PL232234B1

PL232234B1 - Method for waste modification of cullet intended for melting glass

Info

Publication number: PL232234B1
Application number: PL416591A
Authority: PL
Inventors: Jan Wasylak; Grzegorz Kuciński; Marek Lisiecki
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2019-05-31
Also published as: PL416591A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji odpadowej stłuczki szklanej przeznaczonej do wytapiania szkła.The subject of the invention is a method of modification of waste glass cullet intended for glass melting.

Szkło krzemianowo-sodowo-wapniowe wytwarza się z zestawu surowcowego zawierającego zwykle, oprócz surowców naturalnych takich jak piasek kwarcowy SiO2, soda (węglan sodu) Na2CO3 oraz mączka wapienna CaCO3, również stłuczkę szklaną w ilości od 30 do 80% wagowych. Zestaw topi się w temperaturze 1400-1500°C, a następnie schładza i przetwarza w wyroby takie jak np. płyty szklane, butelki, szklanki.Soda-lime silicate glass is made of a raw material composition usually containing, apart from natural raw materials such as SiO2 quartz sand, Na2CO3 soda (sodium carbonate) and CaCO3 lime flour, also glass cullet in the amount of 30 to 80% by weight. The set is melted at a temperature of 1400-1500 ° C, and then cooled down and processed into products such as glass plates, bottles, glasses.

Zanim stłuczka szklana stanie się pełnowartościowym składnikiem zestawu do wytapiania szkła, musi przejść proces uzdatniania. Polega on przede wszystkim na oczyszc zeniu i pokruszeniu szkła do rozmiarów 2 do 5 cm oraz podziale na poszczególne kolory.Before the glass cullet becomes a fully-fledged component of the glass melting set, it must undergo a treatment process. It mainly consists in cleaning and breaking the glass to a size of 2 to 5 cm and dividing it into individual colors.

Na terenie Huty Szkła „Orzesze”, oddziału CP Glass S.A., uruchomiono centrum uzdatniania stłuczki, posiadające zaawansowaną technologicznie linię pozwalającą na uzyskani e granulatu szklanego o grubości ziarna do 5 cm, jednorodnego zarówno co do struktury, jak i koloru. Granulat ten może być składnikiem zestawu szklarskiego, jest topiony w piecu szklarskim, a uzyskana w ten sposób masa szklana służy do produkcji nowych opakowań.In the "Orzesze" Glassworks, a branch of CP Glass S.A., a cullet treatment center has been launched, with a technologically advanced line that enables the production of glass granules with a grain thickness of up to 5 cm, homogeneous in terms of structure and color. This granulate can be a component of the glass set, it is melted in a glass furnace, and the glass mass obtained in this way is used to produce new packaging.

Znany jest ze zgłoszenia PL360338 A1 sposób uzdatniania kolorowej stłuczki szklanej charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie uzdatniania selekcjonuje się stłuczkę szklaną pod względem wielkości ziaren i wyodrębnia do dalszego procesu nadawę o określonej granulacji. Następnie, wyselekcjonowaną nadawę formuje się w jednowarstwowy strumień ziaren stłuczki szklanej, po czym strumień ten rozdziela się na szereg równoległych niezależnych strug. Tak uformowany strumień wprawia się w ruch postępowy, kierując go do sortowania optycznego, a wysortowane optycznie ziarna usuwa się z poszczególnych strug strumienia mechanicznie, korzystnie za pośrednictwem sprężonego powietrza.A method of treating colored glass cullet is known from the application PL360338 A1, which is characterized in that in the first treatment stage the glass cullet is selected in terms of its grain size and the feed with a specific granulation is separated for further process. Then, the selected feed is formed into a single-layer stream of glass cullet grains, after which this stream is divided into a series of parallel, independent streams. The stream formed in this way is made to move forward for optical sorting, and the optically sorted grains are removed from the individual stream streams mechanically, preferably by means of compressed air.

