《无机材料工艺原理 10 玻璃原料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机材料工艺原理 10 玻璃原料（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,2.1 玻璃原料,教学内容,教学重点: 主要原料 辅助原料 教学难点: 主要原料,2.1 玻璃原料,玻璃原料通常分为主要原料及辅助原料: 主要原料：在一般玻璃中，它的主要成分有 SiO2 、Na2 O 、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。 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。以下分别叙述上述两类原料。,一、引人 SiO2 的原料,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。引入SiO2 的原
2、料主要有硅砂和砂岩。 1 硅砂 也称石英砂，它主要由石英颗粒所组成。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。 评价硅砂的质量主要有以下三个指标：,(1) 硅砂的化学组成。它的主要成分是 SiO2 ，另含有少量的 Al2O3 、 Na2O 、 K2O 、 CaO 等无害杂质。主要的有害杂质为氧化铁，它能使玻璃着成蓝绿色而影响玻璃透明度。有些硅砂中尚含有 Cr2O3 ，它的着色能力比 Fe2O3大 30-50 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。,(2) 硅砂的颗粒组成。它是评价硅砂质量的重要指标。它的颗粒大小与颗
3、粒组成对原料制备、玻璃熔制、蓄热室堵塞均有直接影响。通常颗粒度越细，其铝铁含量也越大。硅砂的粒径应在 0.15 0 .8mm 之间。 (3) 硅砂的矿物组成。与其伴生的无害矿物有长石、高岭石、白云石、方解石等；与其伴生的有害矿物主要有赤铁矿、磁铁矿、钛铁矿等。,2 砂岩 是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。根据粘性物质的性质可分为粘土质砂岩、长石质砂岩和钙质砂岩。所以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。砂岩中的有害杂质是氧化铁。表 2 3 1 为硅质原料的成分范围。 表 2 3 1 硅质原料的成分范围 ( ),二、引人 Al2O3 的原料,引入
4、A12O3 的原料主要有长石和高岭土。 1 长石 在自然界中的长石有：呈淡红色的钾长石 (K2O A1 2O3 6SiO2 ) 、呈白色的钠长石 (Na2O Al2O3 6SiO2 ) 和钙长石 (CaO Al2O3 6SiO2 ) 。在矿物中它们常以不同的比例存在，所以长石的化学组成波动较大。对长石的质量要求是： A12O3 16 ； Fe2O3 0.3 ； R2O 12 。,2 高岭土 又称粘土 (Al2O3 2SiO2 2H2O) ，由于所含 SiO2 及 A12O3 均为难熔氧化物，所以在使用前应进行细磨。对高岭土的质量要求是： A12O3 25 ； Fe2O3 O.4 。表 2 3
5、2 为长石和高岭土的成分范围。 表 2 3 2 长石和高岭土的成分范围 ( ),三、引人Na2O 的原料,主要有纯碱和芒硝。 1 纯碱 (Na2CO3 ) 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。对纯碱的质量要求是：Na2CO3 98 ； NaCl 1 ； Na2SO4 0.1 ； Fe2O3 O.1 。,2 芒硝 (Na2SO4 ) 有无水芒硝和含水芒硝 (Na2SO4 10H2O) 两类。使用芒硝不仅可以代碱，而且又是常用的澄清剂，为降低芒硝的分解温
6、度常加入还原剂 ( 主要为碳粉、煤粉等 ) 。使用芒硝也有如下缺点：热耗大、对耐火材料的侵蚀大、易产生芒硝泡，当还原剂使用过多时， Fe2O3 还原成 FeS 而使玻璃着成棕色。对芒硝的质量要求是： Na2SO4 85 ； NaCl 2 ； CaSO4 4 ； Fe2O3 0.3 ； H2O 5 。,四、引人CaO 的原料,主要有石灰石、方解石。上述原料均为 CaCO3 ，后者的纯度比前者高。对含钙原料的质量要求是： CaO 50 ； Fe2O3 0.15 。,五、引人 MgO 的原料,主要为白云石 (MgCO3 CaCO3 ) ，呈蓝白色、浅灰色、黑灰色。对白云石的质量要求是： MgO 20
