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玻璃澄清劑的使用

      玻璃熔制過程大致上可分為五個階段,硅酸鹽形成階段、玻璃形成階段、澄清、均化、冷卻。其中,澄清是指玻璃熔融,隨著繼續(xù)的升溫,黏度下降,玻璃液中的可見氣泡溢出,即去除玻璃液中可見氣泡的過程。澄清是玻璃熔制過程中極其重要的一環(huán),它與玻璃制品的產(chǎn)量和質(zhì)量密切相關(guān)。
  
  初熔以后,玻璃液中還存在大量的氣泡和溶解的氣體,還不能使用。澄清的作用就是將存在的氣泡排出,降低溶解氣體的濃度,去除可見氣泡,防止出現(xiàn)再生氣泡以及使熔體均化。在澄清過程中,有兩種方法可消除可見氣泡。一是使氣泡的體積增大加速上升,漂浮于玻璃液表面,而后破裂消失;一是使小氣泡中的氣體組分溶解于玻璃液中,氣泡被吸收而消失。按照斯托克斯定律
  
  V=2r2g(ρ-ρ’)/9η(1)
  
  式中V—氣泡的上浮速度,cm/s;
  
  r—氣泡的半徑,cm;
  
  g—重力加速度,cm/s2;
  
  ρ—玻璃液的密度,g/cm3;
  
  ρ’—氣泡中氣體的密度,g/cm3;
  
  η—熔融玻璃液的黏度,Pa•s。
  
  可知,氣泡的半徑越大,玻璃液的黏度越小,氣泡的上浮速度越快。對于微小的氣泡來說,除了玻璃液的對流能引起它們的移動以外,幾乎不可能漂浮到玻璃液表面。在等溫等壓條件下,使玻璃液中的氣泡變大有兩種方法:一、多個小氣泡結(jié)合成一個大氣泡;二、玻璃液中溶解的氣體滲入氣泡,使其擴(kuò)大。玻璃液中小氣泡彼此距離比較遠(yuǎn),而且玻璃液的表面張力又很大,使小氣泡很難聚合。而第二種方法更具有實際意義,玻璃液中溶解氣體的過飽和度越大,這種氣體在氣泡中的分壓越低,則氣體就越容易從玻璃液進(jìn)入氣泡。氣泡增大后,其上升速度增大,能夠迅速的漂浮于玻璃液的表面,破裂消失。
  
  澄清初期,熔體中存在未熔化的配合料,氣泡數(shù)量多,多個氣泡能夠合并為大氣泡,從而上升速度增大,澄清后期,熔體中不存在未熔化的配合料,氣泡數(shù)量也比較少,氣泡合并的現(xiàn)象也就幾乎不存在了。由于澄清氣體擴(kuò)散到氣泡內(nèi)使氣泡長大肯定對氣泡的上升有很大的影響,從而也影響到澄清速度,化學(xué)澄清就是利用這一效應(yīng)。
  
  化學(xué)澄清是指,當(dāng)澄清時只對熔體加熱已不能得到滿意的結(jié)果,必須添加一些在較高溫度下才析出氣體的化學(xué)藥品,在熔化的配合料排氣過程基本結(jié)束,黏度足夠低時,可使氣泡以足夠大的速度上升,從而達(dá)到澄清效果。
  
  常用的化學(xué)澄清劑為硫酸鹽,多價態(tài)氧化物,以及鹵化物。
  
  芒硝,Na2SO4,高溫澄清劑,在還原劑作用下其分解溫度降低,其熔解時在有還原劑存在時可與SiO2反應(yīng)。
  
  Na2SO4+C=Na2SO3+CO↑
  
  Na2SO3+SiO2=Na2SiO3+SO2↑
  
  SO2溶入玻璃液中,在1200℃以上高溫SO2作為氣體放出,起到澄清作用。芒硝對鉬電極有侵蝕作用,1000kg石英砂,用量應(yīng)少于5kg。
  
  白砒,即As2O3,一般為白色結(jié)晶粉末或無定形玻璃狀物質(zhì)。白砒是劇毒原料,0.06g即能致人死命,在使用時要特別注意并由專人負(fù)責(zé)保管。白砒常與硝酸鹽共同使用,高溫下可產(chǎn)生以下反應(yīng)。
  
  As2O3+O2=As2O5(600℃~1200℃)
  
  As2O5=As2O3+O2↑(1200℃以上)
  
  高溫下放出氧氣,促進(jìn)玻璃液澄清。白砒對鉬電極有侵蝕作用,1000kg石英砂,用量應(yīng)少于0.25kg。硝酸鈉用量應(yīng)少于3kg。
  
  氧化銻,Sb2O3,白色結(jié)晶粉末,其澄清作用與白砒相似。與硝酸鹽共同使用,才能達(dá)到良好的澄清效果。氧化銻屬熱還原劑,較白砒毒性小,且五價銻轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r銻時的溫度較白砒低,對鉬電極有侵蝕作用,1000kg石英砂,用量應(yīng)少于0.25kg。
  
  氧化鈰,CeO2,檸檬黃色粉末,氧化鈰是無毒強氧化劑,能提高玻璃吸收紫外線的能力,含氧化鈰的玻璃在強輻射照射下不變色,在玻璃熔制過程中分解出氧氣。
  
  4CeO2=2Ce2O+O2↑
  
  用作澄清劑時應(yīng)與硝酸鹽一起使用,氧化鈰用量超過配合料質(zhì)量0.7%時會引起氣泡。
  
  食鹽,是高溫澄清劑,在高溫下汽化揮發(fā),促進(jìn)澄清作用。無毒,一般用量為配合料質(zhì)量的1.3%~3.5%,過多會使玻璃乳化。適用于以硫著色的棕黃色玻璃和硼硅酸鹽玻璃,不適用于二次加熱。
  
  熔體中與氣泡中的澄清氣體分壓的差別越大,氣體長的越大,澄清也就越有效。而熔體中澄清氣體的分壓,分解壓或蒸汽壓都與溫度、澄清劑的種類,也就是氣體的溶解度、玻璃的組成以及熔體中澄清劑的濃度有關(guān)。不過增加澄清劑的含量不都會改善澄清效果,澄清劑的選擇、用量要結(jié)合玻璃產(chǎn)品的用途、特性、環(huán)保、熔制氣氛、熔制工藝條件,等多方面綜合選用,方能達(dá)到效果。


 

 

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