【知識分享】玻璃化學成分及其生產原料粒度控制問題簡介

2021-02-18 粉體圈


一、玻璃的定義及其化學成分

玻璃的定義很多種,簡單講就是「矽酸鹽形成的無規則的非晶態物體」。玻璃是以石英砂、純鹼、長石和石灰石等為主要原料,經熔融、成型、冷卻固化而成的非結晶無機材料。

它具有一般材料難於具備的透明性,具有優良的機械力學性能和熱工性質。而且,隨著現代建築發展的需要,不斷向多功能方向發展。玻璃的深加工製品能具有控制光線、調節溫度、防止燥音和提高建築藝術裝飾等功能。玻璃已不再只是採光材料,而且是現代建築的一種結構材料和裝飾材料。

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玻璃是二氧化矽和金屬氧化物的混合體;形成玻璃氧化的種類有三種:即網絡形成體、網絡中間體和網絡外體。

1、網絡形成體: SiO2 →構成玻璃的主要骨架,約佔71-73%

2、網絡中間體: Al2O3、Fe2O3

3、網絡外體: CaO、MgO、Na2O、K2O →把玻璃的成份及性質控制在某個位置上。其中MgO和CaO主要影響玻璃的粘度(Viscosity)、軟化點(Soften point)和耐久性(Durability)。

氧化物重量百分比示意圖

二、高質量的浮法玻璃原料要求:

1、具備穩定的化學組成,無難熔礦物汙染物或夾雜物;

2、原材料需要粉碎到一定的粒度要求,各原料配備科學;

3、原材料具有穩定的含水量。

三、玻璃原料需要控制粒度的主要原因

我國大多數玻璃原料雖然在有效氧化物的含量和波動方面都滿足要求,但是往往含有過量的難熔重礦物(簡稱RHM),這是中國玻璃生產的實際情況。因為難熔重礦物在熔制玻璃過程中極難熔解,殘留在成品玻璃中形成玻璃缺陷。

我國主要玻璃原料中常見的難熔重礦物主要有:矽線石、蘭晶石、鋯英石、尖晶石、剛玉、鉻鐵礦、蛇紋綠柱石(只列舉了部分難熔物)。

這些難熔重礦物的粒子愈大,完整地通過熔窯的機會就愈多。所以我國對玻璃原料中的難熔重礦物從粒子大小和數量兩個方面都作了規定。檢查方法是取400g原料樣品,在分液漏鬥中用重液(如四溴乙烷)分離,再用純鹼溶洗,最後在巖相顯微鏡下數粒數並鑑別礦物類型。一般控制的指標如下:

1、按重量計:60目篩上的RHM最大含量=0.0003%;

2、按粒子數目計:40目篩上的最多粒子數=2粒,40目篩下60目篩上的最多粒子數=20粒。

四、玻璃原料嚴格粒度控制的好處

由於我國很多玻璃工廠尚未有嚴格的控制粒度技術規範,所以即使同一工廠,這批進廠的原料與下批進廠的原料,其粒度有可能能相差很多,粒度控制不嚴格也是制約我國玻璃產品質量的一個環節。控制玻璃原料粒度的好處有:

1、減小各種玻璃原料的粒度分散性,能顯著提高玻璃配合料的均勻性,從而提高玻璃熔化效率,減小玻璃成分的波動,最終提高了玻璃製品的成品率和產品質量,降低成本。

2、能減小原料中有效成分的波動。例如砂子,其中含Al2O3和Fe2O3高的粘土質組成都呈細粉狀存在於砂子中,如果將砂子中<0.1mm的細粒級減少,那麼SiO2含量將會提高並且波動也將減小。

我國玻璃生產環節中,原料的純淨度、有害雜質的含量指標一直不及發達國家水平。特別是難溶物的含量問題,在不大幅提高原料成本的前提下,一直未能有較好的解決方案。面對這種現狀,對原材料的粒度控制更加凸顯其重要性。

目前國產化的粒度檢測儀器已經非常成熟和普及,玻璃生產企業理應積極投入資源,通過控制原材料粒度來間接降低或者消除原材料成分質量造成的不足。目前國產品牌雷射粒度儀主要丹東百特、珠海歐美克、濟南微鈉、成都精新等,他們的儀器產品是能夠勝任玻璃原材的日常粒度監控任務的。

(粉體圈 作者:沐恩)

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