玻璃原料及配合料制备
玻璃配方计算和配合料制备.
实验三玻璃配方计算和配合料制备1 目的意义1.1 意义配方计算是根据原料化学成分和所制备的玻璃成分等计算各种原料的需要料。
配合料制备就是按照配方配制并加工原料，使之符合材料高温烧制要求。
配方计算和配合料制备是玻璃乃至各种无机非金属材料新品种研制和生产必不可少的工艺过程。
配方计算也是对后续玻璃熔制工艺参数的预测，配合料制备则直接影响玻璃的熔制效果和成品性能。
1.2 目的(1) 进一步掌握配方计算的方法；(2) 初步掌握配合料的制备方法和步骤；(3) 了解影响配合料均一性的因素。
2 实验原理2.1 玻璃成分的设计首先，要确定玻璃的物理化学性质及工艺性能，并依此选择能形成玻璃的氧化物系统，确定决定玻璃主要性质的氧化物，然后确定各氧化物的含量。
玻璃系统一般为三组分或四组分，其主要氧化物的总量往往要达到90％(质量)。
此外，为了改善玻璃某些性能还要适当加人一些既不使玻璃的主要性质变坏而同时使玻璃具有其他必要性质的氧化物。
因此，大部分工业玻璃都是五六个组分以上。
相图和玻璃形成区域图可作为确定玻璃成分的依据或参考。
在应用相图时，如果查阅三元相图，为使玻璃有较小的析晶倾向，或使玻璃的熔制温度降低，成分上就应当趋向于取多组分，应选取的成分应尽量接近相图的共熔点或相界线。
在应用玻璃形成区域图时，应当选择离开析晶区与玻璃形成区分界线较远的组成点，使成分具有较低的析晶倾向。
为使设计的玻璃成分能在工艺实践中实施，即能进行熔制、成型等工序，必须要加入一定量的促进熔制，调整料性的氧化物。
这些氧化物用量不多，但工艺上却不可少。
同时还要考虑选用适当的澄清剂。
在制造有色玻璃时，还须考虑基础玻璃对着色的影响。
以上各点是相互联系的，设计时要综合考虑。
当然，要确定一种优良配方不是一件简单的工作，实际上，为成功地设计一种具有实用意义，符合预定物化性质和工艺性能的玻璃成分，必须经过多次熔制实践和性能测定，对成分进行多次校正。
表2-1给出两种易熔的Na2O-CaO-SiO2系统玻璃配方，可根据自己的要求进行修改。
制造玻璃的主要原料是石英砂
制造玻璃的主要原料是石英砂。
由于石英砂的熔点极高，因此在熔化时，要加一种助熔剂－－碳酸钠（也就是我们日常用的面碱），冶炼成水玻璃，然后再加上碳酸钙，让它与前面两种原料一起发生作用，就制成普通玻璃。
玻璃的制造过程：沙子，主要成分，石英（SiO2玻璃是一种奇特的物质，主要成份是石英砂，其制造过程是石英砂配合其他化学原料在高温（摄氏1300度）烧制后冷却而成的结晶体，具有质硬、抗磨损，高透光率及抗腐特性，其广泛用途已有悠久历史。
现时制造玻璃之技术一日千里，其用途日益增加，由钟表、器皿、门窗、灯饰以及高科技如电子部件及太空科技等，都不可缺少玻璃。
我们日常接触最多的莫如「平板玻璃」，厚的用于门窗，薄的用于钟表及医学化验用途上，其制造方法是将溶炉中的玻璃溶浆用水平或牵引方法（又称浮法）及用垂直式牵引方法制成。
溶浆经牵引出溶炉后亦同时作有系统的冷却，冷却完成后便成「平板玻璃」，平板玻璃的厚度主要决定于牵引时的速度，牵引速度越快，可制造出的厚度越薄。
普通的平板玻璃虽然从正面看似光亮通透，但从侧面近边缘之处看是略带青色，因玻璃颜色深浅取决于制造玻璃之主要原料-石英砂的纯净度及含铁量之多寡。
通常钟表业所选用的薄玻璃较优质，但价值较贵，其主要分别在于所用石英砂原料较优，含铁量甚低（一般在万分之三以下））玻璃用原料多为天然矿石，因此制造玻璃，首先要将各种矿石进行粉碎，加工成粉料，然后根据玻璃成分，制成配合料，送入玻璃熔窑进行熔化，形成玻璃液。
合格的玻璃液流经喂料池，并从喂料口流出形成料股。
料股的温度，中碱玻璃一般为1150～1170℃，无碱玻璃为1200～1220℃。
料股经每分钟近’200次剪切成球坯。
球坯经溜槽、分球器，并由分球板拨动，分别滚入不同的漏斗，然后落到由三个旋转方向相同的辊筒所构成的成球槽中。
球坯在辊筒上旋转及其自身的表面张力作用，逐渐形成光滑圆整的玻璃球。
其直径的大小，由玻璃液流股的粗细、流速和剪刀速度所决定。
玻璃工艺学原料及原料的选择
1 澄清剂
概念 往玻璃配合料或熔体中加入高温时本身 能气化或分解放出气体，以促进玻璃中 气泡排除的物质。
常用的澄清剂 白砒（ As2O3）：用量为配合料的0.2－0.6%
三氧化锑（ Sb2O3）：与白砒混合使用效果好
硫酸盐（Na2SO4):为配合料的1－1.5%
氟化物、食盐、二氧化铈、铵盐等
（4）芒硝蒸汽对耐火材料腐蚀很厉害。
5
引入K2O的原料 K2O在玻璃中的作用
引入K2O的原料
还是氧化剂、澄清剂和 脱色剂
钾碱（碳酸钾）和硝酸钾。 6 引入CaO的原料 CaO在玻璃中的作用 引入CaO的原料 石灰石、方解石、白垩以及工业碳酸钙
7
引入MgO的原料 MgO在玻璃中的作用 引入MgO的原料 白云石（苦灰石）、菱镁矿。 菱镁矿含Fe2O3较高，在用白云石引 入MgO不足时才用。 引入BaO的原料 BaO在玻璃中的作用 说明 引入BaO的原料 重晶石（BaSO4)和毒晶石（BaCO2) 说明 钡的化合物都是有毒原料，使用时 应注意。
3 脱色剂
概念
