玻璃原料及特性介紹

配料流程圖

引入酸性氧化物原料

一、二氧化硅

SiO2,分子量：60.06，D:2.4-2.65

二氧化硅失主喲的玻璃形成氧化物，以[SiO4]結構組元形成不規則的連續網絡，成為玻璃的骨架。 單純的SiO2可以在1800℃以上的高溫下，熔制形成石英玻璃。在Na-Ca-Si玻璃中SiO2能降低BL的膨脹系數，提高BL的熱穩定性、化學穩定性、軟化溫度、硬度、機械強度、粘度和透紫外光性。但使用量過高需用過高的熔制溫度，而且可能導致析晶。 引入SiO2的原料石英砂、硅沙、石英巖。在玻璃中用量較大，占配合料的60%-70%以上。

1. 石英砂

石英砂又稱為硅沙，它的主要成分是SiO2，含量：98.5%-99.5%以上，含有：Ai2O3、TiO、CaO、MgO、Fe2O3、R2O等雜質。 一般內在材質品質要求： 表一

石英砂的顆粒度和顆粒度組成是重的材質品質指標，顆粒度的大小決定熔化的材質品質。過大難融化，并在生產過程中產生結石、條紋現象。細的石英砂熔化速度快，但過細的沙容易飛揚、結團，使配合料混合不均勻。在投料過程中，過細的部分及易被燃燒的氣體帶入蓄熱室堵塞筒子磚，降低窯爐的使用壽命，甚至被迫停產，造成巨大的損失，同時使玻璃成分發生變化。因此要嚴格控制石英砂的顆粒度組成。

一般顆粒度組成、水分要求： 表二

2. 砂巖

砂巖是石英砂在高壓下作用，由膠結物膠結而成的礦巖。根據膠結物的不同，有SiO2膠結的砂巖，粘土膠結的砂巖，石膏膠結的砂巖等。一般來說，砂巖的硬度高，近于莫氏硬度七級，材質品質要求是含SiO298.5%以上，含Fe2O3不大于0.2%。

3. 石英巖

石英巖是石英顆粒彼此緊密結合而成，是砂巖的變質巖，石英巖硬度比砂巖高莫氏硬度七級，強度大，使用情況與砂巖一樣。

幾種SiO2原料的化學組成（G%） 表三

二、引入氧化硼的原料

B2O3，分子量：69.62，D：1.84

B2O3是玻璃生成氧化物，它以[BO3]和[BO4]為結構組元，在硼硅酸鹽玻璃中與硅氧四面體共同組成結構網絡.能降低玻璃的膨脹系數，提高玻璃的熱穩定性、化學穩定性、增加玻璃的折射率、改善玻璃的光澤、提高博得機械強度。 B2O3在高溫是能降低玻璃的粘度，在低溫時提高玻璃的粘度，所以含B2O3較高的玻璃，成型的溫度范圍較窄，因之可以提高機械速度。B2O3還起助熔劑的用，加速玻璃的澄清和降低玻璃的結晶能力。B2O3常隨水蒸氣揮發，硼硅酸鹽玻璃液表面上因B2O3揮發減少，會產生富含B2O3析晶料皮，當B2O3引入量過高時，由于[BO3]增多，玻璃的膨脹系數反而增加，發生反常現象即—硼反常現象。 B2O3是耐熱玻璃、化學儀器玻璃、溫度計玻璃、光學玻璃、真空玻璃以及其它特種玻璃的重要組成。 引入的原料，硼酸、硼砂、硼礦物質

1. 硼酸

H3BO3，分子量：61.82，D：1.44，B2O3=56.45%, H2O4=43.55%。

硼酸是白色鱗片狀三斜結晶，具有特殊光澤，易溶于水，加熱100℃則失去部分水分分解，變為HBO2。在140℃—160℃時，轉變為[H2B4O7]，繼續加熱則完全轉變為熔融的B2O3。在熔制玻璃時。B2O3的揮發與玻璃的組成和溶制溫度、窯爐氣氛、配合料的水分、熔制時間有關，一般為自身重量的5—15%，高達15%以上。在配方設計時，應根據玻璃的組成確定的揮發量，并在計算時予以補正。

2. 硼砂

Na2B4O710H2O,分子量：381.4，D:1.72，B2O3=36.65%，Na2O=16.20%, H2O4=47.15%。

含水硼砂是堅硬的白色菱結晶體，易溶于水，加熱膨脹而失去結晶水，最后變為玻璃狀。在熔制時同時引入Na2O和B2O3，B2O3的揮發與硼酸相同。注意含水的硼砂在儲藏中會失去水分發生變化。 無水的硼砂或者煅燒的硼砂是無色的玻璃小狀，D:2.37，含B2O369.20%，Na2O 30.8%，在熔制時它的揮發很小。 對硼砂的材質品質要求：B2O3 35%，Fe2O3 0.01%，

