浮法玻璃原料知识培训讲义

第一章：浮法玻璃原料1-1 概述用于制备浮法玻璃配合料的各种物质，统称为浮法玻璃原料。

制造浮法玻璃的大部分矿物原料如硅砂、砂岩、白云石、石灰石等资源丰富、价格低廉。

根据它们的用量和作用不同，分为主要原料和辅助原料两类。

主要原料系指往浮法玻璃中引入各种组成氧化物的原料，如硅砂、白云石、石灰石、长石、纯碱等。

按所引入的氧化物的性质，又分为酸性氧化物原料、碱金属氧化物原料、碱土金属和二价金属氧化物原料、多价金属氧化物原料。

按所引入的氧化物在玻璃结构中的作用，又分为玻璃形成氧化物原料、中间体氧化物原料、网络外体氧化物原料。

辅助原料是指使浮法玻璃获得某些必要的性质和加速熔制过程的原料。

它们的用量少，但它们的作用并不是不重要的。

根据作用的不同，分为澄清剂、着色剂、脱色剂、乳浊剂、氧化剂、助熔剂等。

在制造浮法玻璃时，各种原料在高温条件下，经过极其复杂的物理变化和化学反应，除部分气体逸出外，其余绝大部分都被熔融成均质透明的玻璃液。

原料不但决定了平板玻璃的工艺性能，还直接影响着玻璃的质量、能耗、成本和熔窑寿命等各项经济技术指标。

因此，只有玻璃的化学组成选择合理、原料成分稳定、配合料的组成均匀，再加上稳定的熔化和成型作业，才能获得化学成分均匀和温度均匀的玻璃液，为玻璃的优质高产打下基础。

相反，对于原料的采购、管理、加工和配合等工艺过程的微小疏忽都可能酿成重大事故。

因为一个现代化的大、中型浮法玻璃熔窑里容纳着一两千吨玻璃液，每天要投入数百吨配合料，而且在生产过程中各工序之间是连续作业，环环紧扣，彼此影响很大，一旦出现操作失误，就会造成质量事故，其影响在短时间内是难以消除的。

平板玻璃生产“大四稳”操作经验，即原料稳、燃料稳、熔化稳和成型稳，把原料的稳定作为基础就是这个道理。

1-2 主要原料1-2.1 引入酸性氧化物的原料（一）引入二氧化硅的原料二氧化硅SiO2，相对分子质量 60.09 , 密度 2.4～2.65g/cm3, 熔点1710℃,它是形成玻璃的主体，也是构成玻璃的基础。

