近年來,隨著工業的發展而(ér)能源日趨緊(jǐn)張(zhāng),由於能源和原料不斷提價,一定(dìng)程度上影響了玻璃工業的(de)生存和發展,為此,除了有計(jì)劃地調(diào)整企業產品結構,不斷開發適銷對路的新產品外,賦予我們的任務是在不影響產品(pǐn)實物(wù)質量的前提下,尋求一種能部分或全部取代氧化鋁,亦能節約純堿和降低熔化溫度的低含鐵量的礦物原料。從而達到降低能耗和生產成(chéng)本、提高產品質量的目的。
國外技術資料提及,在低堿玻璃中,引入少(shǎo)量含Li2O的礦物(wù)原料,能明顯降低熔製溫度和(hé)提(tí)高玻璃出料率。美國GlassContaiiines及Thateker、西德的Tettaller等企業(yè)都在玻璃配方中引入含有0.1-0.2%Li2O礦物原料,使玻璃熔(róng)化溫度降低25—500C,出料量提(tí)高了12-17%,由此得出啟示(shì),積極尋找和(hé)開發應(yīng)用國內低鐵(tiě),含鋰礦物原料來取代(dài)氧化鋁,這對改善玻璃製品質量,降低能耗,提高企(qǐ)業(yè)經濟效益具有重要意義。
氧化(huà)鋰化學(xué)機理:氧化鋰Li2O,相對分子(zǐ)質量29.9,也是網絡外體氧化物(wù)。它在玻璃中(zhōng)的作用比Na2O和K2O特殊。當O/Si比較小時,主要為斷鍵(jiàn)作用,助(zhù)熔作用強烈,是強助劑。鋰的離子半徑小於鈉、鉀的離子半徑,當O/Si比大時,主要為積聚(jù)作用。Li2O代替Na2O或(huò)K2O使玻璃(lí)的膨脹係數降低(dī),結晶傾向變小,大量Li2O又使結晶傾向(xiàng)增加。在一般玻璃中(zhōng),引入0.1%~0.5%Li2O,可以(yǐ)降低玻璃的熔製溫度(dù),提高玻璃的產量和質量。
我國天然含(hán)鋰礦物主要有江西鋰雲母(mǔ)、鋰瓷石,新疆鋰輝石等,近(jìn)年由於對新(xīn)能源開發與使用力度加大,而處於新能源基礎材料鉭铌礦——鋰雲母的(de)開發和(hé)使用也有所控製。同等含鋰礦物——鋰瓷石卻不在限製之列,可以應用(yòng)於玻璃與搪瓷行業。
鋰瓷石礦源主要集(jí)中在江西宜春九嶺麓南側(cè),係(xì)燕山晚期(距今約(yuē)1.3億年)酸性(xìng)岩槳沿構(gòu)造裂隙呈淺成(或(huò)超淺成)脈狀侵(qīn)入而形成。岩性主要為(wéi)霏(fēi)細岩、股體十數條、儲量達六(liù)千萬盹(dǔn)。主要礦物成分為長石、石英、絹雲母和高嶺石。化學成(chéng)分以SiO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O為主,Fe2O3、Ti2O含量極低。
該鋰瓷石具有白度好,鐵、鈦含量極低,鋰含量較高,化(huà)學成分合理等優點。成分中Li2O、K2O、Na2O含量較高,使其具有很強的助熔能(néng)力,成分中含有少量的P2O5,又使其具有尚佳的乳濁效果,大(dà)量的絹雲母(mǔ)礦物含(hán)量(liàng)也使其自身具有較好的可塑性。是一種理想的高檔陶瓷及玻璃原料(liào)。
經
微粉磨加工的鋰瓷石已被廣泛應於玻璃行業的諸多域,主要有以下優點(diǎn):
一、可取代氧化(huà)鋁或氫氧(yǎng)化鋁和減少純堿用量
由於該鋰瓷石含鐵極低,其它有害成分(fèn)幾(jǐ)乎沒有,SiO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O等有益成分含量(liàng)合理,故能(néng)完全取代氧化鋁或氫氧化鋁(lǚ)和長石(shí)粉,減少純堿用量,降(jiàng)低配合料成本(běn)。
