Chương 4: Nguyên vật liệu và phối liệu 4.1 Sự phân nhóm các nguyên liệu
4.2Nhóm nguyên liệu chính 1 Nguyên liệu cung cấ p ôxyt axit
Nguyên liệu cung cấp SiO2
SiO2 là ôxyt tạo thủy tinh. Do có sự hình thành và liên kết của các tứ diện [SiO4] với nhau mà khung thủy tinh cơ bản được hình thành. Nó là thành phần chủ yếu của đa số các thủy tinh công nghiệp thông thường. Nó cung cấp cho thủy tinh độ bền cơ, bền nhiệt, bền hóa.
Thủy tinh công nghiệp thông thường chứa từ 50-80% SiO2 . Trong thiên nhiên thường gặp SiO2 dưới dạng tinh thể như cát thạch anh, quăczit , pha lê thiên nhiên; các dạng vô định hình như opan(SiO2.nH2O), trê pen, điatomit. Để nấu thủy tinh người ta sử dụng cát thạch anh.
Cát thạch anh thường lẫn nhiều tạp chất. Có những tạp chất vô hại như Al2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O. Còn những tạp chất có hại chúng nhuộm màu, chúng làm giảm độ thấu quang của thủy tinh như ôxyt sắt, TiO2, Cr2O3, MnO2… và các hợp chất hữu cơ …
Yêu cầu cơ bản đối với thành phần hóa của cát là hàm lượng SiO2 phải rất cao, lượng tạp chất, đặc biệt là sắt phải rất nhỏ.
Theo Beyersdorfer lượng ôxyt sắt cho phép trong cát như sau:
Ôxyt TiO2 và MnO2 ít không gây màu nhưng khoảng 0,01-0.3% sẽ làm thủy tinh có màu vàng. Ôxyt Crôm rất hiếm thấy trong thành phần cát nhưng ôxyt này gây màu rất mạnh. Lượng Cr2O3 khoảng 0,003% trong cát đủ gây thủy tinh màu vàng xanh.
Các hợp chất hữu cơ trong cát phải thật ít, đặc biệt là cac bon. Khi nấu thủy tinh chì, các bon sẽ khử Pb2+ → Pb gây màu thủy tinh.
Kích thước hạt cát và thành phần hạt có ảnh hưởng rất nhiều đến tốc độ nấu và sự hình thành khuyết tật của thủy tinh . Cát thạch anh tự nhiên có kích thước hạt từ 0,1-2mm rất khó nấu hoặc nấu không hoàn toàn. Hạt nhỏ nấu dễ và nhanh nhưng cỡ hạt phải đồng đều. Cỡ hạt không đồng đều thì quá trình hòa tan cũng không đồng đều , dễ gây bọt, vân, sa thạch. Cát quá nhỏ có nhược điểm dễ bay bụi và hay lẫn tạp chất sắt. Cỡ hạt thích hợp cho lò nồi là 0,1-0,3mm; cho lò bể là 0,1-0,5mm. Ngoài ra hình dạng hạt cát cũng ảnh hưởng đến chất lượng thủy tinh . Hạt tròn khó nấu hơn hạt sắc cạnh và khi di chuyển phối liệu dễ bị phân lớp.
Nguyên liệu cung cấp B2O3
B2O3 là ôxyt tạo thủy tinh, nó cung cấp cho thủy tinh độ bền cơ, bền nhiệt, bền hóa. Ở nhiệt độ cao B2O3 làm giảm sức căng bề mặt và độ nhớt thuận lợi cho quá trình khử bọt. B2O3 được dùng với 2 mục đích:- B2O3 là một trong những thành phần chính của thủy tinh. Đó là các loại thủy tinh borosilicat làm các thiết bị chịu nhiệt, các dụng cụ quang học.
B2O3 là chất tăng nhanh quá trình nấu. Thường dùng ~ 1%
B2O3 được cung cấp từ nhiều nguyên liệu khác nhau :Từ axit boric H3BO3 ( 56,45% B2O3 và 43,55% H2O). H3BO3 dạng vảy hoặc dạng tinh thể bé không màu, dễ bay hơi và dễ tan trong nước, hơi độc.Borax Na2B4O7.10H2O dễ tan trong nước, cung cấp cho thủy tinh đồng thời 2 ôxyt B2O3 và Na2O.
B2O3 bay hơi cùng với hơi nước trong khí thải nên khi nấu phối liệu có chứa hợp chất của Bor phải tính độ tổn thất. Phối liệu thủy tinh thông thường bay hơi khoảng 3-5% B2O3. Thủy tinh
Loại thủy tinh % ôxyt sắt Thủy tinh quang học và loại cho tia cực tím
qua
0,01
Thủy tinh pha lê 0,015-0,02
Thủy tinh tấm 0,1-0,2
Thủy tinh không màu ( dày- mỏng) 0,3-0,5
quang học mất 5-8%B2O3. Thủy tinh Borosilicat mất 10-12% B2O3. Lượng B2O3 bay hơi sẽ ăn mòn vật liệu chịu lửa.
Nguyên liệu cung cấp Al2O3
Al2O3 có ảnh hưởng nhất định đến nhiều tính chất của thủy tinh : - Giảm vận tốc và khảnăng kết tinh.
- Có ảnh hưởng thuận lợi đến biến thiên độ nhớt theo nhiệt độ . - Tăng độ bền cơ bền hóa.
- Với một lượng nhỏ(≤5%) sẽ làm cho quá trình nấu thuận lợi .
Nguyên liệu hay dùng là trường thạch. Để sản xuất thủy tinh alumosilicat, alumoborosilicat và các sản phẩm thủy tinh khác có hàm lượng Al2O3 lớn hơn 5% người ta dùng ôxyt nhôm kỹ thuật ( >99% Al2O3) hoặc hydrat nhôm Al2O3.3H2O
4.2.2 Nguyên liệu cung cấp ôxyt kiềm Nguyên liệu cung cấp Na2O