Jak wiadomo m.in. z publikacji A. Kuśnierz pt. „Stłuczka szklana. Kłopotliwy odpa d czy cenny surowiec?”, Świat Szkła 1/2011, zastosowanie stłuczki w procesie topienia szkła ma duże znaczenie ekonomiczne, wynikające głównie ze zmniejszenia zużycia surowców i energii. Udział stłuczki w zestawie pozwala na zmniejszenie zużycia energii wynikające z obniżenia temperatury topienia zestawu zawierającego stłuczkę szklaną, na skutek szybszego tworzenia się fazy ciekłej. Każda tona stłuczki wprowadzona do zestawu to oszczędność w przypadku szkła sodowo-wapniowego około: 800 kg piasku, 250 kg sody i 180 kg mączki wapiennej. Korzyścią zastosowania w procesie topienia szkła stłuczki szklanej jest również zmniejszenie emisji dwutlenku węgla przez zmniejszenie udziału surowców węglanowych takich jak mączka wapienna i soda, które ulegają rozkładowi wydzielając dwutlenek węgla, a także ograniczenie emisji tlenków azotu przez zmniejszenie ilości gazu używanego do topienia masy szklanej.As is known, among others from the publication by A. Kuśnierz entitled "Glass cullet. A troublesome waste or a valuable raw material? ”, Świat Szkła 1/2011, the use of cullet in the glass melting process is of great economic importance, mainly due to the reduction of raw materials and energy consumption. The proportion of cullet in the set allows for the reduction of energy consumption resulting from the lowering of the melting point of the set containing the glass cullet due to the faster formation of the liquid phase. Each ton of cullet introduced into the set is a saving in the case of soda-lime glass about: 800 kg of sand, 250 kg of soda and 180 kg of lime flour. The advantage of using glass cullet in the glass melting process is also the reduction of carbon dioxide emissions by reducing the share of carbonate raw materials such as limestone and soda, which are decomposed to give off carbon dioxide, as well as reducing the emission of nitrogen oxides by reducing the amount of gas used to melt the glass mass.

Mimo niewątpliwych korzyści, wprowadzenie stłuczki do zestawu, zwłaszcza stłuczki z recyklingu, powoduje pewne niedogodności, np. jej dodatek utrudnia proces homogenizacji masy szklanej i wydłuża proces klarowania.Despite the undoubted advantages, the introduction of cullet into the set, especially recycled cullet, causes certain inconveniences, e.g. its addition hinders the homogenization process of the glass mass and extends the clarification process.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu modyfikacji stłuczki szklanej, która dodana do zestawu surowcowego do wytapiania szkła, skróci czas topienia i homogenizacji masy szklanej oraz przyspieszy proces jej klarowania.The aim of the present invention is to develop a method for modifying glass cullet, which, when added to the raw material set for melting glass, will shorten the melting and homogenization time of the glass mass and accelerate the process of its clarification.

Sposób modyfikacji odpadowej stłuczki szklanej przeznaczonej do wytapiania szkła, polegający na jej oczyszczeniu i rozdrobnieniu do kawałków o wielkości 2-5 cm, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że stłuczkę zrasza się wodą podgrzaną do temperatury 90-100°C, stosując do 5% wagowych wody w stosunku do masy stłuczki, po czym pozostawia się ją na okres 15-60 minut.The method of modifying waste glass cullet intended for glass melting, consisting in cleaning it and crushing it into pieces of 2-5 cm in size, according to the invention, characterized by the fact that the cullet is sprinkled with water heated to 90-100 ° C, using up to 5% by weight of water in relation to the weight of the cullet, then it is left for 15-60 minutes.

W wyniku zroszenia odpadowej stłuczki szklanej wodą podgrzaną do tempe ratury 90-100°C i pozostawienia jej na okres 15-60 minut, cząstki wody dyfundują do szkła przez wolne przestrzenie, powodują zrywanie mostków krzemowo-tlenowych, rozluźniają jego strukturę, a na powierzchni kawałków stłuczki szklanej tworzy się wodorotlenek sodu. Z tego względu zmodyfikowana stłuczka dodana od razu do zestawu surowcowego w ilości od 30 do 80% wagowych wykazuje dużą reaktywność. Utworzona warstwa wodorotlenków alkaliów na powierzchni stłuczki szklanej reaguje z krzemionką w znacznie niższych temperaturach, niż ma to miejsce w tradycyjnym zestawie, tworząc krzemian sodu. Równocześnie tworząca się faza ciekła przy podgrzewaniu zestawu ułatwia i przyśpiesza przebieg reakcji zachodzących w procesie topienia. Zaobserwowano, że procesy twoAs a result of sprinkling the waste glass cullet with water heated to a temperature of 90-100 ° C and leaving it for 15-60 minutes, the water particles diffuse into the glass through free spaces, break the silicon-oxygen bridges, loosen its structure, and on the surface of the pieces In a glass cullet, sodium hydroxide is formed. For this reason, the modified cullet added immediately to the batch in an amount of 30 to 80% by weight shows a high reactivity. The layer of alkali hydroxides formed on the surface of the glass cullet reacts with silica at much lower temperatures than in the traditional batch, forming sodium silicate. The liquid phase that is formed at the same time when the batch is heated facilitates and accelerates the course of the reactions taking place in the melting process. It has been observed that the two

