浅议砂岩粒度和水分对生产的影响及控制

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1、1浮法硅质原料粒度和水分对生产的影响及控制浮法硅质原料粒度和水分对生产的影响及控制摘摘 要：要：本文介绍了硅质原料的粒度对熔化、成分的影响，对加工过程中粒度和水分的控制提出了要求，只有严格控制硅质原料进厂粒度和水分，并在生产过程中积极采取有效措施，才能保证浮法玻璃生产的稳定。关键词：关键词：硅质原料 粒度 水分1 1 引言引言硅质原料是浮法玻璃生产的重要原料，占原料用量的 60%左右。随着对浮法玻璃质量 要求的不断提高，对硅质原料的质量要求也越来越高，其质量的好坏直接影响着玻璃质量 和生产的稳定性。本文主要从硅质原料的粒度和水分方面探讨对浮法玻璃生产的影响及控 制措施。2 2 硅质原料粒度对熔

2、化的影响硅质原料粒度对熔化的影响硅质原料是配合料中最难熔化的原料，其粒度的大小对玻璃熔化至关重要，直接影响 玻璃质量和能源的消耗，在生产中选用合理的硅质原料粒度非常关键。 硅质原料颗粒的熔化速度决定了配合料的熔化速度和玻璃的形成速度。研究表明，一 般情况下硅质原料的溶解时间与颗粒半径成正比。玻璃形成时间（T）与硅质原料粒度的关 系如下：T=KR3 式中：T玻璃形成时间R硅质原料颗粒的半径K与玻璃成分和温度有关的参数 由上式可以看出，硅质原料半径越小，熔化速度越快。粒度偏大则熔化时间长，粒度 偏细则熔化时间短。试验表明粒径为 0.4mm 的砂子比粒径为 0.8mm 的砂子熔化所需的时间 要缩短四

3、分之三左右。硅质原料中大颗粒的存在会延长配合料的熔化时间，导致玻璃中出 现硅质夹杂物等现象。 玻璃生成时间与石英颗粒半径的关系如图 1 所示。图 1 玻璃生成时间与石英颗粒半径的关系图实际上，玻璃制造中最重要的反应是石英颗粒的熔解过程，因为玻璃形成过程的速度 取决于石英颗粒的熔解速度。2如前所述，以平板玻璃的熔制为例，从硅酸盐形成开始到玻璃形成阶段结束共需 32 分 钟，其中硅酸盐形成只需 34 分钟，而玻璃形成却需要约 2829 分钟。总而言之，玻璃 形成速度与玻璃成份、砂粒大小、熔制温度等有关。 硅质原料的粒度越小越有利于玻璃的熔化，但是并非越细越好。当硅质原料中超细粉 含量过高时，由于表

4、面积增大导致静电吸附效应强，易使配合料结团而不利于熔化；在熔 化时反应速度加快，发泡剧烈，产生的小气泡不易排除，影响玻璃澄清效果；超细粉在窑 内受热气流冲击容易飞散，影响配合料的组成，还容易堵塞蓄热室，降低熔窑使用寿命。 另外，细粉多，夹杂的空气多，熔化澄清的难度也相应加大。因此，制定合理的粒度标准， 进货时严格按标准进行检查和验收非常重要。 在上世纪九十年代初期，国内某厂硅砂实际进厂粒度 18 目以上比例约为 3%，有时甚 至更多，由于硅砂问题引起的玻璃质量缺陷尤其是疙瘩经常出现。后来，硅砂粒度控制逐 渐加强，要求大于 24 目颗粒为零后生产恢复稳定。3 3 关于硅质原料粒度的要求关于硅质原

5、料粒度的要求硅质原料颗粒度与颗粒组成是一项重要的质量指标。颗粒大时会使熔化困难，并常常 产生结石、条纹等缺陷。在实际生产中，不仅要控制颗粒上下限，还应合理控制粒度分布。 同一种原料的不同粒级中化学成分含量有较大差别。表 1 数据反映了这种差异。化学成分筛网目数百分含量（%） SiO2Fe2O3Al2O3MgOIL+4023.9598.130.160.780.170.47+6020.2098.460.160.780.110.38+8013.3098.430.160.780.140.41+10010.7598.070.170.970.140.49-10031.8095.350.432.640.17

