用于熔融和澄清鈉鈣玻璃的方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于制造鈉鈣玻璃的方法，包括在升高的溫度下煅燒固相碳酸鈣以形成氧化鈣并釋放氣體，比如二氧化碳。硅酸鈉玻璃單獨(dú)以液相形成，同時(shí)釋放氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物。氧化鈣和硅酸鈉玻璃中間產(chǎn)物以液相混合形成鈉鈣玻璃熔體。硅酸鈉玻璃作為中間產(chǎn)物在和氧化鈣混合之前形成，具有促進(jìn)硅酸鈉中氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物釋放的優(yōu)點(diǎn)，這至少部分歸因于硅酸鈉玻璃相對(duì)低的粘度。煅燒步驟和／或硅酸鈉形成步驟和／或最終混合步驟可在減壓環(huán)境下進(jìn)行以進(jìn)一步促進(jìn)氣體釋放和降低氣泡形成。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于熔融和澄清鈉鈣玻璃的方法
[0001]本公開(kāi)涉及一種用于熔融和澄清鈉鈣玻璃的方法，特別涉及采用硅酸鈉玻璃作為中間產(chǎn)物的這種方法。
[0002]本公開(kāi)的背景和概述
[0003]鈉鈣玻璃，也叫鈉鈣硅玻璃，廣泛用于生產(chǎn)玻璃容器和其它玻璃制品。粗玻璃熔體的形成一般包括在升高的溫度下混合多種由玻璃形成的化合物。玻璃一般具有在爐中約二十四個(gè)小時(shí)的停留時(shí)間，通過(guò)去除氣體并熔化固體來(lái)澄清玻璃。氣體必須最終去除以生產(chǎn)不含氣泡的固化玻璃制品；在熔化的玻璃中去除氣泡的方法被稱(chēng)為“澄清”。除了不期望地緩慢，這種爐中過(guò)程還涉及大量空間和高能量輸入。
[0004]本公開(kāi)的總體目標(biāo)是提供一種用于制造鈉鈣玻璃的方法，其比常規(guī)方法更快和具有更少的能量輸入。
[0005]本公開(kāi)包含可以彼此分開(kāi)或者組合實(shí)施的多個(gè)方面。
[0006]根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，一種用于制造鈉鈣玻璃的方法，包括(a)在無(wú)水狀態(tài)下以液相形成硅酸鈉玻璃，同時(shí)釋放氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物，和(b)將步驟(a)中的硅酸鈉玻璃反應(yīng)產(chǎn)物和其它材料混合形成鈉鈣玻璃熔體。熔融的硅酸鈉玻璃的低粘度(相對(duì)或比較于相同溫度下的鈉鈣玻璃)允許并促進(jìn)釋放氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物比如二氧化碳。
[0007]根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)方面，一種用于制造鈉鈣玻璃的方法，包括在升高的溫度下煅燒固相碳酸鈣以形成氧化 鈣并釋放氣體比如二氧化碳。硅酸鈉玻璃單獨(dú)以液相成形，同時(shí)釋放氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物。將煅燒過(guò)的碳酸鈣和硅酸鈉玻璃中間產(chǎn)物混合以形成鈉鈣玻璃熔體。硅酸鈉玻璃作為中間產(chǎn)物 在與氧化鈣混合之前形成，具有促進(jìn)釋放硅酸鈉玻璃中的氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物的優(yōu)點(diǎn)，這至少部分歸因于硅酸鈉玻璃的低粘度(相對(duì)或比較于相同溫度下的鈉鈣玻璃)。因此在混合步驟前，氧化鈣中間產(chǎn)物和/或硅酸鈉玻璃中間產(chǎn)物至少部分(如果不是全部)澄清，而且至少部分(如果不是全部)無(wú)氣體和氣泡。這極大減少了生產(chǎn)鈉鈣玻璃熔體的最后混合步驟所需要的時(shí)間和能量。煅燒步驟和/或硅酸鈉玻璃形成步驟和/或最后混合步驟可在減壓下進(jìn)行以進(jìn)一步釋放氣體和減少氣泡形成。
[0008]在一個(gè)實(shí)施方案中，硅酸鈉玻璃是通過(guò)在二氧化硅存在下熔融純堿形成，釋放二氧化碳?xì)怏w。在另一個(gè)實(shí)施方案中，硅酸鈉玻璃是通過(guò)在二氧化硅和水蒸汽存在下熔融氯化鈉而形成，以形成硅酸鈉并且釋放氯化氫氣體。
[0009]附圖簡(jiǎn)沭
[0010]本公開(kāi)，連同另外的目標(biāo)、特征、優(yōu)點(diǎn)和它們的某些方面一起，將由以下的說(shuō)明、所附權(quán)利要求和附圖而得到最佳的理解，其中:
[0011]圖1為按照本公開(kāi)的一個(gè)示例性實(shí)施方案熔融和澄清鈉鈣玻璃的基本方法的框圖；以及
[0012]圖2和圖3是對(duì)圖1方法中相應(yīng)步驟的修改的功能性框圖。
[0013]優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)i兌明