（1）化学脱色剂：借助于脱色剂的氧化作用， 使玻璃被有机物沾染的黄色消除，还可使 Fe2+→Fe3+,以增加玻璃的透光度。 常用的化学脱色剂 硝酸钠、硝酸钾、硝酸钡、白砒、三 氧化二锑、氧化铈等。 （2）物理脱色剂：往玻璃中加入一定量的能 产生互补色的着色剂。 常用的物理脱色剂 二氧化锰、硒、氧化钴、氧化钕、氧化镍等
2
着色剂
概念
使玻璃着色的物质。 常用的着色剂 锰化合物：用量为配合料的3－5% 铁化合物： 铬化合物：用量为配合料的0.2－1% 硫化物：0.02－0.17% 铜化合物：用量为玻璃的1－2% 钴化合物：浅蓝色为玻璃的0.002%，深蓝色0.1% 金化合物：0.01－0.03% 银化合物：0.06－0.2% 铜化合物：1.5－5%
玻璃原料
玻璃原料玻璃原料按其在玻璃中起的作用分：主要原料和辅助原料主要原料：是形成玻璃结构的主体原料，它决定着玻璃的主要物理，化学性质。
这些原料熔融反应后即生成硅酸盐，构成玻璃液的主体，如硅砂，纯碱，白云石等辅助原料：其用量较少，主要用以改善玻璃的熔化，澄清，成形性能或使产品具有某些特殊性能，如加入芒硝作澄清剂，加碳粉作还原剂，加硒钴作着色剂等主要原料：一、硅砂（SiO2，Al2O3，Fe2O3，K2O，Na2O，CaO，MgO）硅砂和砂岩都是在玻璃成分中引入SiO2的主要原料，它是配合料的主要组分，其用量为60%硅砂也叫石英砂，主要由石英颗粒构成，它是由石英岩，长石，和含硅较高的岩石长期被自然界中的风，雨，阳光等侵蚀被分解和风化形成的质地纯净的硅砂为白色，一般硅砂因含有铁和其它有机物的杂质而呈现红褐色，淡黄色FeO和Fe2O3是硅砂中最有害的成分，Fe2O3使玻璃着黄色，FeO使玻璃着蓝色，后者的着色的能力较前者大10-15倍，两者共存使玻璃着蓝绿色，从而降低了玻璃的透明度和玻璃液的透热性，因此对硅砂中的铁应严格控制。
Cr2O3是一种着色能力很强的有害物质，它能使玻璃着绿色，其着色能力是Fe2O3的30-50倍TiO2着色能力较弱，只有含量较多或与Fe2O3共存时才能使玻璃着成黄褐色硅砂中的其它成分如钠，钾是良好的助熔剂，可以减少纯碱的用量，降低成本。
硅砂的粒度：硅砂是玻璃原料中最难熔的一种，其粒度大小，粒度分布甚至粒度形状都会对熔化，混合造成一定的影响。
实验证明熔化粒径0.4mm为0.8mm所用时间1/4,颗粒大的难熔化,甚至造成浮渣,在制品上出现波筋或砂粒;颗粒过细或小于0.1mm过多对熔化也不利,因为a.小颗粒在熔化初期反应较快,气泡产生急剧,在颗粒周围形成一层泡沫层,致使产品上有很多气泡,难排出b.同时细颗粒因静电作用使粘度增加,配合料中易成团c.细颗粒易被气流带入蓄热室影响格子体的换热和使用寿命d.细颗粒中含有粘土质较多,使Fe2O3含量增加最合适的颗粒直径0.1-0.5mm硅砂和砂岩优缺点:1.硅砂化学成分,颗粒组成,水分波动较大,杂质含量高,但其易开采,加工,价格便宜且含有碱金属多可降低碱耗2.砂岩成分稳定,含SiO2高,但难开采,加工且价格高二、长石（SiO2，Al2O3，K2O，NaO，Fe2O3）：玻璃中硅砂和砂岩不能满足Al2O3需要时，用长石来补充。
玻璃原料及加工工艺
玻璃原料及加工工艺一、玻璃生产用原料的种类、作用及质量要求1.玻璃的化学组成和作用玻璃化学成分的选择，是由玻璃制品的用途和成型方法来决定的。
平板玻璃属于钠钙硅酸盐玻璃，采用的玻璃成分以二氧化硅（SiO2）、氧化钙（CaO）和氧化钠（Na2O）为主。
其成分相对含量分别为：SiO269%～75%，CaO 5%～10%，Na2O13%～15%。
为了防止析晶和改善化学稳定性，在该系统组成中引入了氧化铝（Al2O3）、氧化镁（MgO），其中，Al2O30～2.5%、MgO 1%～4.5%。
Al2O3主要是替代SiO2，而MgO则是替代CaO，有时引入少量B2O3以便于改善热稳定性，引入BaO和PbO等以改善光学性能。
几种不同生产工艺的平板玻璃成分（质量百分比）见表2.1。
表2.1 平板玻璃化学组成这些氧化物在玻璃熔制和成型过程中的作用及对玻璃性能的影响如下：（1）二氧化硅（SiO2）SiO2是制造平板玻璃最主要的成分，是玻璃的“骨架”，能增加玻璃液的黏度，降低玻璃的结晶倾向，提高化学稳定性和热稳定性，在玻璃中含量不低于70%。
（2）三氧化二铝（A12O3）A12O3对增加玻璃液黏度的影响程度比SiO2大。
因此，玻璃中Al2O3含量的增加，不仅会使熔化速度减慢、澄清时间拖长，而且对玻璃液在锡槽中摊平、展薄、抛光也不利。
但A12O3能降低玻璃的结晶倾向和结晶速度，降低玻璃的膨胀系数，从而提高玻璃的热稳定性、化学稳定性和机械强度。
Al2O3一般含量小于2%。
（3）氧化钙（CaO）CaO是玻璃的主要成分之一，它能加速玻璃的熔化和澄清过程，并提高玻璃的化学稳定性；但CaO会使玻璃产生结晶的倾向；CaO含量增加，玻璃料性变短，为高速度拉引玻璃创造有利条件。
但玻璃中CaO的含量也不宜太大，如大于10%则会增加玻璃的脆性。
（4）氧化镁（MgO）MgO能提高玻璃的化学稳定性和机械强度，降低玻璃的结晶倾向和结晶速度。
MgO对玻璃黏度的影响较为复杂，当温度高于1 200℃时，会使玻璃液的黏度降低；而由1 200℃降至900℃的过程中，又有使玻璃液的黏度增加的倾向；低于900℃，反而使玻璃的黏度下降。
玻璃工艺学12-13原料和配合料制备
结 晶 水 10
32-35.4 ℃
35.4℃以上