6、0.99 从表中数据可以看出，小于 100 目粒级中的化学成分波动严重，含硅量低，含杂质 （Fe2O3、Al2O3）高，因此，对硅质原料中超细粉的含量要进行严格控制。 从某硅砂矿点不同粒度的硅质原料成分分析结果来看，也验证了粒度对成分影响的变 化规律。见表 2。化学成分粒径（mm） SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK20Na2O 0.150 以上99.010.360.040.130.010.050.07 0.1500.12098.800.360.070.130.020.080.10 0.120 以下98.100.370.200.180.080.120.18 平均98.870.360.0

7、60.130.010.070.09 大量的选矿试验结果表明，即使同一个矿点的料在做筛分检测分析时，粒度越细，含 碱金属和碱土金属越多，含铁也越多。硅质原料质量变化的基本规律是随着粒度变细， SiO2品味将会逐渐降低，Fe2O3品味及 Al2O3品味则相应升高。这就要求在选择硅质原料供 应商和制定质量标准时要考虑以下几点，以确保质量稳定。 第一，制定质量标准时一定要注意对粒度的控制，严格控制大颗粒和超细粉的含量。 第二，要选择储存量大一些的矿点，矿源要丰富。 第三，矿点开采、加工工艺要先进。 第四，在同等条件下，应选用分化好、杂质含量较低的矿点。 JCT529 一 94 国家建材行业平板玻璃用硅

8、质原料标准对粒度的要求见表 3：级别粒度组成%3+1mm+0.8mm+0.71mm+0.5mm-0.1mm 优等品000.503.005.503.005.001 级10.00 2 级20.00 3 级25.00 4 级00.50_30.00国外对玻璃用硅质原料的粒度要求见表 4：国家大颗粒砂要求小颗粒砂要求俄罗斯0.5mm 5%0.1mm 8%美国0.42mm 4%0.1mm 1%英国0.5mm 5%0.125mm 4%比利时0.4mm 4%0.12mm 4%德国0.5mm 5%0.1mm 1%日本-0.2mm 3%捷克0.6mm 2%0.1mm 1%从表 3 和表 4 的数据对比可以看出，我

9、国玻璃硅质原料在粒度要求方面与国外存在较 大差距。发达国家浮法玻璃企业使用硅质原料的粒度范围一般控制在 0.10.5mm。 4 4 硅质原料加工过程中对粒度和水分的控制硅质原料加工过程中对粒度和水分的控制 我国浮法玻璃企业主要是用砂岩最为硅质原料，加工工艺的选择对砂岩粒度和水分的 控制非常关键。 砂岩加工方法可分为干式和湿式两种。干式加工工艺分为直接粉碎、煅烧后粉碎和砂 岩自磨三种工艺。湿法加工可分为湿碾-分级和湿法棒磨-磁选两种工艺。目前，国内浮法 玻璃企业普遍采用干法加工工艺和湿法加工工艺相结合的方式。加工过程中破碎流程简单， 产生细粉很少，并在破碎过程中设置除铁器，防止铁件进入磨碎系统。

10、磨碎系统采用闭路 流程，利用筛分设备分级，严格控制产品粒度，避免过磨现象。除铁采用磁选机和磁选棒 组。多段破碎湿法棒磨湿式磁选水力分级的流程是最经济、可靠、环保的选矿工艺。 一般砂岩加工流程如下： 块料颚式破碎机（粗破）颚式或对辊破碎机（细破）湿法棒磨除铁高频振 动筛筛下物进行水力分级脱泥分级 1分级 2除铁脱水半成品库皮带机成 品库 该方法可以将砂岩大于 0.71mm 颗粒含量控制在 0.5%以下，小于 0.1mm 颗粒含量控制 在 5%以下，完全能够满足浮法玻璃生产需要。 湿法棒磨工艺加工砂岩粒度组成情况见表 4：粒度+0.71mm0.50.71mm0.10.5mm-0.1mm 含量（%）

11、0.5292.55根据砂岩加工企业当地的气候条件和场地条件可以采用自然脱水或人工脱水，将水分 降至 5%以下。自然脱水法是用脱水仓或堆场滤水。人工脱水法是用过滤设备将水分降至 10%以 下，然后进入烘干机。 5 5 硅质原料进厂质量控制硅质原料进厂质量控制 对于进厂的硅质原料质量指标包括成分、粒度、水分等，这些指标的确定视各企业的 具体情况而定，确定指标的原则一般为：一是应与企业产品即浮法玻璃质量水平相适应， 因为企业追求的是利润，一味地将企业自身的进厂原料质量与国际水平相比，而不考虑自 身产品的综合质量水平，不考虑投入产出比是不切合实际的。二是进厂硅质原料质量指标 应考虑其生产过程的特殊性。