PL 232 234 Β1 rżenia krzemianu sodu zaczynają się od utworzenia di krzemianów i metakrzemianów sodu na powierzchni ziaren kwarcu w temperaturze około 200°C niższej w porównaniu z reakcją zachodzącą pomiędzy piaskiem, a węglanem sodu. Prawdopodobnie wynika to z wpływu jaki wywierają grupy OH^- na strukturę krystaliczną β-kwarcu. Wpływ grup OH^- przejawia się także w skróceniu czasu topienia zestawu, intensyfikacji procesów klarowania i homogenizacji masy szklanej oraz obniżeniu temperatury jej topienia.PL 232 234 Β1 eutures of sodium silicate begin with the formation of sodium di silicates and metasilicates on the surface of the quartz grains at a temperature of about 200 ° C lower compared to the reaction between sand and sodium carbonate. Probably due to the impact they have OH groups ^- on the crystal structure of β-quartz. The influence of OH groups ^- is also manifested in the reduction of the melting time of the set, the intensification of the clarification and homogenization processes of the glass mass and the reduction of its melting temperature.

Aspektem ekonomicznym wynalazku jest skrócenie czasu topienia, klarowania i homogenizacji szkła, co przekłada się na zwiększenie wydajności pozyskiwania masy szklanej, zmniejszenia zużycia gazu do opalania pieca oraz zmniejszenia emisji głównie dwutlenku węgla tlenków azotu.The economic aspect of the invention is the reduction of the glass melting, refining and homogenization time, which translates into an increase in the efficiency of obtaining glass mass, reducing the consumption of gas for fueling the furnace and reducing the emission of mainly carbon dioxide and nitrogen oxides.

Sposób modyfikacji odpadowej stłuczki szklanej przeznaczonej do wytapiania szkła, według wynalazku, objaśniono w poniższych przykładach wykonania.The method of modifying a waste glass cullet for glass melting according to the invention is explained in the following examples.

Przykład 1Example 1

Stłuczkę szkła gospodarczego oczyszczoną i rozdrobnioną do kawałków o wielkości 2-5 cm zroszono wodą podgrzaną do temperatury 98°C, w ilości 5% wagowych wody w stosunku do masy stłuczki i pozostawiono na 30 minut, po czym dodano ją do zestawu surowcowego do wytapiania szkła w ilości 30% wagowych, zasypując na przemian z pozostałymi surowcami: piaskiem kwarcowym, sodą oraz mączką wapienną.The cullet of domestic glass, cleaned and crushed into pieces of 2-5 cm in size, was sprinkled with water heated to 98 ° C, in the amount of 5% by weight of water in relation to the cullet weight, and left for 30 minutes, after which it was added to the raw material set for melting glass in the amount of 30% by weight, alternately covered with other raw materials: quartz sand, soda and lime flour.

Następnie zestaw topiono w piecu szklarskim. Dla porównania przygotowano zestaw referencyjny zawierający niemodyfikowaną stłuczkę szkła gospodarczego.The assembly was then melted in a glass furnace. For comparison, a reference set was prepared containing unmodified cullet of domestic glass.

W tabeli 1 przedstawiono temperatury topienia przygotowanych zestawów.Table 1 shows the melting points of the prepared sets.

Tabela 1Table 1

szkło zawierające stłuczkę modyfikowaną sposobem wg wynalazku glass containing cullet modified by the method according to the invention szkło referencyjne reference glass temperatura topienia szkła glass melting point 1350°C 1350 ° C 1450°C 1450 ° C

Zastosowanie zmodyfikowanej stłuczki, na powierzchni której znajduje się wodorotlenek sodu, sprzyja wcześniejszemu tworzeniu się eutektyk. Dla potwierdzenia tej tezy przeprowadzono eksperyment z dodatkiem do zestawu jonów Cr³⁺. W trakcie zwiększania się temperatury zaobserwowano zmianę odcienia barwy topionych próbek zestawów, a mianowicie pojawienie zielonej barwy, jako konsekwencji tworzenia się ciekłej eutektycznej fazy i jej zabarwienia chromem Cr⁺. Proces zachodził przy niskiej temperaturze, około 500°C jako rezultat reakcji: 2NaOH^Na2SiC>3 + H2O i tworzeniu się pierwszej fazy ciekłej. Pojawienie się zielonej barwy pochodzącej od jonów Cr⁺potwierdzało utworzenie się stopu, w którym rozpuścił się barwnik. Na podstawie analizy rentgenowskiej utworzonych faz krzemianowych stwierdzono amorficzność w temperaturze 100°C niższej, niż ma to miejsce w zestawie zawierającym tradycyjne surowce.The use of a modified cullet with sodium hydroxide on its surface promotes the early formation of eutectics. To confirm this thesis, an experiment was carried out with the addition of Cr ³⁺ ions to the set. During the increase in temperature, a change in the color shade of the melted samples of the sets was observed, namely the appearance of a green color as a consequence of the formation of a liquid eutectic phase and its color with Cr ⁺ chromium. The process was carried out at a low temperature, around 500 ° C, as a result of the reaction: 2NaOH → Na2SiO3 + H2O and the formation of the first liquid phase. The appearance of a green color derived from Cr ⁺ ions confirmed the formation of an alloy in which the dye dissolved. Based on the X-ray analysis of the formed silicate phases, it was found that amorphous was found at a temperature of 100 ° C lower than in the set containing traditional raw materials.