二、可提(tí)高熔化率或降低(dī)熔化溫度和延長窯爐(lú)使用壽命以及節約熔化能(néng)耗(hào)
由於該鋰瓷石(shí)向玻璃中不僅引入了K2O、Na2O,還引入了少量的Li2O和F離子,而Li離子屬於惰性氣體型離子,在高溫時於結構中形(xíng)成不對稱中心,並能極化氧離子,起到減輕和破壞矽氧鍵(O/Si)的作用,因此鋰瓷石引入的少量Li2O在高溫時能起到高溫助熔和加速玻璃熔化的作用。另外眾所周知,堿金(jīn)屬在玻璃中具有促進熔化的作用,而玻璃中同時存(cún)在兩種堿金屬氧化物所(suǒ)帶來的“混堿效應”較單一的(de)氧化鈉具(jù)有(yǒu)好的助熔作用。而鋰瓷石引入的氟又是一種能加(jiā)速玻璃反應、降低玻璃粘度和表麵張力、促進玻(bō)璃液澄清和均化(huà)、增加玻璃透熱性的(de)玻璃加速劑。所以由鋰瓷石作為玻璃原料在玻璃配方中引入了0.1—0.2%左右的Li2O及(jí)0.1—0.2%左右的氟(fú),兩者(zhě)綜合效應可(kě)使(shǐ)玻璃熔化溫度降低25—500C,使玻(bō)璃出料率增加(jiā)10%以上。
三、可提高產(chǎn)品(pǐn)的(de)亮度及白度和改善產品的理化性能
由於鋰瓷(cí)石在玻璃中引(yǐn)入了0.1—0.2%的Li2O,國內外大量實驗和技術文獻證明:在(zài)玻璃中以少量(liàng)Li2O取代Na2O、可以提高玻(bō)璃的(de)抗水性,這是因為Li離子半徑小,電場強(qiáng)度大,因此有加強玻璃網絡的(de)作用,同時可使玻璃(lí)膨脹係數降低、結晶(jīng)傾向變小。另外“混(hún)堿效應”也使其玻璃的耐水(shuǐ)性較(jiào)單一堿金屬(shǔ)氧化物時要好。因此在玻璃中引用(yòng)適量的鋰瓷石,對改善其產品的顏色、光澤、抗衝擊、耐(nài)水侵(qīn)蝕等性能(néng)都(dōu)是有益的。
本文所介紹的是經過考察、試製、試生產取得成功的含鋰低鐵瓷(cí)石粉開發(fā)應用的經驗體會(huì),所推(tuī)薦(jiàn)的瓷石和(hé)成功工藝能廣泛用於製造中、高檔日用玻璃器皿(mǐn)、高(gāo)檔化妝品瓶(píng)、藝術裝飾玻璃(lí)、理化儀器玻璃等。鋰瓷石化(huà)學組成大致為(wéi):Al2O318%、SiO269%、K2O3.38%、Na2O2.87%、Li2O0.8-1.6%、F20.2-0.4%、Fe2O30.06—0.15%。鋰瓷石的使用一般(bān)是以(yǐ)含(hán)鐵量來分級采購的:一級:Fe2O3<0.06%、二級:Fe2O3<0.1%、三級:Fe2O3<0.15%。生產證明:在上述玻璃中引入含0.10-0.20%Li2O的瓷石粉取(qǔ)代長石粉,使玻璃(lí)含(hán)鐵總(zǒng)量比原先降低(dī)30%以上,使玻璃的透明度和化學穩定性明顯提高,並能降低玻璃熔製溫度20-500C,因此這種瓷石確實是值得推廣應用的礦物原料。
低含鐵Li2O鋰(lǐ)瓷石能(néng)取代日用玻璃成分中全(quán)部氧化鋁,引入0.1—0.2%Li2O的鋰瓷石粉可使玻璃熔化溫度降低200C以上,亦能降低配合料成本5%左右,節約純堿約3%,並能(néng)不(bú)同程度(dù)地提高玻璃的化學穩定性和透明度,由於瓷石中含有一定的(de)氟化物,有利於玻璃的澄清和加速熔製。特別(bié)是在當今節(jiē)能減排工作(zuò)日益緊迫的(de)形(xíng)勢下,玻璃行業(yè)應進一步開展技(jì)術創新(xīn),優化工(gōng)藝,大膽引用節能與性能改善原料—鋰瓷石,並且應廣泛推廣。