3. 含硼礦物質

硼酸和硼砂價格昂貴，使用天然礦物質經過精選后引入B2O33能降低成本。我國遼寧、吉林、青海、西藏等省有豐富的硼礦資源。天然的硼礦主要有：

（1）硼鎂石2MgO.B2O3.H2O含B2O3 19.07-40.88%，MgO 3.51-44.60%，R2O3 0.18-3.78%

（2）鈉硼解石NaCaB5O9.8H2O,含Na2O 7.7%，CaO 13.8%，B2O3 43.8% ，H2O 35.5%，雜質MgO+K2O。

（3）硅鈣硼石Ca2B2(SiO4)2(OH)2,含CaO 35%，B2O3 21.80%，SiO2 37.60%，H2O 5.6%。

三、引入氧化鋁的原料

Al2O3 分子量101.94，D:3.84。

屬于中間體氧化物，當玻璃的Na2O和Al2O3的分子比大于一時，則形成鋁氧四面體，并以硅氧四面體組成連續的結構網。當玻璃的Na2O和Al2O3的分子比小于一時，則形八面體，為網絡外體而處于硅氧結構網的空穴中。 Al2O3能降低玻璃結晶傾向，提高玻璃的化學穩定性、熱穩定性、機械強度、硬度和折射率，減少玻璃對耐火材料的侵蝕，并有助于氟化物的乳濁。Al2O3能提高玻璃的粘度。 一般引入1—10%。在特出玻璃中的引入量可達到20%以上，如微晶玻璃、水表玻璃、高壓水銀燈玻璃等. 引入Al2O3的原料：長石、粘土、蠟石、氧化鋁、氫氧化鋁等。

1. 長石

硬度：6—6.5，D:2.4—2.8。

長石是鉀長石和鈉長石K2O(Na2O).Al2O3.6SiO2，它們的化學組成波動大，常含有Fe2O3。因此材質品質要求較高的玻璃一般不用。 長石主要引入：Al2O3 、 SiO2 、 K2O、 Na2O 由于長石能引入堿金屬氧化物減少了純堿的用量，降低生產成本，在一般玻璃中應用甚廣。 長石以白色、淡黃色、肉色為佳，常具有明顯的結晶解理面。在1100℃—1200℃之間熔融，含長石的玻璃配合料降低融化。 對長石的材質品質要求：Al2O3 16%,Fe2O3 0.3%,R2O 12%.

2. 瓷土

瓷土Al2O3.2SiO2.2H2O主要礦物組成是高嶺土，一般含Fe2O3雜質較多，D:2.43—2.6,硬度不高，交易粉碎，常呈白色，有事因含有機物而成黑色、褐色、灰色。其理論成分為Al2O3 39.5%，SiO2 46.5%，H2O 14%，是重要的陶瓷原料，在玻璃中多用于高鋁玻璃、乳濁玻璃。 材質品質要求：Al2O3≥ 30%，Fe2O3≤ 0.4%，其他成分要求穩定。

幾種瓷土的化學組成 表五

3. 蠟石

D:2.8—2.9，硬度：1—2.5。蠟石Al2O3.4SiO2.H2O，是一種水化硅酸鋁，主要礦物是葉臘石，含有石英和高嶺土。蠟石的主要理論成分：SiO266.65%，Al2O328.35%，H2O 5%。 材質品質要求：Al2O3≥25%，SiO2≤70%，H2O≤0.4%，其他成分要求穩定。多用于制造油玉乳濁玻璃、玻璃纖維。

幾種蠟石的化學組成 表六

4. 氧化鋁和氫氧化鋁

氧化鋁Al2O3和Al(OH)3氫氧化鋁都是化工產品，一般純度較高。氧化鋁理論上100% Al2O3，氫氧化鋁理論上Al2O365.40%，H2O 34.60%。價格昂貴一般玻璃不用，只用于光學玻璃、器皿玻璃、儀器玻璃、溫度計玻璃等。

氧化鋁D:3.5—4.1，熔點：2050。氫氧化鋁D:2.34，加熱則失水而成r-Al2O3。Y-Al2O3活性大，以與其他物料化合，所以採用氫氧化鋁不採用氧化鋁易熔制。 對氧化鋁的要求：Al2O3≥96%，Fe2O3≤0.05% 對氫氧化鋁的要求：Al2O3≥60%，Fe2O3≤0.05%。