玻璃工艺学
7
1
15
注意：需要保持纯碱库干燥、通风，否则很容易吸水结块， 受热时 又放出水分时配和料成糊状，另外，低温时， 若纯碱本身比 较潮湿，吸附有结晶水，则配料时可 用蒸汽或热水处理，将 结晶水析出，并保持在 35.4℃以上，否则纯碱会迅速地吸 收水分成结晶水 时配合料胶结，阻碍配合料的输送。
（3） 、引入氧化锂的原料
I、性质作用：网络外体、断网并强烈助熔（桥氧多时），积 聚（非桥氧多时），少量引入时降低析晶能力， 过多则增加析晶能力； II、应用：在电气玻璃、微晶玻璃含量约为3-4%，一般玻璃 中可 引入0.1-0.5%. III、原料：碳酸锂、含锂矿物。
碳酸锂：无色或白色结晶，较纯净，价高。 含锂矿物： 锂云母：淡紫色、灰色、白色的宽片和小鳞片成； 易溶，含铁量低，是较好原料。 锂辉石（Li2O· 2O3· Al 4SiO2)：白色或淡绿色菱形晶 体较难熔。
NaCl<2%、Fe2O3<0.3%、H2O<5%
玻璃工艺学
粒度要求：一般 0.1-0.5mm占90-95%
19
硝酸钠和氢氧化钠
I、硝酸钠：
无色或淡黄色六角形结晶，能吸湿潮解，可溶； 可作氧化剂（如用于铅玻璃）、低温澄清剂和脱色剂， 代替部分碳酸钠提高气体率；侵蚀性较大
质量要求：NaNO3 >98%、 NaCl<1%、Fe2O3<0.01%
芒硝
性状：无水芒硝 白色或浅绿，助熔性好，熔化温度 884 ℃， 沸点1430 ℃，分解温度高 （1120-1220 ℃），需要 加入本身重量的 4%的还原剂（如煤粉，焦碳），能吸收水 分，另外芒硝又是一种高温澄清剂。 挥发：Na2O挥发约6%（纯碱的两倍左右） 但是，因为： １）热耗大，难分解； ２）侵蚀性大（包括芒硝蒸汽、硝水）；
浮法玻璃原料及配合料制备
浮法玻璃原料及配合料制备浮法玻璃原料及配合料制备1、浮法玻璃化学成分浮法玻璃化学成分根底系统为Na-Ca-Si三元系统，满足三个要求：〔1〕产品的使用要求；〔2〕生产工艺要求；〔3〕生产本钱要求。
浮法玻璃的化学成分主要包括：二氧化硅〔SiO2〕、氧化钠〔Na2O〕、氧化钙〔CaO〕、氧化镁〔MgO〕、氧化铝〔Al2O3〕、氧化铁〔Fe2O3〕等。
根本含量：Na2O：12%～15%； CaO： 8%～12% ；SiO2： 69%～73% 2、浮法玻璃的成分特点经过人们长时间生产实践得出“高钙、中镁、低铝、微铁〞的化学组合成分是生产优质浮法玻璃的条件之一。
高钙：浮法玻璃拉引速度快，在成型中必须采用硬化速度快的“短〞性玻璃成分，即调整CaO到8%～9%。
中镁：CaO含量增加，使玻璃发脆并容易产生硅灰石析晶〔CaO.SiO2 〕。
因此MgO控制在4%左右，以改善玻璃的析晶性能。
低铝：铝高将增加玻璃的粘度，不利于均化和澄清，将Al2O3的含量降低到1.3%以下，微铁：熔化时着色能力强的Fe2+被氧化为着色能力弱的Fe3+，但在锡槽中又被复原成Fe2+因此严格限制在0.1%以内。
3、浮法玻璃中各种氧化物的作用SiO2：是形成浮法玻璃最主要的氧化物。
SiO2以硅氧四面体的结构单元形成不规那么的连续网络，成为玻璃的“骨架〞。
它能赋予玻璃一系列优良性能，能增加玻璃的粘度，提高玻璃的热稳定性和化学稳定性；玻璃的密度和热膨胀系数随SiO2含量增加而降低。
其缺点是熔点高、粘度大，使玻璃熔化、澄清和均化困难，能耗增加。
CaO：它能加速玻璃的熔化和澄清过程，并提高玻璃的机械强度、硬度及化学稳定性。
适量的CaO在高温时能降低玻璃液的粘度，有利于熔化和澄清，低温时增加玻璃液的粘度，即可以调整玻璃的料性，加快玻璃硬化速度，有利于玻璃的快速成型。
因此浮法玻璃成分中采用较高含量的CaO来适应浮法生产工艺高速拉引、快速成型的要求。
浮法玻璃生产的工艺
202X
浮法玻璃生产的工艺流程
玻璃的成型
原料与配合料的制备
原料的加工
玻璃熔融
主要内容
玻璃的退火
玻璃概述
一次退火：玻璃在成型后直接进入退火炉
玻璃的熔制过程
3
浮法玻璃池窑的结构
1
玻璃的原料和配合料制备过程
5
玻璃退火目的和退火工艺
4
玻璃浮法成型控制参数和锡液性质
本章学习小结
简述浮法玻璃成型的过程。
作业
玻璃熔制主要有哪些过程？
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅的阐述观点。
纯碱（Na2CO3）和芒硝（Na2SO4）
（4）引入CaO的原料
石灰石、方解石，要求CaO≥50%，Fe2O3<0.15%
（5）引入MgO的原料
白云石，要求MgO≥20%，CaO≤32%，Fe2O3<0.15%
01
02
03
澄清剂
01
（7）着色剂
（8）乳浊剂
2.配合料的制备
配合料制备的质量控制：
2
存在于玻璃液中的气体状态： 可见气泡、物理溶解的气体、化学结合的气体
3
玻璃液澄清目的：排除可见气泡
4
影响玻璃液澄清的因素： 玻璃液的粘度、表面张力，澄清剂种类，澄清温度， 炉气压力与成分等
5
澄清剂种类及作用机理：变价氧化物、硫酸盐类、卤化物类
6
对普通钠钙硅玻璃，此阶段温度可低于澄清温度
玻璃液均化过程包括： 不均体的溶解与扩散的均化过程 玻璃液的对流均化过程 因气泡上升而引起的搅拌均化作用
玻璃的原料
玻璃的原料--芒硝窗玻璃：又称钠钙硅玻璃，主要成分Na2O-CaO-SiO2还有MgO等。
