用於熔融和澄清鈉鈣玻璃的方法

2023-06-06 16:06:46 1

用於熔融和澄清鈉鈣玻璃的方法
【專利摘要】一種用於製造鈉鈣玻璃的方法，包括在升高的溫度下煅燒固相碳酸鈣以形成氧化鈣並釋放氣體，比如二氧化碳。矽酸鈉玻璃單獨以液相形成，同時釋放氣態反應產物。氧化鈣和矽酸鈉玻璃中間產物以液相混合形成鈉鈣玻璃熔體。矽酸鈉玻璃作為中間產物在和氧化鈣混合之前形成，具有促進矽酸鈉中氣態反應產物釋放的優點，這至少部分歸因於矽酸鈉玻璃相對低的粘度。煅燒步驟和／或矽酸鈉形成步驟和／或最終混合步驟可在減壓環境下進行以進一步促進氣體釋放和降低氣泡形成。
【專利說明】用於熔融和澄清鈉鈣玻璃的方法
[0001]本公開涉及一種用於熔融和澄清鈉鈣玻璃的方法，特別涉及採用矽酸鈉玻璃作為中間產物的這種方法。
[0002]本公開的背景和概述
[0003]鈉鈣玻璃，也叫鈉鈣矽玻璃，廣泛用於生產玻璃容器和其它玻璃製品。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小時的停留時間，通過去除氣體並熔化固體來澄清玻璃。氣體必須最終去除以生產不含氣泡的固化玻璃製品；在熔化的玻璃中去除氣泡的方法被稱為「澄清」。除了不期望地緩慢，這種爐中過程還涉及大量空間和高能量輸入。
[0004]本公開的總體目標是提供一種用於製造鈉鈣玻璃的方法，其比常規方法更快和具有更少的能量輸入。
[0005]本公開包含可以彼此分開或者組合實施的多個方面。
[0006]根據本公開的一個方面，一種用於製造鈉鈣玻璃的方法，包括(a)在無水狀態下以液相形成矽酸鈉玻璃，同時釋放氣態反應產物，和(b)將步驟(a)中的矽酸鈉玻璃反應產物和其它材料混合形成鈉鈣玻璃熔體。熔融的矽酸鈉玻璃的低粘度(相對或比較於相同溫度下的鈉鈣玻璃)允許並促進釋放氣態反應產物比如二氧化碳。
[0007]根據本公開的另一個方面，一種用於製造鈉鈣玻璃的方法，包括在升高的溫度下煅燒固相碳酸鈣以形成氧化 鈣並釋放氣體比如二氧化碳。矽酸鈉玻璃單獨以液相成形，同時釋放氣態反應產物。將煅燒過的碳酸鈣和矽酸鈉玻璃中間產物混合以形成鈉鈣玻璃熔體。矽酸鈉玻璃作為中間產物 在與氧化鈣混合之前形成，具有促進釋放矽酸鈉玻璃中的氣態反應產物的優點，這至少部分歸因於矽酸鈉玻璃的低粘度(相對或比較於相同溫度下的鈉鈣玻璃)。因此在混合步驟前，氧化鈣中間產物和/或矽酸鈉玻璃中間產物至少部分(如果不是全部)澄清，而且至少部分(如果不是全部)無氣體和氣泡。這極大減少了生產鈉鈣玻璃熔體的最後混合步驟所需要的時間和能量。煅燒步驟和/或矽酸鈉玻璃形成步驟和/或最後混合步驟可在減壓下進行以進一步釋放氣體和減少氣泡形成。
[0008]在一個實施方案中，矽酸鈉玻璃是通過在二氧化矽存在下熔融純鹼形成，釋放二氧化碳氣體。在另一個實施方案中，矽酸鈉玻璃是通過在二氧化矽和水蒸汽存在下熔融氯化鈉而形成，以形成矽酸鈉並且釋放氯化氫氣體。
[0009]附圖簡沭
[0010]本公開，連同另外的目標、特徵、優點和它們的某些方面一起，將由以下的說明、所附權利要求和附圖而得到最佳的理解，其中:
[0011]圖1為按照本公開的一個示例性實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是對圖1方法中相應步驟的修改的功能性框圖。
[0013]優選實施方案的詳細i兌明
