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【玻璃】浅谈锂云母在钠钙硅酸盐玻璃中的应用

2016/07/14 来源:玻璃容器委员会

山东汇万优贸易有限公司  刘光华 高级工程师 

 目前日用玻璃行业面临的形势十分严峻,整个行业已进入了结构调整的阵痛期,严格的环境保护政策使整个行业面临着生存的考验。

 尽管多年来许多企业已投入了大量的资金,用于行业废气的治理,但是,由于工艺、燃烧及废气成分的独特性,导致废气的治理存在着一定的缺陷,成为困扰行业的重大难题。

 日用玻璃行业大气污染物的主要来源:

 日用玻璃属于纳钙硅酸盐玻璃,生产过程中对大气的污染主要有以下三个方面:

 一是燃料燃烧产生的硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)等;

 二是玻璃熔窑高温熔制时产生的含有高活性钠离子(Na+)、少量重金属及具有粘附性的碱性烟尘;

 三是原料加工、配合料制备产生的粉尘。

 日用玻璃行业大气污染物的主要类别:

    1.粉尘、烟尘

    粉尘主要来源于原料的贮藏、粉碎、筛分、搬运、混合工序中的原料飞散。

    烟尘主要是原料及燃料在窑炉内燃烧产生的。

    2.硫氧化物(SOx

    玻璃熔炉排出废气中的SOx,主要来自于燃料的含硫成分。另外,有一部分来源于作纳钙玻璃澄清剂使用的芒硝分解产生的,这部分的SOx量也比较多。根据我们多年的实践和验证,在一些产品的原料中引入锂云母代替芒硝,这样可以减少废气中硫氧化物(SOx)的排放。

3.氮氧化物(NOx

玻璃熔炉烟气中的氮氧化物主要来源于三个方面:一是原料型氮氧化物(NOx),原料中硝酸盐的高温分解产生的少量氮氧化物。二是燃料型氮氧化物(NOx),燃料中的N在高温下与O2反应生成的NOx。三是温度型氮氧化物(NOx),助燃空气中氮气和氧气在高温下剧烈燃烧生成的NOx。温度型NOx的产量与温度密切相关,当温度高于1300℃时,空气中氮气就与氧气反应生成大量的NOx,温度每增加100℃,反应速率增加6-7倍,一般玻璃窑炉火焰的燃烧温度高达1580℃左右,因此,玻璃窑炉烟气中的氮氧化物以温度型NOx为主,生成的NOxNO90%左右,NO25%左右。

引进适量的锂云母,锂云母既可以代替硝酸盐,又可以降低玻璃窑炉的熔化温度,这样就可以比较有效的减少废气中氮氧化物(NOx)的排放量。

4.氯化氢

由于使用了含氯原料(如使用氯化钠作澄清剂)或原料中含有氯化物杂质,当配合料熔制时会产生一定量的氯化氢。锂云母可以部分代替氯化钠,这样就可以减少废气中的氯化氢排放。

5.氟化氢

氟化氢主要来源于含氟原料(如使用萤石氟化钙作乳浊剂、助溶剂)以及原料中含有的含氟杂质。锂云母可以部分或全部代替萤石做助溶剂,这样就可以减少废气中的氟化氢排放。

从以上几点可以看出,使用锂云母可以从源头上减少有害气体的排放,这样就降低了后期废气的处理难度和费用。

众所周知,碱金属氧化物在玻璃中能起到很好的助熔作用,与 Na2O K2O 相比,Li2O Li 离子具有较小的离子半径、较高的场强和高的极化能力,因此 Li2O 具有非常好的助熔效果,可以有效降低玻璃的黏度 。同时, Li-O 键强较大,可以使玻璃的热膨胀降低,提高玻璃的密度和化学稳定性。它的引进可以降低玻璃的熔化温度,据有关资料介绍,目前可降低窑炉温度高达 15℃左右,有延长炉龄的作用,同时可降低综合能耗 4%-8%左右,并且也降低了氮氧化物( NOx)的排放量。

在玻璃瓶罐(如有色料、普白料等)的配方中引入适量( 0.1 -0.5%)的氧化锂,具有以下显著效果:①部分代替纯碱、氢氧化铝,降低熔体粘度,有显著的澄清均化效果,能提高产品的透明度、光洁度;②降低窑炉的熔化温度或增加窑炉的出料量,有明显的助熔效果;③降低玻璃的热膨胀系数,改善玻璃制品的化学稳定性、表面光洁度、透明度以及抗热、抗震和耐酸耐碱腐蚀性能,玻璃制品耐水性显著提高; ④可以改善玻璃的均匀性,延长玻璃的冷却时间,从而增加了制作的工作范围,利于成型。可有效提高玻璃制品的出料率和成品率,有显著的降低成本效果;⑤由于玻璃的表面张力随着Li2O的引入而增加,这也有利玻璃熔化过程的澄清和最终制品强度的改善,产品的抗冲击性能大有提高; ⑥由于玻璃熔化温度的降低,从而减少了燃料用量,这样就降低了硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)的排放,节能环保。

锂( Li)是比重最轻( 1.534)的金属,熔点低( 179℃)、沸点高( 1317℃)。锂云母分子式为 R2O·Al2O3·3SiO2·(F,OH),是一种具有连续层状四面体结构的含氟铝硅酸盐,属于单斜晶系,晶形呈板状或细鳞片状,质韧。锂云母含 Li2O一般在 3.0〜4.0%,此外还有 9%左右的 Na2O K2O 1%左右的氧化铷(Rb2O)和氧化铯(Cs2O,这些碱金属氧化物都是玻璃助熔剂。而引入的 SiO2 和入 Al2O3 是玻璃的主体氧化物。此外锂云母引入的 F 与铁离子络合,使玻璃的着色程度大为降低,而且氟又是焙融加速剂。可以说锂云母全身是“宝”。

       因此,锂云母是一种具有显著节能降耗效果的新型绿色环保材料,符合目前玻璃行业的技术发展方向和节能减排要求。

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