在浮法玻璃成分中含量一般在70%以上。

按照现代玻璃结构学说，SiO2是浮法玻璃的骨架，它的空隙间充满着其他氧化物。

因此，浮法玻璃所具有的一系列主要优良性能，如透明度、机械强度、化学稳定性和热稳定性等，都是由SiO2是提供的。

SiO2的主要缺点是熔点高、粘度大，因而熔化比较困难。

例如，熔制全部由SiO2组成的石英玻璃，需要2000℃左右的高温。

因此，在浮法玻璃成分中要加入适量的助熔剂。

引入二氧化硅的原料有硅砂，砂岩，石英岩等。

它们在浮法玻璃中的用量较大，约占配合料总重量的60%左右。

硅砂硅砂的主要成分是二氧化硅，它是由石英岩，长石和其它岩石受水和碳酸酐以及温度变化等作用，逐渐分解分化生成。

硅砂常含有：Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、Na2O、K2O等杂质。

CaO、MgO、Na2O、K2O和一定含量以下的Al2O3、MgO对浮法玻璃的质量并无影响，但它们的含量应当稳定。

Fe2O3、Cr2O3、V2O3、TiO3能使玻璃着色，降低玻璃的透明度，是有害杂质。

硅砂颗粒度与颗粒组成，是重要的质量指标。

颗粒大时会使熔化困难，并常常产生结石、条纹等缺陷。

细的硅砂颗粒熔化速度快，但过细的砂粒容易飞扬，结块，使配合料不易混合均匀。

通过生产实践，一般认为：熔制的硅砂最适宜的颗粒尺寸为0.15～0.8毫米之间。

其中0.25～0.5毫米的不应少于90%,0.1毫米以下的颗粒不超过5%。

砂岩砂岩是石英砂在高压作用下，由胶结物胶结而成的矿岩。

一般说来，砂岩所含的杂质较少，而且稳定。

砂岩的硬度高，近于莫式七级，开采比硅砂复杂，而且一般需经过破碎、粉碎、过筛等加工处理。

粉碎后的砂岩通常称为石英砂。

石英岩石英岩系石英颗粒彼此紧密结合而成，是砂岩的变质岩。

石英岩硬度较砂岩高（莫式七级），强度大，使用情况与砂岩相同。

（二）引入三氧化二铝的原料三氧化二铝Al2O3，相对分子质量 101.94 , 密度 3.99 g/cm3, 熔点2050℃, Al2O3属于中间体氧化物。

玻璃成分中引入适量Al2O3能够降低玻璃的析晶倾向、提高化学稳定性、增加玻璃的机械强度，同时还能改善玻璃的成型性能，显著提高玻璃液的粘度，这有利于提高拉引速度，增加产量。

但是，Al2O3含量过多时，玻璃的熔化和澄清比较困难，甚至可能在玻璃原板上出现波筋、线道等缺陷，因此浮法玻璃中Al2O3的含量一般在1%以下。

引入三氧化二铝的原料有硅砂、长石、三氧化二铝、氢氧化铝等。

长石浮法玻璃常用的长石是钾长石和钠长石K2O(Na2O)•Al2O3•6SiO2 ，它们的化学组成波动较大，常含有较高的Fe2O3 。

因此，质量要求较高的浮法玻璃，一般不采用长石。

对长石的质量要求：Al2O3 >16%; Fe2O3 <0.3%;R2O(Na2O+K2O)>12%三氧化二铝与氢氧化铝三氧化二铝Al2O3与氢氧化铝AL(OH)3都是化工产品，一般纯度较高。

三氧化二铝Al2O3与氢氧化铝AL(OH)3均为白色结晶粉末，三氧化二铝在理论上含100%的Al2O3，氢氧化铝在理论上含Al2O3 65.40%，H2O 34.60%。

因它们的价格较贵，一般生产浮法玻璃不采用。

硅砂有部分地方（如内蒙古、江苏新沂、湖北当阳等地）所产硅砂中含有较高的三氧化二铝，可以与石英砂搭配使用，满足一般浮法玻璃生产的需要。

1-2.2 引入碱金属氧化物的原料（一）引入氧化钠的原料氧化钠Na2O，相对分子质量 62 , 密度 2.27g/cm3, Na2O是玻璃网络外体氧化物。

它能够降低玻璃液的粘度，增加玻璃液的流动性，改善析晶性能，使玻璃易于熔融，是玻璃良好的助熔剂。

Na2O能提高玻璃的热膨胀系数，降低玻璃的热稳定性、化学稳定性和机械强度，在潮湿环境中是浮法玻璃易发霉的根源所在。

故含量不宜过高，在浮法玻璃中一般不超过16 %。

引入Na2O的原料主要有纯碱和芒硝，有时也采用一部分硝酸钠。

纯碱纯碱是引入浮法玻璃中氧化钠的主要原料，分为结晶纯碱（Na2CO3•10H2O）与煅烧纯碱（Na2CO3）两类。

纯碱的主要成分是碳酸钠（Na2CO3），分子量 105.99 ,理论上含有 58.53%的Na2O和41.17%的CO2。

在熔制时Na2O转入玻璃液中，CO2则作为废气逸出。

浮法玻璃生产中主要采用煅烧纯碱（Na2CO3）。

煅烧纯碱可分为轻质和重质两种。

轻质纯碱的假密度为0.1克/厘米3,是白色粉末，易于飞扬、分层，不易与其它原料均匀混合；重质纯碱的假密度为0.98克/厘米3,是白色颗粒，不易飞扬、分层倾向也较小，有助于配合料的均匀混合。

