CN1052467A - 玻璃制造工艺及产品 - Google Patents

Abstract

本发明是一种采用新型天然含碱矿石原料粗面 凝灰岩为主要原料的玻璃制造工艺及产品。该制造 工艺节碱效果显著，还能减少石英砂等其它原料用 量，降低生产成本。同时，使玻璃有较低的表面张力， 硬化速度慢，操作范围较长，有利于玻璃的成型，提高 产品质量。该制造工艺主要用于制造瓶罐玻璃、日用 玻璃、玻璃玛赛克和陶瓷。

Description

本发明涉及玻璃制造工艺及玻璃产品，特别是采用一种新型天然含碱矿石原料作为主要原料之一的玻璃制造工艺及其玻璃产品。

纯碱是制造玻璃的主要原料，所需用量较多，价格较贵，市场紧缺，因而是造成玻璃产品成本高的重要原因之一。长期以来，人们致力于采用天然含碱矿石，来节约代替纯碱。目前采用的天然含碱矿石有瓷石、长石、霞石、珍珠岩与火山灰等。由于它们当中有的Al₂O₃含量较高如霞石Na₂O.AL₂O₃.2SiO₂中AL₂O₃的含量为28-30%，因而较难熔，且在限定玻璃产品含铝量的情况下，所能允许加入霞石的量少，故所起节碱代碱作用不大。有的虽然AL₂O₃含量比霞石低，但Na₂O和K₂O的含量也低，如瓷石，AL₂O₃含量为12-16%，Na₂O和K₂O总含量仅为4-8%，玻璃生产中所需纯碱的用量仍较多，加之瓷石组成中氧化钾含量又低于氧化钠含量，相对说来，玻璃表面张力高，硬化速度快，操作范围较窄。用纳长石同样存在这一问题。钾长石虽然含钾量高，但价格为粗面凝灰岩的两倍。

本发明的目的在于提供一种采用节碱代碱效果显著的新型天然含碱玻璃原料作主要原料之一的玻璃制造工艺及其所得玻璃产品，以充分利用蕴藏丰富的天然含碱矿石资源，降低玻璃生产成本，并改善玻璃制造的操作条件和提高玻璃产品的质量。

本发明是通过以下措施实现的：

一种玻璃制造工艺，将一定配比量的原料混合，在一定温度和操作条件下进行熔化、澄清、匀化后，加工成型，再经退火处理制成玻璃产品，其主要原料及配比（重量%）为：

石英砂  5-50

粗面凝灰岩  10-85

含碱金属氧化物的原料（粗面凝灰岩除外）  5-60

含钙和（或）镁氧化物的原料  4-20

助熔剂  1-3

熔化温度1370-1580℃，退火温度450-540℃。

本发明所述含碱金属氧化物的原料可为含氧化钠的原料、含氧钾的原料和含氧化锂的原料。含Na₂O的原料主要为纯碱和芒硝，有时也可采用一部分氢氧化钠和硝酸钠等。Na₂O能提供游离氧使玻璃结构中的O/Si比值增加，发生断键，因而可以降低玻璃的粘度，使玻璃易于熔融，是玻璃良好的助熔剂。引入氧化钾的原料主要为碳酸钾和硝酸钾等，它们在玻璃中的作用与Na₂O相似。钾离子（K⁺）的半径比钠离子（Na⁺）的大，玻璃中钾含量增加，能降低玻璃的析晶倾向，增加玻璃的透明度和光泽。含钾高的玻璃还有较低的表面张力，硬化速度较慢，工艺中操作范围较长。

本发明所述含钙、镁氧化物的原料主要有白云石（CaCO₃·MgCO₃）、石灰石（CaCO₃）、方解石（CaCO₃）等。含钙氧化物在玻璃制造工艺中主要起稳定剂作用，即增加玻璃的化学稳定性和机械强度;含镁氧化物可以使玻璃的硬化速度变慢，改善玻璃的成形性能。

石英砂主要提供SiO₂，SiO₂是重要的玻璃成形氧化物，以硅氧四面体[SiO₄]的结构组元形成不规则的连续网络，成为玻璃的骨架。

主要由粗面凝灰岩提供的AL₂O₃能降低玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率，减轻玻璃对耐火材料的侵蚀。