[0014]圖1說明按照本公開一個示例性實施方案製造鈉鈣玻璃(也叫鈉鈣矽玻璃)的方法。方法中第一步驟10包括原料的固態(固相)煅燒。在一個實施方案中，碳酸鈣(CaCO3)被投料，比如以石灰石的形式，並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下進行。在圖2的第二實施方案IOa中，在最後混合步驟中的煅燒產物的可溶性可通過在二氧化矽(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矽酸鈣(CaO-SiO2)而得到提高。該煅燒階段10或者IOa可在減壓(真空)下進行以增強二氧化碳的釋放。
[0015]方法的第二階段包括熔融、反應和澄清投入材料和液體(熔融)相的矽酸鈉玻璃產物。這種矽酸鈉玻璃是「幹」玻璃，也即是說其不溶於水。在圖1的一個實施方案20中，純鹼(Na2CO3)在升高的溫度下與二氧化矽混合來生產矽酸鈉玻璃(Na2O-SiO2)並釋放出二氧化碳。純鹼與二氧化矽的摩爾比可以為約1:1_約1:5。在圖3中的備選實施方案20a中，矽酸鈉玻璃是通過氯化鈉(NaCl)與水蒸汽(H2O)和二氧化矽(SiO2)的反應生成矽酸鈉玻璃並釋放氯化氫(HCl)來形成的。該階段20或20a優選在升高的溫度下發生，比如約900°C-170(rC。這個階段可在低壓(真空)下進行來促進二氧化碳或氯化氫氣態產物的釋放。矽酸鈉玻璃相對低的粘度(即相對或相較於典型的鈉鈣玻璃在高於矽酸鈉玻璃的玻璃相轉變溫度的相同溫度下的粘度，在該溫度下，矽酸鈉玻璃是液相且無水分)容易促進和允許氣態反應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生成的氧化鈣產物與階段20或20a的液體產物混合。階段20或20a的矽酸鈉玻璃產物相對低的粘度促進在階段30中的混合、溶解、均質化和任何剩餘氣體的釋放。例如，當更高熔點組分(CaO在2572°C熔融，SiO2在1600°C至1725°C變為玻璃(熔體))混合併溶解於其中時，已經熔融的矽酸鈉玻璃可具有低於1500 V的溫度。階段30可在包括混合，例如通過如攪拌的機械性攪動，來促進混合物的溶解和均質化。階段30可以在減壓(真空)下進行來促進氣體釋放。這個階段可在高於約900°C的溫度下進行。另外的原料40可在階段30加入，比如添加二氧化矽以在玻璃熔體中達到期望的二氧化矽水平和/或加入其它添加劑如著色劑和/或氧化鈣(CaO)和/或碎(再循環的)玻璃和/或其它少量成分。
[0017]儘管階段10和IOa在圖1和圖2中進行了說明並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。同樣應理解的是，儘管討論並在附圖中展示「階段」，然而本公開的方法優選是以下連續過程:其中階段10和20例如同時發生並一起按一定速率進料到階段30中以提供從階段30中連續的產出。換句話說，優選原料連續進料到階段10和20，例如，中間反應產物從階段10和階段20連續進料到階段30，按需在階段40連續進料另外的原料，和從階段30連續出料鈉鈣玻璃到其它玻璃製造階段。
[0018]附圖中說明的整個過程可在約三至四小時內進行，相比現有技術一般需要24小時停留時間，而且，該過程理論上預計能量輸入為每噸約1.5兆焦耳，對比現有技術典型為預計理論能量為每噸約2.2兆焦耳。
[0019]因此公開了一種製造鈉鈣玻璃的方法，其完全實現了所有之前所闡述的目的和目標。結合目前優選的實施方案而介紹本公開，並討論了備選方案和修改。鑑於前述說明，其它的備選方案和修改易於向本領域普通技術人員啟示它們自身。
【權利要求】
