玻璃熔制的减压澄清.doc

玻璃熔制的减压澄清 陕西科技大学李启甲 安徽省第一轻工业学校毕洁 玻璃生产是能量高消费的产业。随着地球温度上升、能源紧张等问题的提出以及降低 生产成本的需要，玻璃工业的节能降耗已是势在必行。 所谓减压澄清就是通过对玻璃熔融液傲减压处理，使残存气泡长大，迅速上浮丙排出 的方法。这种澄清方法的最大优势就是节能。 “减压澄清”在我国玻璃行业中还没有使用，甚至对“减压澄清”一词都还比较陌生。玻 璃熔融时的澄清过程在减压条件下得到促进，从直觉上容易认可，但实际上引起了哪些反 应?减压澄清时究竟发生了些什么?在此将日本旭硝子玻璃公司的研究试验成果结合自己 对玻璃工艺的理解傲一个交流。 玻璃熔制的澄清过程是玻璃熔化过程中极其重要的一环，它与玻璃制品的产量和质量 有着密切地关系。各个玻璃企业在生产过程中无一例外地重视澄清，小心翼翼地对待澄清。 一、玻璃中的气体 玻璃配合料在高温熔融形成玻璃的过程中，发生了复杂的物理化学变化，比如硅酸盐 的形成反应、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐的分解、部分配合料和水分的挥发等等。伴随这些反 应和变化有大量气体析出。另外，粉料间隙还带入大量空气。这些气体大部分在熔制过程中 逸散于窑炉空闻(从加料口附近粉料堆的冒泡可证实这一点)，但却还有少部分气体残留在玻 璃液中。这部分气体在玻璃中以两种形式存在： l、溶解气体 残留在玻璃熔体中的气体，绝大多数是溶解在玻璃中的。任何气体在玻璃中的溶解都有 一定限度。即溶解度，不同气体在玻璃中的溶解度也各不相同。如常温下CO：、02等气体 在水中的溶解度是不同的。对某一种气体而言，其在玻璃中的溶解度与玻璃组成、熔制温度、 窑内压力等因素有关。通常，当玻璃组成和熔制温度一定时，气体的溶解度随窑内压力的减 小而减少，就象啤酒瓶打开时，本来溶解的C02气体由于压力的降低而大量逸出一样。 2、可见气体(气泡) 这部分气体占气体总体积的1％。虽然量很少，但它们呈气泡的形式封闭在玻璃熔体中， 对玻璃的质量影响很大。 当溶解在玻璃熔体中的某种气体达到饱和状态时，该气体开始以气泡的形式析出。在这 种情况下，该气体将同时存在于气泡中和玻璃熔体中，并且在不同的条件下可以从气泡中迁 移到玻璃熔体中(此时气泡变小)，或从玻璃熔体中向气泡迁移(此时气泡变大)： 气泡中气体一一玻璃熔体中气体 当气泡中某种气体的分压玻璃熔体中该气体分压时，气体由气泡向玻璃熔体迁移，气 泡缩小。其实这时玻璃熔体中该气体的溶解量未达到饱和。 当气泡中某种气体分压玻璃熔体中该气体分压时，气体由玻璃熔体向气泡迁移，气泡 20  长大。其实这时玻璃熔体中该气体的溶解量达到过饱和。 二、常压澄清方法 玻璃熔制的澄清过程就是将玻璃液内可见气泡驱除的过程，包括气泡的成长及上升、气 泡由液面的排出、残余气体的吸收等。澄清过程中最重要的是使已出现的气泡迅速长大并上 升。因为，根据斯托克斯定律，气泡的上速度与其半径的平方成正比，而与玻璃液的粘度成 r2 反比：v一二。因此，大气泡的上升速度比小气泡要快得多。有实验测定，在一定的粘度 r／ 下，直径l珊的气泡上浮1m池深所需时间时是1．4小时，而直径为O．1锄的气泡上浮1m 池深就需要140小时。 为此，传统上常压下的澄清通常采用两种方法： 1、高温澄清 一是可降低玻璃液的粘度，增加气泡的上升速度。=是通过热膨胀作用使气泡体积增大， 以此增加气泡上升速度。在这种情况下，原料的熔融与澄清差不多同时进行，温度较高(普 通硅酸盐玻璃在1500C左右)。 2、加澄清剂 要使气泡成长，还可以使溶解于熔融液中的气体分子向气泡中迁移。为此通常采用澄 清荆。澄清剂都是一些能在高温下分解放出气体或能够气化的物质。它们在高温下放出大量 气体，一部分用于形成较大气泡，这些气泡可吸收溶解于玻璃熔体中的气体．使其体积渐渐 增大而升到玻璃表面，逸出玻璃：另一部分用于增加玻璃熔体内气体的浓度，便其过饱和后 向已有气泡中扩散，使气泡不断长大、上浮。 显然，传统的常压澄清能耗高，澄清荆用量也较大，生产成本必然较高。为了改变这种 状况，日本旭硝子公司从事减压澄清的研究历时近15年，目前终于有所结果。 三、减压澄清机理 所谓减压澄清是指玻璃熔融澄清的排气泡过程因减压而得到促进，利用这一点使玻璃的 熔融温度降低或熔融时间缩短，以达到节能的目的。 减压澄清机理大致如下： l、通过压力降低，使已有气泡尺寸增大； 2、气泡尺寸增大后，气泡中气体分压降低，使熔融体中的气体向气泡迁移．气泡随之 又长大。 3、由于减压，气体溶解度降低，熔融体中气体里过饱和，气体向气泡迁移，气泡长大。 4、由于熔融体中气体成分减少，促进澄清剂的分解，使分舸反应可在较低温度下发生。 旭硝子玻璃公司对芒硝作为澄清剂加热时放出气体的分析，发现在真空下于较低温度已可观 察到SCh