玻璃的原料：石灰石（CaCO3）、白云石（MgCO3-CaCO3）、纯碱（Na2CO3）、芒硝（Na2SO4）、石英砂（SiO2）等。
用上述原料，粉磨，并按一定的比例混合均匀后（加一部分水，提高均匀度及其他工艺上的要求），然后入玻璃窑熔制。
玻璃熔制过程包括：硅酸盐的形成，玻璃体的形成，澄清，均化及冷却。
石灰石、白云石、纯碱、芒硝都会产生气体，这样不仅对玻璃形成无害，而且有利于玻璃的澄清与均化，工厂一般还要加入一部分澄清剂，生成大量的气泡，气泡在上浮的过程中，复合小气泡，这就是玻璃澄清的机理。
Na2CO3+SiO2 =(高温)Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=(高温)CaSiO3+CO2玻璃熔制概论1.原料熔化1.1硅酸盐形成1.1.1原料本身的加热变化1.1.2原料间相互加热反应1.1.3原料加热之挥发损失1.2玻璃液形成1.3影响熔化因素2.玻璃液澄清2.1气体间之转化与平衡2.2气体与玻璃液相互作用2.3澄清剂之化学作用2.4澄清之物理作用3.玻璃液均化3.1不均物的熔解与扩散均化3.2玻璃液的对流均化3.3气泡上升搅拌均化4.玻璃液冷却4.1硫酸盐的热分解4.2溶解气体析出4.3玻璃液流股间的化学反应4.4含钡玻璃产生二次气泡4.5电化学反应5.玻璃熔制之影响因素5.1玻璃组成5.2原料物理状态5.2.1原料的选择5.2.2颗粒的粗细5.2.3原料的水分5.2.4碎玻璃影响5.3投料方式5.4澄清剂5.5助熔剂5.5.1氧化锂5.5.2霞石5.5.3高炉炉渣5.6熔解控制5.6.1温度控制5.6.2压力控制5.6.3气氛控制5.6.4液面控制5.6.5泡界线控制5.7玻璃液流5.8熔制技术改良的影响玻璃熔制概论：玻璃熔制包含许多复杂的过程，为一系列之物理、化学、物理化学变化；在加热过程中发生之变化如下表：物理变化化学变化物理化学变化原料加热固相反应共熔体形成原料脱水碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐分解固态的熔解与液态互熔成分熔化水化合物分解玻璃液、火焰、气泡间作用晶相转化化学结合水的分解玻璃液与耐火材料作用成分挥发硅酸盐的形成与相互作用从加热原料到熔制成玻璃液，根据熔制过程的不同分为以下五种阶段：1.硅酸盐形成：在加热过程中，原料中各种组成经化学、物理变化后，大部分之气体产物皆已挥发，此阶段完成了玻璃熔解主要反应过程，玻璃原料转化成硅酸盐和SiO2组成的不透明烧结物；以<容>所生产之钠钙硅玻璃而言，此阶段温度约在800~900℃完成。
玻璃生产工艺
钾长石
钠长石
钙长石
钾长石矿
钠长石矿
2．高岭土
质量要求是：A1203＞25％；Fe2O3＜O.4％。表
2—3—2为长石和高岭土的成分范围。
高龄土
高龄土粉
煅烧高龄土
3、腊石
玻璃成分中需要存在碱金属氧化物时，引入A1203
叶腊石
叶腊石
叶腊石
黄腊石
彩腊石
作用：提供游离氧，从而降低玻璃粘度，使玻璃易于熔 融，是良好的助溶剂。Na2O可增加玻璃的热膨胀系 数，降低热稳定性、化学稳定性和机械强度。 （一）纯碱 纯碱是微细白色粉末，易溶于水，它是一种含杂质少的工业 产品，主要杂质有NaCl(不大于1％)。 纯碱易潮解、结块，它的水含量通常波动在9％～10％之间， 应储存在通风干燥的库房内。 质量要求：Na2C03＞98％；NaCl＜1％；Na2SO4＜0.1％； Fe203＜O.1％。
动颚靠近定颚， 压碎物料，动颚 远离定颚，则进 料和出料。
便、机体坚固，能 处理粒度范围大和 硬度大的矿物。因 此，至今它仍是广 泛使用的粗碎设备。 其不足之处是破碎 比不大，一般为4～ 6。它不宜用于片状 岩石和湿的塑性物 料的破碎。
(2) 反击式破碎机
适宜对硬脆矿物进行中碎，具有破碎比大、效率高、 电耗小、生产能力大、产物粒度均匀、构造简单等优 点，其不足之处是板锤和反击板磨损大，须经常更换。 它主要用来进行砂岩的中碎。
萤石
萤石晶体
萤石块料
萤石矿山一角
氟硅酸钠
氟硅酸钠
七、着色剂
1．离子着色剂 常用有 （ 1 ）锰化合物的原料：软锰矿 (MnO2) 、氧化锰 (Mn203) 、 高锰酸钾 (KMnO4) 。 Mn2O3 使玻璃着成紫色，若还原 成MnO则为无色。
玻璃配料计算
%，%,%，%，%，R2O(Na2O+ K2O)%。
计算其配合料的配方：选用石英引入SiO2，长石引入Al2O3，硼砂引入B2O3，方解石引入CaO，锌氧粉引入ZnO，纯碱引入R2O(Na2O+ K2O)。
采用白砒与硝酸钠为澄清剂，萤石为助熔剂。
原料的化学成分见表11-6：表11-6原料的化学成分/mass%As SiO2Al2O3B2O3Fe 2O3CaO Na2O ZnOO32石英—————粉长石———粉纯碱———————氧化———————锌硼砂——————硝酸———————钠方解———————石萤石———————白砒 — — — — — — —设原料均为干燥状态，计算时不考虑其水分问题。
计算石英粉与长石的用量：石英粉的化学成分：%，%即一份石英粉引入份，份。
同样一份长石可引入份，份，Fe 2O 3 份,份。