助熔剂可为萤石、重晶石等，加入少量能加速玻璃的熔化。

本发明工艺中，根据不同需要，配方中也可加入一定量澄清剂、着色剂、脱色剂、氧化剂、还原剂等。

本发明所述新型天然含碱矿石原料粗面凝灰岩具有如下主要化学组成（重量%）和特征：

SiO₂68-76

K₂O 6-10

Na₂O 0.5-6

AL₂O₃8-16

粗面凝灰岩矿石呈灰白色，略带淡黄色。火山灰结构，块状构造。主要成分是玻屑及火山灰。玻屑呈毛发状，被微晶状及隐晶质的钾、钠长石交代，垂直于玻屑的两壁排列。

已在玻璃生产实际中得到应用的混合碱效应，可以在仅仅调整碱离子种类而不变动其它成分的条件下，改变或提高玻璃的性能。本发明正是利用粗面凝灰岩氧化钾含量（6-10%）高和氧化钾含量大于氧化钠含量（0.5-6%）的特点，能使玻璃有较低的表面张力，硬化速度慢，操作范围较长，有利于玻璃的成形，同时能降低玻璃的析晶倾向，增加玻璃的透明度和光泽，提高产品质量。又因粗面凝灰岩化学组成接近中、高铝玻璃组成，尤其是氧化铝含量适中，所以制成的玻璃产品机械强度较好，还能克服较难熔的问题。

所以粗面凝灰岩可以代替目前使用的瓷石、长石、霞石、珍珠岩、火山灰等天然含碱玻璃原料而起到更加显著的节碱代碱作用。它可作为生产玻璃的主要原料之一来使用，能节约纯碱5-12%，还能减少石英砂用量20-40%，减少瓷石和长石用量各10-20%，甚至可以完全不用瓷石和长石。粗面凝灰岩蕴藏丰富，价格便宜，原料易得，从而降低了生产成本。

本发明制造工艺中，亦可在将一定配比量的原料混合经粒化后进行熔化、澄清、匀化、加工成型、退火处理等工序，这样可以减少易挥发分损失，使原料熔化速度比未粒化的粉料熔化速度快。

本发明可将含钙和（或）镁氧化物的原料烧结成氢氧化钙和白云石石灰作粘合剂，与其它原料石英砂、粗面凝灰岩、含碱金属氧化物的原料、助熔剂等加水混合后粒化成粒径为2-50mm的颗粒，经100-320℃温度下烘干5-30分钟后再进行熔化、澄清、匀化、加工成型和退火处理工序，或含碱金属原料采用可起粘合剂作用的液体氢氧化钠，与其它原料混合后进行与上述方法相同的粒化处理和其它工序处理。

本发明之制造工艺主要用于生产瓶罐玻璃，也可用于生产日用玻璃、玻璃玛赛克和陶瓷等。

按照本发明之制造工艺所制成的玻璃产品，其主要化学组成（重量%）如下：

SiO₂56-76

K₂O 0.8-6

Na₂O 4-14

AL₂O₃4-12

CaO+mgo  5-14

如前所述，该玻璃产品具有机械强度高，便于长途运输，含钾高，不析晶，透明度高和光泽好，价格低廉等优点。

下面结合实施例详细说明本发明。

实施例一。

原料配比（重量%）为：

石英砂  50

粗面凝灰岩  14

纯碱  19

白云石  3.9

方解石  9.4

石灰石  2.0

萤石  1.2

重晶石  0.5

按此原料配比将粉状原料混合后，输送到熔化炉中在1400℃下熔化，经澄清、匀化后，加工成型，料滴温度为1100℃，再经450℃温度退火处理制成具下列化学组成（重量%）的白色瓶罐玻璃：

