人造硅酸盐及其在玻璃生产中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种生产人造硅酸盐的方法，该方法在提供用于玻璃生产的原料方面是有利的。该方法包括：使氧化钙和氧化镁、水和硅酸钠反应。这样可在比常规方法低的温度下形成玻璃、并且挥发性气体的释放量也较低。在玻璃中形成较少的方英石。所生产的人造硅酸盐可是圆柱状粒料。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备玻璃用的组合物及其生产方法。更具体地说，本专利技术涉及一种用氧化钙和氧化镁、水和硅酸钠以及硅砂制备的碱金属前体材料。该材料特别用于玻璃生产中，并使得能耗降低，而与玻璃生产物料有关的挥发物质则减少。玻璃可由玻璃形成体形成，而玻璃形成体被玻璃无序网络理论定义为具有重阳离子-氧的键强度大于大约335千焦耳／摩尔的材料。典型的形成体是氧化物如B2O3、SiO2、GeO2、P2O5、As2O5、P2O3、As2O3、Sb2O3、V2O5、Sb2O5、Nb2O5和Ta2O5。氟化物BeF2也能够作形成体。其它成分可与玻璃形成体混合以提供各种不同的作用。这些成分包括玻璃中间体和玻璃调整剂、中间体键强度大约为250-350千焦耳／摩尔，而其可以变为网络的一部分，或不变为网络的一部分；而调整剂键强度小于大约250千焦耳／摩尔，并且其不会变为网络的一部分。典型的调整剂是镓、镁、锂、锌、钙、钠和钾的氧化物。其它的形成体、中间体和调整剂也是众所周知的，在“玻璃”，Kirk-Othmer化工技术百科全书，12卷，第555页(1994年)中对它们均有描述。玻璃的一种形式是含有调整剂和中间体的硅酸盐系统。这样的硅酸盐具有硅与氧通过键合形成的网络。使用调整剂如氧化钠、可使这些硅氧键断裂从而形成终端为钠的链。也可使用其它调整剂。这样的调整剂可使玻璃流动性更好，电阻降低、热膨胀增加，化学稳定性降低或流动性增加。钠钙玻璃可能是最普通的玻璃制品。这样的钠钙玻璃含有碱金属和碱土金属的混合物。这些玻璃可用钠、钙、硅、镁、铝、钡和钾的氧化物来生产。大多数的玻璃是用其中将原料转变至高温从而形成均匀的熔体的方法来生产的。所用的原料典型地是砂子、作为硅源；石灰石或白云质石灰、作为钙源和／或镁源；和纯碱或苛性碱、作为钠源。石灰石典型地是高钙石灰石(95％方解石，CaCO3)、文石、或白云质石灰石(白云石CaMg(CO3)2和方解石的混合物)。纯碱(碳酸钠Na2CO3)可是矿物沉积物经Solvay工艺处理的产物。典型的生产工艺包括将砂、纯碱、石灰石和其它材料在高于1000℃的温度下进行定量混合。因此，持续地有一种开发新工艺和新材料的需求，其能够便于玻璃的生产、而又节省能耗，同时又能够增加产量。US．5004706公开了一种制备熔融玻璃的方法，其中将二氧化硅与其它物料组分(包括钠碱土金属硅酸盐)一起加热，而该硅酸盐又包括在最终的熔融玻璃中钠的主要部分。该专利也公开了一种用于玻璃生产中的物料组分，其包括钠钙硅酸盐和任选的钠镁硅酸盐。同时也公开了一种生产包括钠钙硅酸盐的物料组分的方法，其包括将氧化钠源、二氧化硅源、和硅酸钙源或氧化钙源在大于800℃的温度下加热，其Na2O∶CaO∶SiO2摩尔比为1∶1∶1可预热最终的物料组分，而没有必要在混合和加入熔炉之前熔融。US4920080公开了一种玻璃的制备方法，其中使二氧化硅与碳酸钠反应，从而作为初始步骤形成硅酸钠。最终的硅酸钠与含碳酸钙物料混合(该物料优选为煅烧的物料，从而在与硅酸钠接触之前放出二氧化碳)。该专利建议在工艺中最大限度地从玻璃熔融过程中回收余热，并且使最终的物料基本没有二氧化碳，从而使玻璃中气态内含物减至最少。US4023976公开了一种制备玻璃的改进方法，其中将玻璃物料与粘结剂混合，陈化、捏练、并加压成生料块，将其加热从而使物料中的内含物在预热阶段部分反应。该方法使玻璃物料中偏析和非均质降至最小，并且降低了玻璃熔炉的操作温度。US3883364公开了一种无尘碱土金属碳酸盐颗粒材料，其特别适合作玻璃熔炉的原料。