设石英的用量为x,长石粉的用量为y,按照玻璃组成中SiO 2与Al 2O 3的含量，列出联立方程式如下 ：SiO 2 += Al 2O 3 +=解方程 x= y=即熔制100kg 玻璃，需用石英粉52.6kg ，长石粉27.2kg(由石英引入的Fe 2O 3为×=计算由长石同时引入R 2O 和CaO 与Fe 2O 3的量：Na 2O ×= CaO ×= Fe 2O 3 ×= 计算硼砂量:硼砂化学成分:%,% 玻璃组成中B 2O 3为%∴ 硼砂用量==⨯21.361002.6同时引入Na 2O 量 ×= 计算纯碱用量：玻璃组成中含Na 2O 为% 由长石引入Na 2O 为 由硼砂引入Na 2O 为 尚需引入Na 2O 为：－－= 纯碱的化学成分Na 2O 为%∴ 纯碱的用量为%=计箕方解石的用量： 玻璃组成中CaO 为 由长石引入CaO 为 尚需引入CaO 为方解石的化学成分为CaO %∴ 方解石的用量为==⨯78.55100574.3 计算氧化锌用量：氧化锌的化学成分为%，玻璃组成中%∴ 氧化锌用量为==⨯80.991000.2 根据上述计算，熔制100kg 玻璃各原料用量为：石英粉 52.6kg 长石粉 27.2kg 硼 砂 17.1kg 纯 碱 9.78kg 方解石 6.41kg氧化锌 2.01kg 总 计 115.10kg 计算辅助原料及挥发损失的补充： 考虑用白砒作澄清剂为配合料的% 则白砒用量为×=0.23kg因白砒应与硝酸钠共用,按硝酸钠的用量为白砒的6倍，则硝酸钠的用量为× 6=1.38kg 。
玻璃工艺学(第三章 原料及配合料的制备)
Na2SO4<0.1%，Fe2O3<0.1%。
天然碱有时也作为纯碱的代用原料。天然碱是干涸碱湖的 沉积盐，我国内蒙、青海等地均有出产。它常含有黄土、氯化
钠、硫酸钠和硫酸钙等杂质，而且还含有大量的结晶水。
（2）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，主要成分是硫酸钠 Na2SO4，分子量为142.02，比重2.7。 对于含水芒硝（Na2SO4·10H2O），要预先熬制，以除
Na2SO4 — — — 2～3
MgSO4 — — — 0.8～1.2
CaSO4 — — — 0.6～0.9
硅砂 石灰石、 白垩 白云石 硫酸钠
0.4～0.5 0.6～1.0 — —
原料的选择原则：
原料的质量符合要求，且成分稳定； 原料易于加工处理； 成本低、能大量供应； 少用质量过轻以及对人体有害的原料； 对耐火材料的侵蚀要小。
对氢氧化铝的要求：Al2O3＞50%，Fe2O3＜0.05%。
3、引入氧化硼的原料 B2O3也是玻璃的形成氧化物，它以硼氧三角体[BO3]和硼 氧四面体[BO4]为结构组元，在硼硅酸盐玻璃中与硅氧四面 体[SiO4]共同组成结构网络。 B2O3能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
较小。
对含水硼砂的质量要求：B2O3＞35%，Fe2O3 ＜0.01%，SO42＜0.02%。
（3）含硼矿物 硼酸和硼砂价格都比较贵。使用天然含硼矿物，经过精 选后引入B2O3经济上较为有利。我国辽宁、吉林、青海、西藏 等省有丰富的硼矿资源。天然的含硼矿物，主要有: ① 硼 镁 石 2MgO·B2O3·H2O ， 含 B2O319.07~40.88% ，
配合料的制备
由碳粉引入的固定碳与芒硝引入的Na2SO4
之比。即 碳粉含率＝
碳粉×C含量
×100%
芒硝×Na2SO4含量
生产上一般控制在3－5%
配合料计算过程中的几个工艺参数
（3）芒硝含率
由芒硝引入的Na2O与芒硝和纯碱引入的
芒N硝a2含O率总＝重量比芒。硝即引入的Na2O
×100%
芒硝和纯碱引入的Na2O
一般掌握在5－8%
方法：离心脱水、蒸汽加热、回转干燥筒、 热风炉干燥器等。
3 原料的破碎和粉碎 • 破粉碎方法选择依据：依原料的粒度、硬 度和需要粉碎的程度。
• 硬度高的预先煅烧，可在原料内部产生许多 裂纹，提高破碎比；减少机械铁的引入。
砂岩粗碎前预先在1000℃以上进行煅烧。
7.3.3 原料的加工处理
破粉碎方法： 石灰石、白云石、长石、萤石常用鄂式破碎机 粗破，锤式破碎机进行粉碎。
2 原料的储存 要满足一定的数量，考虑一定的储存期， 分块状、粉状、化工、有毒原料的储存。
各种原料容重 硅砂、砂岩、长石为1.8； 石灰石、白云石为1.7； 纯碱0.9；硫酸钠1.0；
7.3.3 原料的加工处理
原料的加工处理包括破碎、粉碎、过筛等 过程。
1 工艺流程
• 单系统流程：各种矿物原料共同使用一个
（4）萤石含率
由萤石引入的CaF2量与玻璃总量之比。 萤石含率＝ 萤石×CaF2 ×100% 玻璃总量
一般在1%以下
配合料计算过程中的几个工艺参数
（5）碎玻璃掺入率
指配合料中碎玻璃用量与配合料量之比
碎玻璃掺入量＝ 碎玻璃量
×100%
生料量＋碎玻璃量
一般控制在25－30%
7.3 配合料的制备（掌握）
玻璃配合料的制备资料课件
02
玻璃配合料的制备过程
原料的选取与处理
原料的选取
根据玻璃制品的要求，选择合适 的矿物原料、碎玻璃、纯碱、石 灰石等。
原料的处理
将原料破碎、筛分、清洗，去除 杂质，确保原料的纯度和粒度符 合要求。
配合料的混合与搅拌
纯碱