[0014]圖1說(shuō)明按照本公開(kāi)一個(gè)示例性實(shí)施方案制造鈉鈣玻璃(也叫鈉鈣硅玻璃)的方法。方法中第一步驟10包括原料的固態(tài)(固相)煅燒。在一個(gè)實(shí)施方案中，碳酸鈣(CaCO3)被投料，比如以石灰石的形式，并被加熱到釋放出二氧化碳(CO2)。這一步驟可在溫度為約800°C -約1300°C下進(jìn)行。在圖2的第二實(shí)施方案IOa中，在最后混合步驟中的煅燒產(chǎn)物的可溶性可通過(guò)在二氧化硅(SiO2)存在下的煅燒以形成至少一些更容易在混合階段溶解的硅酸鈣(CaO-SiO2)而得到提高。該煅燒階段10或者IOa可在減壓(真空)下進(jìn)行以增強(qiáng)二氧化碳的釋放。
[0015]方法的第二階段包括熔融、反應(yīng)和澄清投入材料和液體(熔融)相的硅酸鈉玻璃產(chǎn)物。這種硅酸鈉玻璃是“干”玻璃，也即是說(shuō)其不溶于水。在圖1的一個(gè)實(shí)施方案20中，純堿(Na2CO3)在升高的溫度下與二氧化硅混合來(lái)生產(chǎn)硅酸鈉玻璃(Na2O-SiO2)并釋放出二氧化碳。純堿與二氧化硅的摩爾比可以為約1:1_約1:5。在圖3中的備選實(shí)施方案20a中，硅酸鈉玻璃是通過(guò)氯化鈉(NaCl)與水蒸汽(H2O)和二氧化硅(SiO2)的反應(yīng)生成硅酸鈉玻璃并釋放氯化氫(HCl)來(lái)形成的。該階段20或20a優(yōu)選在升高的溫度下發(fā)生，比如約900°C-170(rC。這個(gè)階段可在低壓(真空)下進(jìn)行來(lái)促進(jìn)二氧化碳或氯化氫氣態(tài)產(chǎn)物的釋放。硅酸鈉玻璃相對(duì)低的粘度(即相對(duì)或相較于典型的鈉鈣玻璃在高于硅酸鈉玻璃的玻璃相轉(zhuǎn)變溫度的相同溫度下的粘度，在該溫度下，硅酸鈉玻璃是液相且無(wú)水分)容易促進(jìn)和允許氣態(tài)反應(yīng)物的釋放且不形成氣泡。
[0016]在圖1的第三階段30處，階段10或IOa生成的氧化鈣產(chǎn)物與階段20或20a的液體產(chǎn)物混合。階段20或20a的硅酸鈉玻璃產(chǎn)物相對(duì)低的粘度促進(jìn)在階段30中的混合、溶解、均質(zhì)化和任何剩余氣體的釋放。例如，當(dāng)更高熔點(diǎn)組分(CaO在2572°C熔融，SiO2在1600°C至1725°C變?yōu)椴Ａ?熔體))混合并溶解于其中時(shí)，已經(jīng)熔融的硅酸鈉玻璃可具有低于1500 V的溫度。階段30可在包括混合，例如通過(guò)如攪拌的機(jī)械性攪動(dòng)，來(lái)促進(jìn)混合物的溶解和均質(zhì)化。階段30可以在減壓(真空)下進(jìn)行來(lái)促進(jìn)氣體釋放。這個(gè)階段可在高于約900°C的溫度下進(jìn)行。另外的原料40可在階段30加入，比如添加二氧化硅以在玻璃熔體中達(dá)到期望的二氧化硅水平和/或加入其它添加劑如著色劑和/或氧化鈣(CaO)和/或碎(再循環(huán)的)玻璃和/或其它少量成分。
[0017]盡管階段10和IOa在圖1和圖2中進(jìn)行了說(shuō)明并作為擇一備選在前文作討論，但這些階段可以按需組合。同樣的，階段20和20a也可以是擇一備選或者組合。同樣應(yīng)理解的是，盡管討論并在附圖中展示“階段”，然而本公開(kāi)的方法優(yōu)選是以下連續(xù)過(guò)程:其中階段10和20例如同時(shí)發(fā)生并一起按一定速率進(jìn)料到階段30中以提供從階段30中連續(xù)的產(chǎn)出。換句話說(shuō)，優(yōu)選原料連續(xù)進(jìn)料到階段10和20，例如，中間反應(yīng)產(chǎn)物從階段10和階段20連續(xù)進(jìn)料到階段30，按需在階段40連續(xù)進(jìn)料另外的原料，和從階段30連續(xù)出料鈉鈣玻璃到其它玻璃制造階段。
[0018]附圖中說(shuō)明的整個(gè)過(guò)程可在約三至四小時(shí)內(nèi)進(jìn)行，相比現(xiàn)有技術(shù)一般需要24小時(shí)停留時(shí)間，而且，該過(guò)程理論上預(yù)計(jì)能量輸入為每噸約1.5兆焦耳，對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)典型為預(yù)計(jì)理論能量為每噸約2.2兆焦耳。
[0019]因此公開(kāi)了一種制造鈉鈣玻璃的方法，其完全實(shí)現(xiàn)了所有之前所闡述的目的和目標(biāo)。結(jié)合目前優(yōu)選的實(shí)施方案而介紹本公開(kāi)，并討論了備選方案和修改。鑒于前述說(shuō)明，其它的備選方案和修改易于向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員啟示它們自身。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造鈉鈣玻璃的方法，其包括以下步驟: (a)在水不存在下形成液相硅酸鈉玻璃(Na2SiO3),同時(shí)釋放氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物，且； (b)將步驟(a)中的硅酸鈉玻璃產(chǎn)物與其它材料混合以形成鈉鈣玻璃熔體。
