Chương 4: Nguyên vật liệu và phối liệu 4.1 Sự phân nhóm các nguyên liệu
4.2.2Nguyên liệu cung cấp ôxyt kiềm Nguyên liệu cung cấp Na 2O
Cùng với SiO2, Na2O là thành phần quan trọng nhất của thủy tinh công nghiệp. Đưa Na2O vào hầu hết các tính chất của thủy tinh như tính chất cơ học, hóa học … đều giảm đi. Tuy vậy tác dụng quan trọng của Na2O là ở chỗ nó giải quyết được nhiều khó khăn có tính chất công nghệ như hạ thấp nhiệt độ nấu, tăng tốc độ hòa tan các hạt cát, tăng tốc độ khử bọt do hạ thấp độ nhớt của thủy tinh . Nguyên liệu chủ yếu cung cấp Na2O là sô đa và sulfat natri.
- Sô đa có 2 loại. Sô đa kết tinh ( Na2CO3.10H2O) và sô đa khan Na2CO3 (nóng chảy ở 8500C). Khi đốt nóng sô đa khan phân hủy thành Na2O và khí CO2 tương ứng với 58,5% và 41,5%. Trong thực tếngười ta dùng sô đa khan để nấu thủy tinh . Sô đa ngậm nước không thích hợp vì khi nấu tạo nhiều bọt. Sô đa rất dễ hút ẩm, phải bảo đảm nơi khô ráo thoáng gió.
- Sulfat natri Na2SO4 được dùng chủ yếu ở dạng khan (nóng chảy ở 8840C, bắt đầu phân hủy ở 1200-12200C). Trong thành phần của nó chứa 43,7% Na2O và 56,3% SO3. Khi dùng sulfat natri để nấu thủy tinh cần phải dùng các bon làm chất khử để tạo điều kiện phân hủy Na2SO4 thành dạng sulfua dễ phản ứng hơn. Các bon đưa vào dưới dạng than cốc, than gỗ, vỏ bào, mùn cưa…Theo l í thuyết để khử Na2SO4 cần 4,22% các bon, trong thực tế cần 5-7% các bon so với lượng Na2SO4.
So sánh việc sử dụng sô đa và sulfat natri cung cấp Na2O cho thủy tinh ta thấy: Nấu thủy tinh từ phối liệu sô đa đơn giản và kinh tếhơn. Khi dùng một lượng như nhau thì sô đa cung cấp Na2O nhiều hơn sulfat nên giảm được kho bảo quản, giảm chi phí vận chuyển và gia công nguyên liệu. Mặt khác dùng sô đa thì không cần dùng chất khử. Khi dùng sulfat, lượng chất khửđưa vào đòi hỏi phải được điều chỉnh định lượng chính xác. Nếu thừa chất khử thủy tinh bị nhuộm màu vàng nâu, còn thiếu chất khử sẽ xuất hiện lớp sulfat nóng chảy phá hủy vật liệu chịu lửa xây lò và gây khuyết tật thủy tinh. Một nhược điểm nữa của sulfat là phản ứng giữa SiO2 và Na2SO4 xảy ra ở nhiệt độ cao hơn, do đó lò nấu chóng hỏng hơn và tốn nhiều nhiên liệu hơn. Vì vậy người ta dùng sô đa để nấu thủy tinh còn sulfat chỉ được dùng với lượng nhỏ(<5%) làm chất khử bọt, chất tăng nhanh quá trình nấu. Chỉ trong những điều kiện đặc biệt nào đấy, một số nhà máy thủy tinh mới dùng Na2SO4 làm nguyên liệu cung cấp Na2O.
-NaCl ( muối từ nước biển hay muối mỏ) nóng chảy ở 8010C, sôi ở 14390C, bay hơi mạnh ở 10000C. Dùng lượng lớn làm chậm quá trình nấu
-NaNO3 đắt hơn sô đa, ăn mòn VLCL
NaCl, NaNO3 được dùng với hàm lượng nhỏ có tác dụng tăng nhanh quá trình nấu, quá trình khử bọt.
Nguyên liệu cung cấp K2O
Tác dụng của K2O giống như Na2O nhưng tốt hơn. K2O làm giảm khảnăng kết tinh của thủy tinh , làm cho thủy tinh ánh hơn và sắc thái đẹp hơn. K2O được dùng để sản xuất các loại thủy tinh cao cấp như thủy tinh quang học, thủy tinh màu và pha lê.
Nguyên liệu cung cấp K2O chủ yếu là pôtat khan K2CO3 chứa 68,2%K2O và 31,8%CO2. Pôtat đắt gấp 3 lần sô đa và hút ẩm mạnh.
Nguyên liệu cung cấp Li2O
Li2O cho vào phối liệu dưới dạng cacbonat Li2CO3 ( nóng chảy ở 6180C) hoặc các khoáng thiên nhiên chủ yếu là lepidolit LiF.KF.Al2O3.3SiO2 và spôdumen Li2O.Al2O3.4SiO2.
Li2O ít được sử dụng để nấu thủy tinh thông thường. Chỉ dùng trong sản xuất thủy tinh quang học, thủy tinh mờđặc biệt và vật liệu đa tinh thể.
Muối liti làm tăng nhanh quá trình nấu, tạo pha lỏng sớm và hạ nhiệt độ nấu thủy tinh. Li2O làm tăng độ bền hóa, giảm hệ số giãn nở nhiệt của thủy tinh. Li2O làm giảm độ nhớt của thủy tinh nhiều hơn các ôxyt kim loại kiềm khác.