1.一種用於製造鈉鈣玻璃的方法，其包括以下步驟: (a)在水不存在下形成液相矽酸鈉玻璃(Na2SiO3),同時釋放氣態反應產物，且； (b)將步驟(a)中的矽酸鈉玻璃產物與其它材料混合以形成鈉鈣玻璃熔體。
2.權利要求1中所述的方法，其中在減壓條件下進行所述步驟(a)和/或所述步驟(b)以促進釋放氣體。
3.權利要求1中所述的方法，其中所述步驟(a)包括在二氧化矽(SiO2)存在下將純鹼(Na2CO3)熔融來形成所述矽酸鈉玻璃並釋放二氧化碳(CO2)氣體。
4.權利要求3所述的方法，其中所述純鹼和所述二氧化矽的摩爾比為約1:1_約1:5。
5.權利要求3所述的方法，其中在約900°C-約1700°C的溫度範圍內進行所述步驟(b)。
6.權利要求1所述的方法，其中所述步驟(a)包括在二氧化矽(SiO2)和水蒸汽(H2O)存在下將氯化鈉(NaCl)熔融以形成所述矽酸鈉玻璃並釋放氯化氫(HCl)氣體。
7.權利要求1所述的方法，其中所述步驟(b)包括添加碎玻璃和/或二氧化矽(SiO2)和/或氧化鈣(CaO)和/或其它少量成分。
8.權利要求1所述的方法，其中所述步驟(b)包括混合以促進所述混合物的溶解和均質化。
9.權利要求8所述的方法，其中所述步驟(b)在高於約900°C的溫度下進行。
10.一種用於製造鈉鈣玻璃的方法，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)並釋放氣體； (b)在釋放氣態反應產物的同時形成液相矽酸鈉玻璃(Na2SiO3)，和 (C)將步驟(a)的所述氧化鈣產物與步驟(b)的所述液相矽酸鈉產物混合，形成鈉鈣玻璃熔體。
11.權利要求10所述的方法，其中在減壓條件下進行所述步驟(a)和/或所述步驟(b)和/或所述步驟(C)以促進氣體釋放。
12.權利要求10所述的方法，其中所述步驟(b)包括在二氧化矽(SiO2)存在下將純鹼(Na2CO3)熔融以形成所述矽酸鈉玻璃並釋放二氧化碳(CO2)氣體。
13.權利要求12所述的方法，其中所述純鹼和所述二氧化矽的摩爾比為約1:1-約1:5。
14.權利要求12所述的方法，其中在約900°C-約1700°C的溫度範圍內進行所述步驟(b)。
15.權利要求10所述的方法，其中所述步驟(b)包括在二氧化矽(SiO2)和水蒸汽(H2O)存在下將氯化鈉(NaCl)熔融以形成所述矽酸鈉玻璃並釋放氯化氫(HCl)氣體。
16.權利要求10所述的方法，其中所述步驟(a)包括在二氧化矽(SiO2)存在下將碳酸鈣煅燒以釋放二氧化碳(CO2)氣體。
17.權利要求10所述的方法，其中在約800°C-約1300°C的溫度範圍內進行所述步驟(a)。
18.權利要求10所述的方法，其中所述步驟(C)包括二氧化矽(SiO2)的添加。
19.權利要求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.權利要求10所述的方法，其中所述步驟(c)包括混合以促進所述混合物的溶解和均質化。
21.權利要求10所述的方法，其中在高於約900°C的溫度下進行所述步驟(C)。
22.權利要求10所述的方 法，其中所述步驟(b)在水不存在下進行。
【文檔編號】C03B5/225GK103492326SQ201280010445
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年2月24日 優先權日:2011年2月24日
【發明者】D·迪維特-史密斯, C·L·費爾維瑟, B·E·希克斯森 申請人:歐文斯-布洛克威玻璃容器有限公司