主要成分是碳酸钠，是一种调节剂，可以 调节玻璃液的黏度和表面张力，有助于控 制玻璃液的澄清和均化。
苏打灰
主要成分是碳酸钠，提供了玻璃熔制所需 的钠元素，有助于降低玻璃的熔化温度。
长石
主要成分是钾、钠、钙的铝硅酸盐，提供 了玻璃熔制所需的碱金属元素，有助于降 低玻璃的析晶倾向和高温黏度。
石灰石、白云石
配合料的加工与成型
加工与成型
根据玻璃制品的形状和尺寸，对玻璃液进行加工和成型。可以采用吹制、压制 、拉制等方法，制成所需的玻璃制品。
后处理
对成型的玻璃制品进行退火、淬火、研磨、抛光等后处理，以提高制品的光洁 度和精度。
03
玻璃配合料的质量控制
配合料的质量标准
01
02
03
化学成分
配合料中的各种化学成分 应符合相关标准，以保证 玻璃的质量和性能。
02
它是在高温下熔化成玻璃液的主 要原料，是体，其成 分和比例决定了玻璃的性质和用途。
通过调整配合料的成分，可以生产出 不同性能和用途的玻璃，满足各种工 业和民用需求。
玻璃配合料的主要成分
硅砂
主要成分是二氧化硅，是玻璃配合料的主 要原料之一，提供了玻璃熔制所需的硅元 素。
配合料的混合
将处理后的原料按照配方比例混合， 确保各种原料的均匀分布。
玻璃制作的原料和原理
玻璃制作的原料和原理
一、玻璃制作的原料：
如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等为主要原料，另外加入少量辅助原料制成的。
二、玻璃制作的原理：
普通的浮法玻璃的主要成分是硅酸钙和硅酸钠,主要反应如下:
Na2CO3+SiO2 =(高温)Na2SiO3+CO2
CaCO3+SiO2=(高温)CaSiO3+CO2
三、工艺:
主要包括:①原料预加工.将块状原料(石英砂、纯碱、石灰石、长石等)粉碎,使潮湿原料干燥,将含铁原料进行除铁处理,以保证玻璃质量.②配合料制备.③熔制.玻璃配合料在池窑或坩埚窑内进行高温(1550~1600度)加热,使之形成均匀、无气泡,并符合成型要求的液态玻璃.④成型.将液
态玻璃加工成所要求形状的制品,如平板、各种器皿等.⑤热处理.通过退火、淬火等工艺,清理或产生玻璃内部的应力、分相或晶化,以及改变玻璃的结构状态.。
玻璃配料计算
SiO270。
5%，Al2O35。
0%，B2O36.2％,CaO3。
8%，ZnO2.0%，R2O（Na2O+ K2O)12。
5%。
计算其配合料的配方：选用石英引入SiO2,长石引入Al2O3,硼砂引入B2O3,方解石引入CaO,锌氧粉引入ZnO，纯碱引入R2O（Na2O+ K2O）。
采用白砒与硝酸钠为澄清剂，萤石为助熔剂.原料的化学成分见表11-6：表11—6原料的化学成分/mass%SiO2Al2O3B2O3Fe2O3CaO Na2O ZnOAs2O3石英粉99.89 0.18 - 0.01 —- - —长石粉66。
0918.04 —0.20 0.83 14.80 - —纯碱————- 57.80 ——氧化锌- ——- ——99.86 —硼砂——36.21 - —16.45 —- 硝酸钠—- ———36.35 - —方解石———- 55.78 ———68。
萤石————- ——40白砒——- —- ——99.90 设原料均为干燥状态，计算时不考虑其水分问题.计算石英粉与长石的用量：石英粉的化学成分：SiO299。
89％，Al2O30.18%即一份石英粉引入SiO20。
9989份，Al2O30.0018份.同样一份长石可引入SiO20.6609份,Al2O30。
1804份,Fe2O3 0.1480份，CaO0。
0083份.设石英的用量为x，长石粉的用量为y，按照玻璃组成中SiO2与Al2O3的含量，列出联立方程式如下:SiO2 0.9989x+0.6609y=70。
5Al2O3 0.0018x+0。
1804y=5.0解方程x=52。
6 y=27.2即熔制100kg玻璃，需用石英粉52.6kg，长石粉27.2kg（由石英引入的Fe2O3为52.6×0。
0001=0.0053）计算由长石同时引入R2O和CaO与Fe2O3的量:Na2O 27。
2×0。
1480=4.03CaO 27.2×0.0083=0。
玻璃原料、熔化及窑炉
浮法玻璃成分
就浮法玻璃而言，对成分的要求可以概括如下： 高钙，中镁，低铝，微铁，少碱。
2.玻璃的配合料制备
配合料制备工艺流程
配合料的外观质量判断
水分检查：看配合料的干、湿度，有无料蛋。 质量的检查：是否有砖头，铁块或其他有害杂物。 配合料是否均匀：颗粒度是否合乎规定的标准。 配合料料进入窑后，看熔化的快慢及配合料料本身
原料粒径小，玻璃的熔化速率快，但生产中硅砂却不能有200目超细粉， 因为：
1、粒径小，颗粒比表面积大，颗粒之间的静电吸附效应较强，造成配合料 易结团而不利于熔化;
2、颗粒小，玻璃熔融反应速度加快，发泡变得激烈，但产生的大量微小气 泡却不易排除，使玻璃液澄清困难。
3、细颗粒级物料在窑内受热气流的冲击后飞散，易改变配合料组成，飞料 随废气排出时，会堵塞蓄热室格子砖体。
黄色，影响玻璃的外观质量。
氧化钙，氧化镁：
CaO：提高玻璃的机械强度、硬度和化学稳定性， 高温降低玻璃的粘度利于熔化和澄清，低温增 加玻璃的粘度提高硬化速度。但CaO含量过高易 使玻璃析晶，使玻璃发脆，降低玻璃的热稳定 性。 MgO作用与CaO相似，但能克服CaO析晶能力强的 特点，加宽作业温度范围，利于玻璃成型。 白云石主要引入CaO、MgO；石灰石主要引入CaO。