放置较久的纯碱，常常含有一定的水分，在使用时应进行水分的测定。

在熔制玻璃时Na2O的挥发量约为本身重量的0.5%左右。

在计算配合料时应加以考虑。

对纯碱的的质量要求：Na2CO3 >98%;NaCl< 0.7%; Fe2O3 <0.1%;Na2SO4<0.1%。

芒硝芒硝分为天然的，无水的，含水的多种。

无水芒硝是白色或浅绿色结晶，它的主要成分是硫酸钠（Na2SO4）, 分子量为142.02 ,理论上含有 43.7%的Na2O和56.3%的SO2。

无水芒硝，884℃熔融，热分解温度较高，在1120～1220℃之间。

但在还原剂的作用下，其分解温度可以降低到500～700℃,反应速度也相应地加快。

还原剂一般使用煤粉，也可以使用焦碳粉、锯末等。

为了促使Na2SO4充分分解，应当把芒硝与还原剂预先均匀混合，然后加入到配合料内。

对芒硝的质量要求：Na2SO4 >97%;NaCl< 1%;硝酸钠硝酸钠NaNO3，又称硝石，我国所用的都是化工产品，分子量为86 ,理论上含有 36.5%的Na2O。

硝酸钠是无色或浅黄色六角形的结晶。

在湿空气中易吸水潮解，熔点318℃,加热至350℃,则分解放出氧。

2NaNO3=2NaNO2+O2继续加热，则生成的亚硝酸钠又分解放出氮和氧。

4NaNO2=2Na2O+2N2+3O2硝酸钠是澄清剂、脱色剂和氧化剂。

在生产某些本体着色玻璃，需要氧化气氛的熔制条件时，必须用硝酸钠引入一部分Na2O。

硝酸钠的质量要求：NaNO3 > 98% ; Fe2O3 <0.01%; NaCl< 0.7%硝酸钠在空气中易吸水潮解、结块，应储存在干燥的仓库或密闭箱中。

1-2.3 引入碱土金属氧化物的原料（一）引入氧化钙的原料氧化钙CaO，分子量 56.08 , 密度 3.2～3.4g/cm3, 熔点2570℃, CaO是二价的网络外体氧化物，在玻璃中主要起稳定剂作用，即提高玻璃化学稳定性和机械强度。

高温时它能降低玻璃液粘度，促进玻璃的熔化和澄清，低温时能增加玻璃液粘度，提高硬化速度，为高速拉制创造良好的条件。

这有利于提高拉引速度，增加产量。

但是，CaO含量过多时，易使玻璃析晶，发脆，降低热稳定性。

CaO主要是通过石灰石来引入的。

石灰石是自然界分布极广的一种沉积岩，外观呈白色、灰色、浅红色或淡黄色。

主要化学成分是碳酸钙。

纯粹的碳酸钙分子量为100，含CaO 56.08%，CO243.92%。

石灰石硬度3，比重2.7,常含有石英、粘土、碳酸镁、氧化铁等杂质，质地软，易于粉碎。

对石灰石的质量要求是：CaO≥53.0%；Fe2O3 <0.15%。

（二）引入氧化镁的原料氧化镁MgO，分子量 40.32 , 密度 3.65g/cm3, 熔点2800℃, MgO在钠钙硅酸盐玻璃中是二价的网络外体氧化物，MgO作用与CaO相似，但以MgO取代部分CaO 可降低玻璃的析晶能力和结晶速度，增加玻璃液的高温粘度，提高玻璃的化学稳定性和机械强度，便于调整玻璃的料性。

同时由于它的存在，可降低玻璃的退火温度，缩短玻璃的退火时间，使玻璃具有韧性而坚固耐用。

MgO过多，会使玻璃产生线道，因此MgO宜控制≤4%。

引入氧化镁的原料有白云石、菱镁矿等。

白云石白云石又叫苦灰石，是碳酸钙和碳酸镁的复盐。

分子式CaCO3·MgCO3，理论上含MgO 21.9 %，CO2 47.7%。

一般为白色或淡灰色，含铁杂质较多时，呈黄色或褐色，比重2.8～2.95,硬度为3.5～4。

白云石中常见的杂质是石英、方解石和黄铁矿。

对白云石的质量要求是：MgO ＞ 20%；CaO＜ 32%；Fe2O3 <0.15%。

菱镁矿菱镁矿，亦称菱苦土，为灰白色、淡红色或肉红色。

它的主要成分是碳酸镁MgCO3，分子量84.39，理论上含MgO 47.9 %，CO2 52.1%。

菱镁矿含Fe2O3较高，在浮法玻璃生产中一般不用。

1-3 辅助原料澄清剂往浮法玻璃配合料中，加入一种高温时本身能气化或分解放出气体，以促进排除玻璃中气泡的物质，称为澄清剂。