利用高鋁硅質原料替代優異硅質原料的研究

【中玻網】某浮法玻璃公司每天要使用約1 000 t的優異硅砂和砂巖粉，而該公司附近有大量優異的長石質硅砂，價格也比較便宜，但這些廉價硅砂的主要問題是鋁含量相對高，而鋁含量高會使玻璃的黏度增加，造成熔化困難，還會使析晶溫度增加，造成玻璃失透。因此通過調整玻璃組成、適當提高熔化溫度、改變一些原料的配比等來解決這些問題，不但可以利用當地的豐富資源，減少運輸費用，降低原料成本，而且可以節約純堿用量，進一步減少玻璃制造成本。

　　配合料的制備：本次試驗為了更接近生產實際，選用的都是工廠生產用的實際原料，從生產線原料車間取回原料直接配制。各種原料的化學組成見表1。

　�。�1）改變玻璃組分中的鋁含量：不同鋁含量的玻璃成分見表2，依據黏度溫度的數據和曲線，繪制了熔化溫度、析晶溫度隨鋁含量變化的曲線，見圖1和圖2。

　　圖1熔化溫度隨鋁含量變化的曲線

　　圖2析晶溫度隨鋁含量變化的曲線

　　可以看出：隨著玻璃中鋁含量的增加，玻璃的熔化溫度隨之增加，析晶溫度也隨之增加，析晶溫度提高，也會帶來玻璃的失透，這些對制造優異的玻璃都是不利的。

　�。�2）在玻璃組分中加入氧化硼：期望降低熔化溫度和改善析晶性能。表3是添加不同量氧化硼，熔制玻璃試樣之后進行測試的情況。

　　當硼含量從0.1%～0.5%變化時，玻璃的熔化溫度有很大的變化，見圖3和圖4。

　　圖3含2%氧化鋁玻璃的熔化溫度隨硼加入量變化的曲線

　　圖4含3%氧化鋁玻璃的熔化溫度隨硼加入量變化的曲線

　　從圖3和圖4可以看出，加入的氧化硼從0.1%～0.5%變化之后，含2%氧化鋁的玻璃組分的熔化溫度從1 442℃降到1 427℃；而含3%氧化鋁的玻璃組分的熔化溫度從1 453℃降到1 438℃。所以在鋁含量較高時，加入氧化硼可以降低熔化溫度，從而實現既使用了長石質硅砂，又不明顯改變工藝制度的目的。

　　（3）在玻璃組分中加入氧化磷：氧化磷可以舒緩玻璃的析晶，在組分中引入氧化磷，測試其對玻璃析晶的舒緩情況。從圖5可以看出，隨著氧化磷的加入，玻璃的析晶溫度發生了明顯的下降。

　　圖5析晶溫度隨氧化磷加入量變化的曲線

　�。�4）調整氧化鈣：調整氧化鈣設計的試驗料方見表4，增加鈣含量玻璃的高溫黏度的變化見圖6。從表4和6可以看出，對于鋁含量為2%的玻璃組分，在黏度lg2處的溫度隨著鈣含量的增加從1 445℃降到1 430℃，所以增加鈣含量有助于高鋁成分的玻璃熔化。

　�。�5）調整氧化鎂：其它組分不變，僅改變玻璃中的氧化鎂，玻璃的析晶性能有好的改善。析晶溫度隨氧化鎂加入的變化。

　　（6）調整組分中CaO/MgO的比值：固定其它成分不變，僅改變CaO/MgO的比值，研究其變化對玻璃熔化的影響。不同的CaO/MgO比值見表5，不同的CaO/MgO比值玻璃的熔化情況。

　　由以上試驗可以看出，CaO/MgO比值對玻璃的熔化有著至關重要的作用，只有在此比值為2~2.5時，玻璃的熔化情況是很好的。所以綜合考慮以上試驗的現象，認為雖然單獨改變玻璃組成中的氧化鈣或氧化鎂，都可以不同程度地改善玻璃的熔化和析晶情況，但CaO/MgO的比值變化對玻璃熔化造成的影響更大。所以，單獨調整氧化鈣和氧化鎂都是不可取的。

　　結果和分析：（1）通過以上試驗數據及分析，得出結論：浮法玻璃生產企業使用當地廉價的高鋁含量的長石質硅砂用于玻璃生產在技術上是完全可行的。（2）經濟效益估算：從經濟效益方面來考慮，玻璃工廠附近有個硅砂礦，該礦的硅砂經過浮選后，鋁含量可以達到1.8%~2.2%，硅砂運到廠里的費用約為100元/t。而原來的優異硅砂運到廠都要約200元/t，而且供應量越來越少，價格還會上漲。該玻璃廠每年需要使用優異硅砂約35萬t。考慮使用當地硅砂替代一部分優異硅砂，如果每年替代10萬t，則每年可以節省1 000萬元，這是比較可觀的經濟效益，還可以減輕優異砂供應越來越少的困擾。