的变化情况。
配合料的相关质量因素
配合料的质量指标：化学成份、水份、颗粒度、混 合均匀度、温度等。
配合料成份准确：原料成份稳定、化验结果正确、 原料水份准确、称量的精确。
配合料的水份一般控制在4~5%，温度要求在35.4℃ 以上。
配合料混合均匀度：含碱均方差≤0.3。
二.玻璃的燃料简介
1.重油
重油又称燃料油，呈暗黑色液体，主要是以原油加 工过程中的常压油，减压渣油、裂化渣油、裂化柴 油和催化柴油等为原料调合而成。
04第四章 玻璃原料及配合料制备
原料用量总计为：117.71Kg 配合料气体率：117.71 100 玻璃产率为：
117.71 100 15.05 100 84.95% 100
100 15.05%
换算单计算：玻璃配合料量为500Kg,原料中碎 玻璃用量为配合料的30%，粉料含水量为5%， 各原料含水量见下表。
配料算例1 （1）玻璃的设计组成/%
SiO2 70.5
SiO2
Al2O3 5.0
Al2O3 B 2O 3
B2O3 6.2
Fe2O3
CaO 3.8
CaO 0.83
ZnO Na2O 2.0 12.5
Na2O 14.80 57.80 99.86 ZnO As2O3
(2)原料的化学组成
石英粉 99.89
长石粉 66.09 纯碱 氧化锌 硼砂 硝酸钠 方解石 55.78 36.21 16.45 36.35
2.配合料的混合 3.配合料的质量检验 配合料的均匀性：滴定法和电导法 化学组成的正确性：分析玻璃试样中的氧化物 配合料的水分：110°C下进行干燥失重
习题 玻璃的设计组成（%）
SiO2 Al2O3 MgO CaO Fe2O3 Na2O SO3
72.4
2.10
4.2
6.4
<0.2Biblioteka 14.50.202.
3.
校正 纯碱用量和挥散量 硅砂和砂岩用量 把上述结果换算而成原料量表 计算碎玻璃用量＝120.92*20% 干粉量＝120.92*（1-20%）＝96.74Kg 原料组分的比例系数＝96.74/120.92＝0.8 硅砂用量＝校正硅砂用量*0.8（同理计算其他原料） 含水硅砂用量＝硅砂用量/（1-含水百分含量）
玻璃原料及配合料制备
➢ 铜化合物 胶体铜的微粒使玻璃着成红色。
玻璃原料及配合料制备
3、硫、硒化合物
➢ 硒与硫化镉 单体硒的胶体粒子，使玻璃着成玫瑰红色。硒与硫化镉共用 可以制成由黄色到红色的玻璃。
➢ 锑化合物 在钠—钙玻璃中加入三氧化二锑、硫和煤粉，在熔制过程 中生成硫化钠，经过加热显色，硫化钠与三氧化二锑形成 硫化锑的胶体微粒，使玻璃着成红色。
玻璃工业用乳浊剂：
玻璃工业还必须考虑透光性，因此，乳浊剂的选择与釉料有 所不同。常用的乳浊剂有氟化物(萤石、氟硅酸钠)、磷酸盐 (磷酸钙、骨灰、磷灰石)等。
玻璃原料及配合料制备
2、助熔剂
定义：能促使玻璃熔制过程加速的原料称为 助熔剂。
种类：有效的助熔剂为氟化合物、硼化合物、 钡化合物和硝酸盐等。
玻璃原料及配合料制备
定义：使物质着色的物质，称为物质的着色剂。
作用：使物质对光线产生选择性吸收，显出一定的颜色。 陶瓷、水泥、玻璃均使用着色剂。
在玻璃生产中，根据着色剂在玻璃中呈现的状态不同， 分为以下几种：
离子着色剂
着色剂
胶态着色剂
硫硒化物着色剂
玻璃原料及配合料制备
1、离子着色剂
一、锰化合物——与铁共用，可以获得橙黄色到暗红紫色的 玻璃。与重铬酸盐共用，可以制成黑色玻璃。
物理脱色法常与化学脱色法结合使用。
物理脱色剂：二氧化锰、硒、氧化钴、氧化钕和氧化镍等。
玻璃原料及配合料制备
2.1.2.6乳浊剂、助溶剂、氧化与还原剂
1、乳浊剂
定义：使熔体降温时析出的晶体、气体或分散粒子出现 折射率的差别，在光线的反射和衍射作用下，引 起光线散射从而产生乳浊现象的物质称为乳浊剂。
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• MgO：网络外体氧化物，可改善玻璃的成 型性能，降低结晶倾向和结晶速度，增加 玻璃高温粘度，提高玻璃化学稳定性和机 械强度。
石灰石
方解石
菱镁矿 MgCO3
白云岩 3CaO· 2MgO
3、铝质原料
• 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，并有利于玻璃的乳浊，是制造
2.1.1 主要原料
• 在一般玻璃中，它的主要成分有 SiO2、 Na2O、 CaO、 Al2O3、 MgO 等五种 成分，为引入上述成分而使用的原料 称主要原料。
2.1.1 主要原料
• 1、硅质原料 • 2、钙镁原料
• 3、铝质原料
• 4、碱料 • 5、其它
1、硅质原料
• SiO2是玻璃中最主要的成分，它使玻 璃具有高的化学稳定性、力学性能、 电学性能、热学性能，但含量过多时 使熔制的玻璃液粘度过大，为此需相 应提高熔化温度。
乳浊玻璃不可缺少的原料之一。
• Al2O3是难熔物质，熔点超过2000℃，在玻璃组 成中含量一般都较低，约1~5%左右。引入过 多需提高玻璃的熔制温度和成型温度，控制不 当会产生结石。
4、碱料