7、 ； CaO 32 ； Fe2O3 0.15 。,六、澄清剂,凡在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃粘度促使玻璃液中气泡排除的原料称澄清剂。常用的澄清剂可分为以下三类： 1 氧化砷和氧化锑 均为白色粉末。它们在单独使用时将升华挥发，仅起鼓泡作用。与硝酸盐组合作用时，它低温吸收氧气，在高温放出氧气而起澄清作用。由于 As2O3 的粉状和蒸气都是极毒物质，目前已很少使用，大都改用 Sb2O3 。,2 硫酸盐原料 主要有硫酸钠，它在高温时分解逸出气体而起澄清作用，玻璃厂大都采用此类澄清剂。 3 氟化物类原料 主要有萤石 (CaF2) 及氟硅酸钠 (Na2SiF6) 。萤石是天然矿物，是由白、
8、绿、蓝、紫色组成的微透明的岩石。氟硅酸钠是工业副产品。在熔制过程中，此类原料是以降低玻璃液粘度而起澄清作用。对耐火材料侵蚀大，产生的气体 (HF、SiF4 ) 污染环境，目前已限制使用。,七、着色剂,根据着色机理，着色剂可分为以下三类： 1 离子着色剂 锰化合物的原料有：软锰矿 (MnO2) 、氧化锰 (Mn2O3 ) 、高锰酸钾 (KMnO4) 。 Mn2O3 使玻璃着成紫色，若还原成 MnO 则为无色。钴化合物的原料有：绿色粉末的氧化亚钴 (CoO) 、深紫色的 Co2O3 和灰色的 Co3O 4 。热分解后的 CoO 使玻璃着成天蓝色。 铬化合物的原料有：重铬酸钾 (K2Cr2O7) 、
9、铬酸钾 (K2CrO4 ) 。热分解后的 Cr2O3 使玻璃着成绿色。,铜化合物的原料有：蓝绿色晶体的硫酸铜 (CuSO4 ) 、黑色粉末的氧化铜 (CuO) 、红色结晶粉末的氧化亚铜 (Cu2O) 。热分解后的 CuO 使玻璃着成湖蓝色。 2 胶体着色剂 化合物的原料有：三氯化金 (AuCl3 ) 的溶液，为得到稳定的红色玻璃，应在配合料中加入 SnO2 。银化合物的原料有：硝酸银 (AgNO3 ) 、氧化银 (Ag2O) 、碳酸银 (Ag 2CO3) 。其中以 AgNO3 所得的颜色最为均匀，添加 SnO2 能改善玻璃的银黄着色。铜化合物的原料有： Cu2O 及 CuSO4 ，添加 SnO
10、2 能改善铜红着色。,3 化合物着色剂 硒与硫化镉：常用原料有金属硒粉、硫化镉、硒化镉。单体硒使玻璃着成肉红色； CdSe 着成红色； CdS 使玻璃着成黄色； Se 与 CdS 的不同比例可使玻璃着成由黄到红的系列颜色。,八、脱色剂,主要指减弱铁氧化物对玻璃着色的影响。根据脱色机理可分为化学脱色剂和物理脱色剂两类。 常用的物理脱色剂有 Se 、 MnO2 、 NiO、 Co2O3 等；常用的化学脱色剂有 As2O3 、 Sb2O3 、 Na2S 、硝酸盐等。,九、氧化剂和还原剂,在熔制玻璃时能释出氧的原料称氧化剂，能吸收氧的原料称还原剂。属氧化剂的原料主要有硝酸盐 ( 硝酸钠、硝酸钾、硝酸钡
11、 ) 、氧化铈、 As2O5 、 Sb2O5 等。属还原剂的原料主要有碳 ( 煤粉、焦炭、木屑 ) 、酒石酸钾、氧化锡等。,十、乳浊剂,使玻璃产生乳白不透明的原料称乳浊剂。最常用的原料有氟化物 ( 萤石、氟硅酸钠 ) 、磷酸盐 ( 磷酸钙、骨灰、磷灰石 ) 等。,十一、其他,玻璃工业所采用的原料主要是矿物原料与工业原料两类。随着工业发展，新的矿物原料不断发现，工业废渣、尾矿的不断增加，影响了环境，为此，应根据玻璃制品的要求而选用新矿与废渣来改变现有的原料结构。国内目前采用的有含碱矿物、矿渣、尾矿，用它们来引入部分氧化钠。这些原料主要有以下品种：,1 天然碱 其中含较多的 Na2CO3 和 Na
12、2SO4 ，是一种较好的天然矿物原料，它的成分为： SiO2 5% 6 ； Na2CO3 67 ； Na2SO4 17 ； Fe2O3 0.3 。,2 珍珠岩 它是火山喷出岩浆中的一种酸性玻璃熔岩，其成分随各地而异，一般为灰绿、绿黑，并有珍珠状光泽。其成分主要为： SiO2 73 ； Al2O3 13 ； R2O 9 ； Fe2O3 0.9 4 。 3. 钽铌尾矿 其主要成分为： SiO2 70 ； Al2O3 17 ； R2O 8 ； Fe2O3 0.1 。它是目前应用较多的一种代碱尾矿。 4 碎玻璃 它是生产玻璃时的废品，常用作回炉料。对制品质量要求不高的小型企业也可全部采用碎玻璃来生产玻璃制品。,小结,玻璃原料 主要原料 辅助原料,作业,1、引入玻璃的主要原料是什么？ 2、引入玻璃的辅助原料是什么？,Bye Bye,