Masa szklana uzyskana z zestawu zawierającego modyfikowaną sposobem wg wynalazku stłuczkę szkła gospodarczego była całkowicie wyklarowana.The glass mass obtained from the set containing the cullet of domestic glass modified by the method according to the invention was completely clarified.

Przykład 2Example 2

Stłuczkę szkła opakowaniowego oczyszczoną i rozdrobnioną do kawałków o wielkości 2-5 cm zroszono wodą podgrzaną do temperatury 98°C w ilości 5% wagowych wody w stosunku do masy stłuczki i pozostawiono na 60 minut, po czym dodano ją do zestawu surowcowego do wytapiania szkła w ilości 30% wagowych, zasypując na przemian z pozostałymi surowcami: piaskiem kwarcowym, sodą oraz mączką wapienną.The container glass cullet, cleaned and crushed into pieces of 2-5 cm in size, was sprinkled with water heated to 98 ° C in the amount of 5% by weight of water in relation to the cullet weight and left for 60 minutes, after which it was added to the raw material set for melting glass in 30% by weight, alternating with other raw materials: quartz sand, soda and lime flour.

Następnie zestaw topiono w piecu szklarskim. Dla porównania przygotowano zestaw referencyjny zawierający niemodyfikowaną stłuczkę szkła opakowaniowego.The assembly was then melted in a glass furnace. For comparison, a reference kit was prepared containing unmodified container glass cullet.

PL 232 234 Β1PL 232 234 Β1

W tabeli 2 przedstawiono temperatury topienia przygotowanych zestawów.Table 2 shows the melting points of the prepared sets.

Tabela 2Table 2

Masa szklana uzyskana z zestawu zawierającego modyfikowaną sposobem wg wynalazku stłuczkę szkła opakowaniowego była całkowicie wyklarowana.The glass mass obtained from the set containing the cullet for container glass modified by the method according to the invention was completely clarified.

Przykład 3Example 3

Stłuczkę szkła płaskiego „float” oczyszczoną i rozdrobnioną do kawałków o wielkości 2-5 cm zroszono wodą podgrzaną do temperatury 98°C w ilości 5% wagowych wody w stosunku do masy stłuczki i pozostawiono na 60 minut, po czym dodano ją do zestawu surowcowego do wytapiania szkła w ilości 30% wagowych, zasypując na przemian z pozostałymi surowcami: piaskiem kwarcowym, sodą oraz mączką wapienną.The cleaned and crushed flat float glass cullet into pieces of 2-5 cm in size was sprinkled with water heated to 98 ° C in the amount of 5% by weight of water in relation to the cullet weight and left for 60 minutes, then added to the raw material set for glass smelting in the amount of 30% by weight, alternately backfilling with other raw materials: quartz sand, soda and lime flour.

Następnie zestaw topiono w piecu szklarskim. Dla porównania przygotowano zestaw referencyjny zawierający niemodyfikowaną stłuczkę szkła płaskiego „float”.The assembly was then melted in a glass furnace. For comparison, a reference set was prepared containing unmodified cullet of "float" glass.

W tabeli 3 przedstawiono temperatury topienia przygotowanych zestawów.Table 3 shows the melting points of the prepared sets.

Tabela 3Table 3

Masa szklana uzyskana z zestawu zawierającego modyfikowaną sposobem wg wynalazku stłuczkę szkła płaskiego „float” była wyklarowana w 70%.The glass mass obtained from the set containing the cullet of "float" glass modified with the method according to the invention was clarified in 70%.

Zastrzeżenie patentowePatent claim

Claims

1. The method of modifying waste glass cullet intended for glass melting, consisting in cleaning it and crushing it into pieces of 2-5 cm in size, characterized in that the cullet is sprinkled with water heated to 90-100 ° C, using up to 5% by weight of water in relation to the mass of the cullet, then it is left for 15-60 minutes.