• Na2O所提供的游离氧使玻璃结构中的O/Si 比值增加，起断键作用，因而可降低玻璃 粘度，是玻璃易于熔融。 • 作用：降低熔制温度，节约能源，是良好 助熔剂。 • 不利：会增加热膨胀系数，降低热稳定性、 化学稳定性和机械强度，一般不超过18%。
• 引入SiO2的原料主要有硅砂和砂岩。
粗粒石英砂岩
细石英砂
硅砂性能
• 1、外观：质地纯净的硅砂为白色，一般硅砂因 含有铁的氧化物和有机质而呈淡黄色、红褐色。 • 2、化学组成：
• 无害杂质：Al2O3、Na2O、K2O、CaO
• 有害杂质：氧化铁，能使玻璃着成蓝绿色而影 响玻璃透明度；Cr2O3，着色能力比Fe2O3大3-5 倍，使玻璃着成绿色；TiO2使玻璃着成黄色， 若与氧化铁同时存在可使玻璃着成黄褐色。
• 3、颗粒组成：通常颗粒度越细，其铝铁含 量也越大，玻璃生产要求的粒径应在0.15～ O.8mm之间。
• 4、矿物组成：
• 无害伴生矿物：长石、高岭石、白云石、方 解石；有害伴生矿物：赤铁矿、磁铁矿、钛 铁矿等。
砂岩
• 由石英颗粒和粘性物质在地质高压下胶结 而成的坚实致密的岩石。根据粘性物质的
• 要进行破粉碎的原料：砂岩、长石、石 灰石、萤石、白云石等。
碎石生产线
粗碎设备：颚式破碎机
• 动颚靠近定颚，压碎物料，动颚远离定颚， 则进料和出料。
中碎：反击式破碎机
• 5、助熔剂（加速剂）
萤石
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2.1.3 碎玻璃
• 破碎的和不合格的玻璃制品，以及将玻璃液在水中 骤冷得到的玻璃碎块，生产中产生的玻璃碎片和社 会上的玻璃的废弃物，都可以用作玻璃的原料，统 称碎玻璃。 • 采用它可以加速玻璃的熔制过程，降低玻璃熔制的 热量消耗，从而减低玻璃的生产成本和增加产量， 此外，碎玻璃也是很好的加速剂。但碎玻璃在掺入 配合料之前，应进行清洗和破碎，其粒度以2-20mm 为宜，过细反会影响熔化与澄清的进程。
• 它们的品种与用途虽各不相同，但它们的生 产工艺却有相近的生产流程。
• 玻璃生产流程：
• 成分设计→原料加工→配合料制备→ 坩埚窑熔化或池窑熔化→成型→一次 制品→退火窑退火→缺陷检验→一次 制品→深加工→检验→二次制品
2.1 玻璃原料
• 原料的选择
• 原料的选择与配合料的制备是玻璃生产工艺 的重要组成部分，它直接影响制品的产量、 质量与成本。因此，能否获得优质高产的配 合料对后续的熔制工艺和成型工艺的关系极 大。
• 不同的玻璃品种对原料的要求不尽相同，但 也有一些选择原料的共同准则。
选择原料的的技术要求，其中 包括化学成分稳定、含水量稳定、颗粒组成稳定、 有害杂质少 ( 主要指 Fe2O3) 等。 (2) 便于在日常生产中调整成分； (3) 适于熔化与澄清，挥发与分解的气体无毒性； (4) 对耐火材料的侵蚀要小； (5) 原料应易加工、矿藏量大、分布广、运输方便、 价格低等。 • 对所选原料在使用前应进行破粉碎试验、熔制试 验和制品的物性检验。
纯碱
天然芒硝
5、其它
天然硼砂
密陀僧（氧化铅 PbO\黄丹）
绿柱石 （3BeO•Al2O3•6SiO2) 天青石SrSO4
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2.1.2 辅助原料
• 辅助原料：为使玻璃获得某种必要的
性质，或为加速玻璃熔制过程而引入
的原料通称为辅助原料。
2.1.2 辅助原料
• 1、澄清剂
• 2、着色剂
• 3、脱色剂 • 4、乳浊剂
第二章 玻璃原料及配合料制备
• 2.1 玻璃原料 • 2.2 配合料的制备
• 2.1.1 主要原料 • 2.2.1原料的选择与加工 • 2.2.2 玻璃组成的设计与 • 2.1.2 辅助原料 确定 • 2.1.3 碎玻璃 • 2.2.3 配合料的计算 • 2.2.4 配合料的制备
• 玻璃是一种具有各种优良性能和易加工的材 料，它广泛用于各个领域，如建筑玻璃、日 用玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、药用玻璃、 仪器玻璃、激光玻璃等。
性质可分为粘土质砂岩、长石质砂岩和钙
质砂岩。
• 砂岩成分不仅取决于石英颗粒，而且与粘
性物质的种类和含量有关。
• 有害杂质：氧化铁。
2、钙镁原料
• CaO：网络外体氧化物，能增加玻璃的化学稳 定性和机械强度。含量一般不超过12.5%，过 高使玻璃结晶倾向增大，使玻璃脆性增加。 • 高温时能降低玻璃粘度，有利于玻璃的熔化和 澄清。 • 温度降低时玻璃液粘度很快增加，造成成型困 难，故CaO含量高的玻璃成型后需立即退火， 否则易于破裂。
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2.2 配合料的制备 2.2.1 原料的加工
1、原料加工的意义
（1）有利于物料流动 （2）有利于均匀混合 （3）加快熔化速度 （4）有利于物料精选
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2、原料的加工处理
• 若采用块状原料进厂都必须经过破碎、 粉碎、筛分而后经称量、混合制成配 合料。
3、原料的破碎与粉碎
• 设备选择原则：根据矿物原料的块度、 硬度和需要的粒度等来选择加工处理方 法和相应的设备。