SiO₂69

AL₂O₃4.5

CaO  9.5

mgO  2.2

K₂O 0.8

Na₂O 13.7

BaO  0.18

Fe₂O₃0.12

产品性能：

热稳定性：耐火极度  20～60℃不炸

耐压强度：在15磅蒸汽压力下不炸

耐酸碱度试验：加甲基橙指示剂，在蒸汽压处理下，15分钟后不显碱性反应。

实施例二。

原料配比（重量%）为：

湘砂  5

粗面凝灰岩  75

纯碱  6

白云石  6.5

方解石  3

钾长石  0.4

萤石  1.2

重晶石  2.8

硒粉  0.04

钴粉  0.06

熔化温度  1460℃  退火温度  530℃

料滴温度  1140℃

硒粉和钴粉作脱色剂。

所制成的白色瓶罐玻璃的化学组成（重量%）如下：

SiO₂70

AL₂O₃11

CaO  5.5

mgO  2.5

Li₂O 0.2

K₂O 6

Na₂O 4.5

BaO  0.3

其余工艺和产品性能同于实施例一。

实施例三。

原料配比（重量%）为：

湘砂  15

粗面凝灰岩  15

纯碱  6

氢氧化钠（液）  20

白云石  5.4

方解石  9.6

萤石  1.2

重晶石  0.49

硝酸钠  0.5

三氧化二砷  0.3

天然芒硝  14

钾硝石（KNO₃） 10

氯化钠  2

铬矿渣  0.51

液体氢氧化钠起粘合剂作用，将液体氢氧化钠加入其它原料中混合后用粒化盘粒化成粒径为10mm的球形颗粒，经100℃温度下烘干10分钟后，输送到熔化炉中进行熔化，经澄清、匀化后，加工成型和退火处理制成绿色瓶罐玻璃制品。

所加硝酸钠和氯化钠起澄清剂作用，促进玻璃液的澄清。钾硝石起引入碱金属氧化物的作用，铬矿渣为着色剂。

熔化温度  1450℃  退火温度  520℃

料滴温度  1100℃

所制得的绿色瓶罐玻璃的化学组成（重量%）为：

SiO₂68

AL₂O₃6

CaO  7.4

mgO  2

K₂O 5.5

Na₂O 10

BaO  1.0

Cr₂O₃0.08

As₂O₃0.02

产品性能同于实施例一。

实施例四。

原料配比（重量%）为：

湘砂  25

粗面凝灰岩  44

纯碱  14

白云石  6

石灰石  9.6

萤石  1.0

重晶石  0.4

将白云石和石灰石烧结成氢氧化钙和白云石石灰作粘合剂，与湘砂、粗面凝灰岩、纯碱、萤石、重晶石等其它原料加水混合后在辊压机中粒化成粒径为48mm的颗粒，经300℃温度下烘干25分钟后送入熔化炉进行熔化，经澄清、匀化、加工成型和退火处理。熔化温度为1570℃，退火温度为520℃，料滴温度为1170℃，制成的白色瓶罐玻璃的化学组成（重量%）为：

SiO₂66

AL₂O₃7

CaO  10

mgO  2.2

K₂O 1.5

Na₂O 13

BaO  0.3

产品性能同于实施例一。

Claims (4)

1、一种玻璃制造工艺，将一定配比量的原料混合，在一定温度和操作条件下进行熔化、澄清、匀化后，加工成型，再经退火处理制成玻璃产品，其特征在于主要原料及其配比(重量%)为：

石英沙                              5-50

粗面凝灰岩                          10-85

含碱金属氧化物的原料(粗面凝灰岩除外)  5-60

含钙和(或)镁氧化物的原料             4-20

助熔剂                               1-3

熔化温度  1370-1580℃，退火温度  450-540℃。

2、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于将一定配比量的原料混合，经粒化后进行熔化、澄清、匀化、加工成型、退火处理工序。

3、根据权利要求2所述的工艺，其特征在于可将含钙和（或）镁氧化物的原料烧结成氢氧化钙和白云石石灰作粘合剂，与其它原料加水混合后粒化成粒径为2-50mm的颗粒，经100-320℃温度下烘干5-30分钟后再进行熔化、澄清、匀化、加工成型和退火处理工序，或含碱金属氧化物原料采用可起粘合剂作用的液体氢氧化钠，加入其它原料中混合后进行与上述方法相同的粒化处理和其它工序处理。

4、一种如权利要求1所述制造工艺制成的玻璃产品，其特征在于主要化学组成（重量%）如下：

SiO₂56-76

K₂O 0.8-6

Na₂O 14

Al₂O₃12

CaO+MgO  14