的双层全封闭料道结构，它在空间加热层与玻璃液料道和料道间加个液层盖板，进而有效控制了硼的挥发。专利CN203513464U通过合理的调整全电熔硼硅玻璃熔窑的电极数量和布局，从而不仅有效阻止加热过程中有益成分(B2O3和碱金属氧化物)的挥发散失，而且节约了能源，降低了生产成本。虽然通过冷顶操作、封闭料道结构和合理布置电极可以减少硼挥发，但这些方法并未从根本上减少硼挥发。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从调整原料、升温速率、加料温度、熔制温度和澄清时间等角度出发提出一种减少硼挥发的方法，该方法能有效的控制中性硼硅玻璃生产过程中硼的挥发、降低成本，从而提高经济效益。
本专利提供了一种控制中性硼硅玻璃熔制过程中硼挥发的方法，包括将中性硼硅玻璃原料进行熔制的步骤，其特征在于，将含硼原料以7-10℃/min的升温速率升至1200-1400℃，保温0.5-2h后再升温至1620-1650℃，澄清3-4h后，经退火和冷却后得到中性硼硅玻璃。
根据上述技术方案提供的方法，含硼原料选自硼酸、硼砂或氧化硼。
根据上述技术方案提供的方法，按百份重量计，中性硼硅玻璃原料的组成为：SiO2 72-78份，B2O3 8-12份，Na2O+K2O 4-8份，MgO+CaO+BaO+SrO 4.0-5.0份，Al2O3 2-7份。
根据上述技术方案提供的方法，中性硼硅玻璃原料为经均匀混合的粉状配合料或块状配合料。
根据上述技术方案提供的方法，熔制设备为高温电炉或单元窑。
根据上述技术方案提供的方法，退火操作是在560℃下保温0.5h。
发明详述：
硼挥发与原料中的含水量密切相关，含水量越大，硼挥发率越大。若使用B2O3，因该原料为块状，且价格昂贵，会增加生产成本；若使用硼酸钠，含水量过高，硼挥发率大，因此最佳的含硼原料应为硼酸。
在本发明的一些实施方式中，选取升温速率为7-10℃/min。升温速率低于本发明中的速率，硼挥发严重，升温速率过快，对耐火材料和高温炉或单元窑的要求较高。
在本发明的一些实施方式中，加料温度为1200-1400℃。加料温度低于本发明中的温度，会导致硼挥发严重或加料时间过长以及加料温度过高，对操作要求和耐火材料的要求较高。
在本发明的一些实施方式中，熔制温度为1620-1650℃。熔制温度过低，玻璃液的高温粘度过大，难成型，熔制温度过高，浪费能源，生产成本增大。
在本发明的一些实施方式中，澄清时间为3-4h。澄清时间过短，玻璃的澄清均化尚未完成，玻璃缺陷较多，澄清时间过长，不仅浪费能源，而且硼挥发率高。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供了一种控制中性硼硅玻璃种硼挥发的方法，所述方法不需其他特殊设备，只需通过控制熔制时升温速率、加料温度、熔制温度和澄清时间等参数即可达到减少硼挥发的效果，在本发明的一些实施例中，硼挥发量可以有效的控制在3.5-9.0％范围内。
(2)对除硼酸以外的原料的纯度没有特别的要求，可使用化学纯原料、分析纯原料或矿物原料，由此可以降低成本。
(3)本发明属于现有中硼硅玻璃生产工艺的优化，可合理利用在实际生产中，不仅不会对现有减少硼挥发工艺造成影响，而且会在现有技术上进一步减少硼挥发。
除非明确地说明与此相反，否则，本发明引用的所有范围包括端值。例如，“加热至1200-1400℃”表示温度T的范围为1200℃≤T≤1400℃。
具体实施方式
以下所述的是本发明的优选实施方式，本发明所保护的不限于以下优选实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员来说在此发明创造构思的基础上，做出的若干变形和改进，都属于本发明的保护范围。实施例中所用的原料均可以通过商业途径获得。
实施例1
以硼酸作为硼的引入原料，其它组分及具体配方如表1所示，考虑到B2O3在熔制的过程中会存在12％左右的挥发，在实施例中在玻璃配方的基础上额外引入了12％的B2O3。按配方将玻璃原料准确称量后混合均匀，并倒入150mL的氧化铝坩埚中，将坩埚放在高温炉中，从室温升至1400℃，升温速率为7℃/min，并在1400℃下保温1.5h，再从1400℃升至1650℃，升温速率为5℃/min，最后在1650℃分2个实验组分别进行澄清3h、4h试验，随后取出坩埚置于560℃的退火炉中，保温0.5h，待冷却后将样品从坩埚中砸出，用玛瑙研钵将样品研磨成200目以下的粉末，用DHF82多元素快速分析仪进行硼含量测试，计算硼挥发，结果如表2所示。
表1玻璃配方
组分 SiO2 B2O3 Al2O3 CaO Na2O NaCl
含量wt％ 76.50 10.00 5.00 1.50 7.00 0.30
表2实施例1硼挥发结果
实施例2
以氧化硼作为硼的引入原料，其它组分及具体配方如表1所示，考虑到B2O3在熔制的过程中会存在12％左右的挥发，在实施例中在玻璃配方的基础上额外引入了12％的B2O3。按配方将玻璃原料准确称量后混合均匀，并倒入150mL的氧化铝坩埚中，将坩埚放在高温炉中，从室温升至1300℃，升温速率为10℃/min，并在1300℃下保温2h，再从1300℃升至1630℃，升温速率为5℃/min，最后在1630℃澄清4h，随后取出坩埚置于560℃的退火炉中，保温0.5h，待冷却后将样品从坩埚中砸出，用玛瑙研钵将样品研磨成200目以下的粉末，用DHF82多元素快速分析仪进行硼含量测试，计算硼挥发，结果如表3所示。
表3实施例2硼挥发结果

Claims (6)

1.一种控制中性硼硅玻璃熔制过程中硼挥发的方法，包括将中性硼硅玻璃原料进行熔制的步骤，其特征在于，将含硼原料以7-10℃/min的升温速率升至1200-1400℃，保温0.5-2h后再升温至1620-1650℃，澄清3-4h后，经退火和冷却得中性硼硅玻璃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含硼原料为硼酸、硼砂或氧化硼。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按百份重量计，所述中性硼硅玻璃原料的组成为：SiO272-78份，硼源材料8-12份，Na2O+K2O 4-8份，MgO+CaO+BaO+SrO 4.0-5.0份，Al2O32-7份。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中性硼硅玻璃原料为经均匀混合的粉状配合料或块状配合料。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔制的设备为高温电炉或单元窑。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火操作的是在560℃下保温0.5h。
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