12、天然硅砂经加工后超细粉含量很容易控制在 2.0%以下，湿法4棒磨工艺生产的砂岩也可以将超细粉控制在 5%以下，但石碾加工砂岩超细粉一般在 1020%， 甚至更高。 湿法生产的砂岩水分控制在 5%以下需要经过烘干过程，但所增加的成本又是生产单位 不能接受的。或者在堆场上经过长期滤水后可以达到要求，但生产周期太长，砂岩加工企 业 一般难以承受。另外，随着砂岩供不应求局面的出现，加工后砂岩根本来不及滤水就出 厂了，砂岩运到玻璃企业后水分仍然很高。到了冬季，北方企业加工的砂岩会出现冻块， 水分更加难以控制。因此，作为玻璃生产企业来讲，稳定砂岩供应对保持生产的稳定至关 重要，拥有自己的矿石资源或具有稳定

13、的供应链是玻璃企业追求的目标。 国内玻璃厂家对砂岩的粒度和水分要求见表 5：粒度项目0.71mm0.105mm水分要求不允许5%5%为了确保硅质原料进厂质量符合标准要求，对每批进厂的硅质原料全部要进行大颗粒 检查，防止混有大颗粒的原料进入混料系统。超细粉的检查可采取批次检查的方法。 各厂对于硅质原料进厂水分的控制不尽相同，实力雄厚的企业拥有稳定的供应链，原 料供应充足，加工单位生产控制较好，基本可以把水分控制在 5%以下。但对于不具备稳定 供应链的企业来说，水分控制在 5%以下非常困难，实际进厂水分常常远超过 5%。5%的水分 只能作为结算时依据，超出部分扣除。如果厂内没有足够大的仓库或均化库

14、进行滤水的话， 硅质原料水分的波动会非常大，对生产的稳定性将带来较大影响。 6 6 硅质原料使用过程中的粒度和水分控制硅质原料使用过程中的粒度和水分控制 硅质原料在使用过程中对于粒度的控制相对比较宽松，大部分厂家在使用前要对硅质 原料进行筛分，一般采用平面摇筛。由于硅质原料水分大而且筛分量也比较大，筛网目数 不可能按照进厂质量要求，筛网目数往往只有 6 目，过筛的目的只是去除混入的杂质、料 团或冻块的作用，而超过 0.71mm 以上的大颗粒并不能剔除。如果进厂硅质原料中存在大颗 粒，往往会在产品上形成结石。 硅质原料水分的波动对配合料的质量影响很大。在浮法玻璃原料配方调整过程中，若 按照引入玻

15、璃中氧化物含量变化 0.05%计算，那么硅质原料的变化范围约为 0.080.15%， 硅质原料一般化学成分波动0.20%，而原料水分变化远远大于此值。水分的波动直接导致 混合料成分波动。解决这个问题的办法有：严格控制进厂硅质原料的水分在 5%以下；厂内 建设足够大仓库以便于通过延长原料储存周期来实现滤水；设立均化库；在线检测硅质原 料水分。料库储存量小，均化库使用不理想，季节变化也是硅质原料水分波动的重要原因之一。 如果硅质原料水分较大，在同一个配料仓内不同断面的原料水分变化很大，最大可以达到 8.0%左右，最低为 5.7%左右，相差 2.3%。这种波动将直接影响配合料的质量，采用人工取 样方式检测硅质原料水分用于生产已不能满足质量要求。因此，应用在线测水仪参与配合 料制备系统可以及时根据硅质原料水分的变化修订配料表，最大限度的减少因水分变化引 起的称量误差。参考文献： 1 马玉聪，浮法玻璃硅质原料的质量控制J，玻璃，1999， （1） ，13-14 2 姜宏等，浮法玻璃原料玻璃M，北京，化学工业出版社 2006.7 3 陈正树，浮法玻璃M， 武汉，武汉理工大学出版社 2002.6 4 李晋同，颗粒度对硅砂成分和熔化影响的探讨J，玻璃，2005， （4） ，22-24