制备该颗粒材料的工艺包括将刚制备好的碱土金属碳酸盐含水料浆与碱金属硅酸盐溶液混合，干燥该料浆，并在大约700-900℃的温度下进行烧结，由此，将含水料浆的固体转变为可被磨细成无尘、自由流动和适合用作玻璃熔炉原料形式的致密材料。US．3967934公开了一种熔融玻璃物料的改性方法，其通过使用硅酸钠水溶液作为物料成分从而提供大约1-10％Na2O的总含量，而常规的含钠物料提供大量的Na2O含量。该专利建议加入硅酸钠水溶液可使熔融温度和／或熔融时所用的燃料降低。结果粉尘也降低，玻璃不均匀或缺陷的发生率也减少了。本专利技术涉及一种通过使用人造硅酸盐生产熔融硅酸盐制品的方法，其中人造硅酸盐可通过混合消解的钙源和／或镁源和二氧化硅源来生产。优选地，人造硅酸盐可通过水溶性的硅酸盐技术路径或硅砂技术路径来制备。有利地，人造硅酸盐可形成圆柱状颗粒。根据本专利技术的一个或多个方面，本专利技术提供了节约能耗的优点和其它好处，包括(但不是限制)在玻璃生产工艺中二氧化碳的排放量降低、所形成的气泡减少、在所形成的玻璃中杂质减少、熔炉的出炉量增加，在所生产的玻璃中各元素比更加定量，并且物料的均匀性也得到改善。本专利技术的一个实施方案就是一种生产熔融硅酸盐制品的方法，该方法包括将消解的钙源和／或镁源与二氧化硅源掺混，从而形成硅酸盐材料(下文称人造硅酸盐)，该硅酸盐材料包括一种或多种选自于硅酸钙、硅酸镁和硅酸镁钙的化合物，该人造硅酸盐可是生产玻璃或其他硅酸盐制品的前体材料。人造硅酸盐任选地含有作为由生产消解的钙源和／或镁源的消解工艺而产生的残余水的自由水。该方法还包括在合适的生产条件下将人造硅酸盐与第二二氧化硅源掺混，从而生产熔融的硅酸盐制品。第二二氧化硅源可是与生产人造硅酸盐所用相同的二氧化硅源，也可是不同的二氧化硅源。所生产的熔融硅酸盐制品取决于原料和相应的硅酸盐制品生产条件的选择。熔融硅酸盐优选地是适合于生产玻璃制品的玻璃前体，玻璃制品包括(但不是限制)玻璃容器、玻璃瓶、玻璃窗(例如建筑物、交通工具等)、玻璃纤维、光学玻璃、光学纤维等等和其他玻璃制品，如加入铝、硼、镓等而生产的玻璃制品。钙源和／或镁源可是能够用水消解的任何天然或人造材料，如可与水反应的氧化钙和／或氧化镁。这样的钙源和／或镁源可是天然类型的氧化钙和／或氧化镁，也可是经粉磨、煅烧或其他处理后的材料。其非限制性的实例是硅灰石(CaO·SiO2)、透辉石(CaO·MgO·2SiO2)、镁黄长石(2CaO·Mg0·2SiO2)、硅酸钙(CaO·SiO2)、煅烧白云石(即白云石质石灰，CaO·MgO)和各种形式的石灰如生石灰、含水石灰、消石灰和高钙石灰(即95％或更高的活性)。优选的钙源和／或镁源包括白云质石灰和高钙石灰。钙源和／或镁源可在常温或常压下用水进行消解。也可使用高温和高压。当使用一种以上的钙源和／或镁源时，可在消解之前、消解期间、或消解之后进行混合。水的用量优选地至少是完全消解时的化学计量数量，也可是过量致使消解后的钙源和／或镁源包含一定数量游离水的数量。二氧化硅源可是任何能够与特定的消解钙源和／或镁源掺混从而形成人造硅酸盐的简便的二氧化硅源。例如，二氧化硅源可是其中二氧化硅不与其他化合物结合的二氧化硅，作为天然材料的二氧化硅，其例举的实例是砂子、石英等。另外，二氧化硅源也可是与其他化合物结合的二氧化硅，作为这样的二氧化硅，其例举的实例是硅酸钠。除了二氧化硅源以外，也可能需要一种或多种钙源、镁源和钠源，以便完成玻璃或其他硅酸盐材料的生产。例如，可使用一种或多种石灰石、白云石、和纯碱材料。这取决于所希望的组成。使用这样的材料可导致在生产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产熔融硅酸盐制品的方法，该方法包括：在足以形成熔融人造硅酸盐制品的温度下将消解的钙源和／或镁源和二氧化硅掺混。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GH范奇尔德，JA霍克曼，
申请(专利权)人：矿业技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]