2.權(quán)利要求1中所述的方法，其中在減壓條件下進(jìn)行所述步驟(a)和/或所述步驟(b)以促進(jìn)釋放氣體。
3.權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述步驟(a)包括在二氧化硅(SiO2)存在下將純堿(Na2CO3)熔融來(lái)形成所述硅酸鈉玻璃并釋放二氧化碳(CO2)氣體。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其中所述純堿和所述二氧化硅的摩爾比為約1:1_約1:5。
5.權(quán)利要求3所述的方法，其中在約900°C-約1700°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行所述步驟(b)。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟(a)包括在二氧化硅(SiO2)和水蒸汽(H2O)存在下將氯化鈉(NaCl)熔融以形成所述硅酸鈉玻璃并釋放氯化氫(HCl)氣體。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟(b)包括添加碎玻璃和/或二氧化硅(SiO2)和/或氧化鈣(CaO)和/或其它少量成分。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟(b)包括混合以促進(jìn)所述混合物的溶解和均質(zhì)化。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其中所述步驟(b)在高于約900°C的溫度下進(jìn)行。
10.一種用于制造鈉鈣玻璃的方法，其包括以下步驟: (a)在升高的溫度下煅燒固相碳酸鈣(CaCO3)以形成氧化鈣(CaO)并釋放氣體； (b)在釋放氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物的同時(shí)形成液相硅酸鈉玻璃(Na2SiO3)，和 (C)將步驟(a)的所述氧化鈣產(chǎn)物與步驟(b)的所述液相硅酸鈉產(chǎn)物混合，形成鈉鈣玻璃熔體。
11.權(quán)利要求10所述的方法，其中在減壓條件下進(jìn)行所述步驟(a)和/或所述步驟(b)和/或所述步驟(C)以促進(jìn)氣體釋放。
12.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述步驟(b)包括在二氧化硅(SiO2)存在下將純堿(Na2CO3)熔融以形成所述硅酸鈉玻璃并釋放二氧化碳(CO2)氣體。
13.權(quán)利要求12所述的方法，其中所述純堿和所述二氧化硅的摩爾比為約1:1-約1:5。
14.權(quán)利要求12所述的方法，其中在約900°C-約1700°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行所述步驟(b)。
15.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述步驟(b)包括在二氧化硅(SiO2)和水蒸汽(H2O)存在下將氯化鈉(NaCl)熔融以形成所述硅酸鈉玻璃并釋放氯化氫(HCl)氣體。
16.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述步驟(a)包括在二氧化硅(SiO2)存在下將碳酸鈣煅燒以釋放二氧化碳(CO2)氣體。
17.權(quán)利要求10所述的方法，其中在約800°C-約1300°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行所述步驟(a)。
18.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述步驟(C)包括二氧化硅(SiO2)的添加。
19.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述步驟(C)包括添加碎玻璃和/或氧化鈣(CaO)和/或其它少量成分。
20.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述步驟(c)包括混合以促進(jìn)所述混合物的溶解和均質(zhì)化。
21.權(quán)利要求10所述的方法，其中在高于約900°C的溫度下進(jìn)行所述步驟(C)。
22.權(quán)利要求10所述的方 法，其中所述步驟(b)在水不存在下進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】C03B5/225GK103492326SQ201280010445
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月24日
【發(fā)明者】D·迪維特-史密斯, C·L·費(fèi)爾維瑟, B·E·?？怂股? 申請(qǐng)人:歐文斯-布洛克威玻璃容器有限公司