熔制玻璃的化工原料

熔制玻璃的化工原料

玻璃原料

概述

用于制备玻璃配合料的各种物质，统称玻璃原料。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，系指往玻璃中引入各种组成氧化物的原料，如石英砂、石灰石、长石、纯碱、东化合物等。按所引入的氧化物的性质，又分为酸性氧化物原料；碱性氧化性原料；碱土金属和二价金属氧化物原料；多价氧化物原料。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，是使玻璃获的一些必要的性质和加速熔制过程的原料。它们的用量少，但他们的作用大，根据作用的不同，分为澄清剂、脱色剂、着色剂、乳浊剂、氧化剂、还原剂、助熔剂等。

主要原料

引入酸性氧化物原料

二氧化硅

SiO2,分子量：60.06，D:2.4-2.65

二氧化硅是主要的玻璃形成氧化物，以[SiO4]结构组元形成不规则的连续网络，成为玻璃的骨架。

单纯的SiO2可以在1800℃以上的高温下，熔制形成石英玻璃。在Na-Ca-Si玻璃中SiO2能降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、软化温度、硬度、机械强度、粘度和透紫外光性。但使用量过高需用过高的熔制温度，而且可能导致析晶。

引入SiO2的原料石英砂、硅沙、石英岩。在玻璃中用量较大，占配合料的60%-70%以上。

1. 石英砂

石英砂又称为硅沙，它的主要成分是SiO2，含量：98.5%-99.5%以上，含有：Ai2O3、TiO、CaO、MgO、Fe2O3、R2O等杂质。

一般内在质量要求：表一

玻璃品种Fe2O3 Cr2O3 TiO

水晶料、器皿料、高白料、≤0.01≤0.001≤0.05

保温瓶、药用瓶、微晶玻璃≤0.10≤0.025≤0.1

乳白料、普白料、棕色玻璃≤≤0.15≤0.03

清白料、平板料、化学仪器≤0.25

翠绿料、枯叶黄、有色玻璃≤0.35

石英砂的颗粒度和颗粒度组成是重的质量指标，颗粒度的大小决定熔化的质量。过大难融化，并在生产过程中产生结石、条纹现象。细的石英砂熔化速度快，但过细的沙容易飞扬、结团，使配合料混合不均匀。在投料过程中，过细的部分及易被燃烧的气体带入蓄热室堵塞筒子砖，降低窑炉的使用寿命，甚至被迫停产，造成巨大的损失，同时使玻璃成分发生变化。因此要严格控制石英砂的颗粒度组成。

项目20目以上20-60目60-100目120目以下

石英砂不许有≤25%≥75%≤5%

H2O% ≤6%

2. 砂岩

砂岩是石英砂在高压下作用，由胶结物胶结而成的矿岩。根据胶结物的不同，有SiO2胶结的砂岩，粘土胶结的砂岩，石膏胶结的砂岩等。一般来说，砂岩的硬度高，近于莫氏硬度七级，质量要求是含SiO298.5%以上，含Fe2O3不大于0.2%。

3. 石英岩

石英岩是石英颗粒彼此紧密结合而成，是砂岩的变质岩，石英岩硬度比砂岩高莫氏硬度七级，强度大，使用情况与砂岩一样。

几种SiO2原料的化学组成（G%）表三

原料产地SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO R2O SJ

昆明硅砂99.5 0.006 0.46

内蒙硅砂86-91 0.3 5-6 1.0 1-1.5

威海硅砂91-95 0.1 3-6 0.1 2-3

沂南硅砂98-99 0.05-0.15 0.2 0.1 0.5

宿迁硅砂88-92 0.10-0.2 4.5-6.0 0.2 4-6

湖州石英98.32 0.03 0.96 0.46 0.05 0.25

靳春石英99.85 0.02

凤阳石英99.5 0.02

引入氧化硼的原料

B2O3，分子量：69.62，D：1.84

B2O3是玻璃生成氧化物，它以[BO3]和[BO4]为结构组元，在硼硅酸盐玻璃中与硅氧四面体共同组成结构网络.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、提高博得机械强度。

B2O3在高温是能降低玻璃的粘度，在低温时提高玻璃的粘度，所以含B2O3较高的玻璃，成型的温度范围较窄，因之可以提高机械速度。B2O3还起助熔剂的用，加速玻璃的澄清和降低玻璃的结晶能力。B2O3常随水蒸气挥发，硼硅酸盐玻璃液表面上因B2O3挥发减少，会产生富含B2O3析晶料皮，当B2O3引入量过高时，由于[BO3]增多，玻璃的膨胀系数反而增加，发生反常现象即—硼反常现象。

B2O3是耐热玻璃、化学仪器玻璃、温度计玻璃、光学玻璃、真空玻璃以及其它特种玻璃的重要组成。

引入的原料，硼酸、硼砂、硼矿物质

1. 硼酸

H3BO3，分子量：61.82，D：1.44，B2O3=56.45%, H2O4=43.55%。

硼酸是白色鳞片状三斜结晶，具有特殊光泽，易溶于水，加热100℃则失去部分水分分解，变为HBO2。在140℃—160℃时，转变为[H2B4O7]，继续加热则完全转变为熔融的B2O3。在熔制玻璃时。B2O3的挥发与玻璃的组成和溶制温度、窑炉气氛、配合料的水分、熔制时间有关，一般为自身重量的5—15%，高达15%以上。在配方设计时，应根据玻璃的组成确定的挥发量，并在计算时予以补正。

2. 硼砂

Na2B4O710H2O,分子量：381.4，D:1.72，B2O3=36.65%，Na2O=16.20%, H2O4=47.15%。

含水硼砂是坚硬的白色菱结晶体，易溶于水，加热膨胀而失去结晶水，最后变为玻璃状。在熔制时同时引入Na2O和B2O3，B2O3的挥发与硼酸相同。注意含水的硼砂在储藏中会失去水分发生变化。

无水的硼砂或者煅烧的硼砂是无色的玻璃小状，D:2.37，含B2O369.20%，Na2O 30.8%，在熔制时它的挥发很小。

对硼砂的质量要求：B2O335%，Fe2O30.01%，

3. 含硼矿物质

硼酸和硼砂价格昂贵，使用天然矿物质经过精选后引入B2O33能降低成本。我国辽宁、吉林、青海、西藏等省有丰富的硼矿资源。天然的硼矿主要有：

（2）硼镁石2MgO.B2O3.H2O含B2O319.07-40.88%，MgO3.51-44.60%，R2O30.18-3.78% （2）钠硼解石NaCaB5O9.8H2O,含Na2O7.7%，CaO13.8%，B2O343.8% ，H2O 35.5%，杂质MgO+K2O。

（3）硅钙硼石Ca2B2(SiO4)2(OH)2,含CaO 35%，B2O321.80%，SiO237.60%，H2O 5.6%。

引入氧化铝的原料

Al2O3 分子量101.94，D:3.84。

属于中间体氧化物，当玻璃的Na2O和Al2O3的分子比大于一时，则形成铝氧四面体，并以硅氧四面体组成连续的结构网。当玻璃的Na2O和Al2O3的分子比小于一时，则形八面体，为网络外体而处于硅氧结构网的空穴中。