Chương 4: Nguyên vật liệu và phối liệu 4.1 Sự phân nhóm các nguyên liệu
4.2.3 Nguyên liệu cung cấp ôxyt kềm thổ
Nguyên liệu cung cấp CaO
CaO là một trong những thành phần cơ bản của thủy tinh. Nó giúp cho quá trình nấu và khử bọt thêm dễ, làm cho thủy tinh chịu được tác dụng hóa học. Nhưng lượng CaO nhiều làm cho thủy tinh dễ kết tinh, giòn, sản phẩm đòi hỏi nhiệt độ hấp ủ cao. Ở nhiệt độ thấp CaO làm giảm độ nhớt của thủy tinh còn ở nhiệt độ cao thì ảnh hưởng của nó rất phức tạp; khi lượng CaO đến 10% thì làm giảm độ nhớt nhưng nếu tăng tiếp sẽngược lại. Tăng hàm lượng CaO sẽtăng độ bóng của thủy tinh . Hàm lượng CaO trong thủy tinh dao động trong khoảng xác định.Với thủy tinh natricanxi thông thừơng không thấp hơn 6%;thủy tinh bao bì chai lọ chứa từ 7-10%; Kính cửa chứa 10-15%; kính làm gương chứa 12-16%.
CaO đưa vào thủy tinh dưới dạng đá vôi hoặc đá phấn. Theo qui định chung đá vôi hoặc đá phấn dùng nấu thủy tinh phải có thành phần hóa cố định, lượng tạp chất tối thiểu, đặc biệt là ôxyt sắt.Để nấu thủy tinh cao cấp cho phép chứa đến 0,03% Fe2O3 còn với thủy tinh kỹ thuật, thủy tinh tấm là 0,2%
Nguyên liệu cung cấp MgO
Để cung cấp MgO các nhà máy thủy tinh thường sử dụng đôlômit CaCO3.MgCO3. Chất lượng đôlômit và khả năng sử dụng nó để nấu thủy tinh do hàm lượng MgO quyết định . Theo điều kiện kỹ thuật đôlômit dùng nấu thủy tinh phải có hàm lượng MgO > 19% ; CaO > 30% ; FeO+Fe2O3 <0,15%; lượng cặn không tan < 2%.
Lượng MgO đưa vào đến 5% sẽ giúp phối liệu nóng chảy dễhơn, giảm khảnăng kết tinh của thủy tinh , làm thủy tinh “dài” hơn, hấp ủ dễhơn và ở nhiệt độ thấp hơn so với thủy tinh chỉ chứa CaO.Thủy tinh manhê nhẹ hơn thủy tinh canxi, điều đó có í nghĩa trong sản xuất thủy tinh bao bì. MgO cho hệ số giãn nở nhiệt nhỏ nhất trong các loại kiềm thổ nhưng độ bền hóa không cao. Nếu tăng MgO >5% độ bền hóa tăng thì các ưu điểm trên không còn nữa. Vì vậy giới hạn dùng MgO chỉ đến 5%.
Nguyên liệu cung cấp BaO
BaO làm thủy tinh ánh đẹp, tăng trọng lượng riêng, tăng chiết suất. BaO được dùng trong sản xuất thủy tinh có tính điện môi cao, thủy tinh là bát đĩa cao cấp. Với hàm lượng nhỏ (0,2-0,5%) nó là chất rút ngắn quá trình nấu.
Nguyên liệu cung cấp BaO chủ yếu là BaCO3. Cacbonat bari cung cấp cho thủy tinh 77,7% BaO và 22,3% CO2. Trong thiên nhiên BaCO3 tồn tại dưới dạng khoáng Viterit. Khoáng này phân hủy ở nhiệt độcao hơn (13500C) các cacbonat kiềm thổ khác.
BaSO4 rất ít được dùng vì nó rất khó phân hủy. Thường dùng là chất khử bọt ( lượng dùng 0,2-0,5%BaO). Muốn đưa BaSO4 vào thủy tinh với lượng lớn hơn 5% thì phải dùng chất chất khử cacbon (4-7%) giống như khi dùng sulfat natri. Khi không có chất khử kèm theo, BaSO4 dễgây đục và tạo bọt bẩn.
Ba(NO3)2 chủ yếu dùng để nấu thủy tinh quang học. Nó là chất khử bọt và ôxy hóa thay cho Nitrat kiềm.Ưu điểm của Ba(NO3)2 là phân hủy ở nhiệt độcao hơn nitrat kiềm nên tác dụng khử bọt và ôxy hóa lớn hơn, mặc khác BaO làm tăng một số tính chất của thủy tinh.
Nguyên liệu cung cấp PbO
- PbO được điều chế bằng cách nấu chảy chì kim loại trong môi trường ôxy hóa, thường hay lẫn chì kim loại.
- Minium Pb3O4được điều chế bằng cách ôxy hóa PbO trong lò nhiệt độ 360-3800C.
Pb3O4 được sử dụng rộng rãi hơn PbO vì Pb3O4 không lãn chì kim loại. Mặc khác ôxy phân hủy từ Pb3O4 lại có tác dụng khử bọt. Khi nấu thủy tinh chì phải duy trì môi trường ôxy hóa để tránh hiện tượng khử PbO thành chì kim loại
Thủy tinh chì dễ nấu, dễ khử bọt. Các sản phẩm thủy tinh chứa chì có trọng lượng riêng lớn, chiết suất cao, ánh đẹp, dễ mài và đánh nhẵn nhưng kém bền hóa và gây độc cho người nấu. Ôxyt chì được dùng để sản xuất thủy tinh quang học, thủy tinh pha lê, thủy tinh bát đĩa cao cấp, ngọc thạch nhân tạo.
Nguyên liệu cung cấp ZnO
Ôxyt kẽm ZnO được sử dụng trước tiên cho thủy tinh kỹ thuật và thủy tinh đặc biệt.
. ZnO làm giảm hệ số giãn nở nhiệt, tăng độ bền hoá, bền nhiệt của thủy tinh.Khi nấu thủy tinh màu đỏ dùng chất nhuộm màu là selen và CdS thì phải cần đến ZnO vì thiếu ZnO sẽkhông đạt màu.Trong sản xuất thủy tinh đục thì ZnO cũng làm tăng độ trắng, tăng độ thấu quang hơn khi chỉ dùng CaO. Trong sản xuất pha lê, môi trường nấu ôxy hóa, một lượng nhỏ ZnO sẽ giúp khử màu vàng của lưu huỳnh từ phối liệu và khói lò do nó tạo với S phức chất không màu.
Nguyên liệu thường dùng là ZnO.