使用鋰瓷石 促進玻璃工業(yè)節(jié)能提高質量

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摘要：近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展而能源日趨緊張，由于能源和原料不斷提價，一定程度上影響了玻璃工業(yè)的生存和發(fā)展，為此，除了有計劃地調整企業(yè)產(chǎn)品結構，不斷開發(fā)適銷對路的新產(chǎn)品外，賦予我們的任務是在不影響產(chǎn)品實物質量     近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展而能源日趨緊張，由于能源和原料不斷提價，一定程度上影響了玻璃工業(yè)的生存和發(fā)展，為此，除了有計劃地調整企業(yè)產(chǎn)品結構，不斷開發(fā)適銷對路的新產(chǎn)品外，賦予我們的任務是在不影響產(chǎn)品實物質量的前提下，尋求一種能部分或全部取代氧化鋁，亦能節(jié)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(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質量的目的。

    國外技術資料提及，在低堿玻璃中，引入少量含Li2O的礦物原料，能明顯降低熔制溫度和提高玻璃出料率。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，使玻璃熔化溫度降低25—500C，出料量提高了12-17%，由此得出啟示，積極尋找和開發(fā)應用國內(nèi)低鐵，含鋰礦物原料來取代氧化鋁，這對改善玻璃制品質量，降低能耗，提高企業(yè)經(jīng)濟效益具有重要意義。

    氧化鋰化學機理：氧化鋰Li2O，相對分子質量29.9，也是網(wǎng)絡外體氧化物。它在玻璃中的作用比Na2O和K2O特殊。當O/Si比較小時，主要為斷鍵作用，助熔作用強烈，是強助劑。鋰的離子半徑小于鈉、鉀的離子半徑，當O/Si比大時，主要為積聚作用。Li2O代替Na2O或K2O使玻璃的膨脹系數(shù)降低，結晶傾向變小，大量Li2O又使結晶傾向增加。在一般玻璃中，引入０.１％～０.５％Li2O，可以降低玻璃的熔制溫度，提高玻璃的產(chǎn)量和質量。

    我國天然含鋰礦物主要有江西鋰云母、鋰瓷石，新疆鋰輝石等，近年由于國家對新能源開發(fā)與使用力度加大，而處于新能源基礎材料鉭鈮礦——鋰云母的開發(fā)和使用也有所控制。同等含鋰礦物——鋰瓷石卻不在限制之列，可以應用于玻璃與搪瓷行業(yè)。

    鋰瓷石礦源主要集中在江西宜春九嶺麓南側，系燕山晚期（距今約1.3億年）酸性巖槳沿構造裂隙呈淺成（或超淺成）脈狀侵入而形成。巖性主要為霏細巖、股體十數(shù)條、儲量達六千萬盹。主要礦物成分為長石、石英、絹云母和高嶺石?；瘜W成分以SiO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O為主，F(xiàn)e2O3、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，化學成分合理等優(yōu)點。成分中Li2O、K2O、Na2O含量較高，使其具有很強的助熔能力，成分中含有少量的P2O5，又使其具有尚佳的乳濁效果，大量的絹云母礦物含量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。

    鋰瓷石已被廣泛應于玻璃行業(yè)的諸多領域，主要有以下優(yōu)點:

    一、可取代氧化鋁或氫氧化鋁和減少純堿用量

    由于該鋰瓷石含鐵極低，其它有害成分幾乎沒有，SiO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O等有益成分含量合理，故能完全取代氧化鋁或氫氧化鋁和長石粉，減少純堿用量，降低配合料成本。

    二、可提高熔化率或降低熔化溫度和延長窯爐使用壽命以及節(jié)約熔化能耗

    由于該鋰瓷石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離子屬于惰性氣體型離子，在高溫時于結構中形成不對稱中心，并能極化氧離子，起到減輕和破壞硅氧鍵（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，堿金屬在玻璃中具有促進熔化的作用，而玻璃中同時存在兩種堿金屬氧化物所帶來的“混堿效應”較單一的氧化鈉具有更好的助熔作用。而鋰瓷石引入的氟又是一種能加速玻璃反應、降低玻璃粘度和表面張力、促進玻璃液澄清和均化、增加玻璃透熱性的玻璃加速劑。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0.1—0.2%左右的氟，兩者綜合效應可使玻璃熔化溫度降低25—500C，使玻璃出料率增加10%以上。

    三、可提高產(chǎn)品的亮度及白度和改善產(chǎn)品的理化性能

    由于鋰瓷石在玻璃中引入了0.1—0.2%的Li2O，國內(nèi)外大量實驗和技術文獻證明：在玻璃中以少量Li2O取代Na2O、可以提高玻璃的抗水性，這是因為Li離子半徑小，電場強度大，因此有加強玻璃網(wǎng)絡的作用，同時可使玻璃膨脹系數(shù)降低、結晶傾向變小。另外“混堿效應”也使其玻璃的耐水性較單一堿金屬氧化物時要好。因此在玻璃中引用適量的鋰瓷石，對改善其產(chǎn)品的顏色、光澤、抗沖擊、耐水侵蝕等性能都是有益的。

    本文所介紹的是經(jīng)過考察、試制、試生產(chǎn)取得成功的含鋰低鐵瓷石粉開發(fā)應用的經(jīng)驗體會，所推薦的瓷石和成功工藝能廣泛用于制造中、高檔日用玻璃器皿、高檔化妝品瓶、藝術裝飾玻璃、理化儀器玻璃等。鋰瓷石化學組成大致為：Al2O318%、SiO269%、K2O3.38%、Na2O2.87%、Li2O0.8-1.6%、F20.2-0.4%、Fe2O30.06—0.15%。鋰瓷石的使用一般是以含鐵量來分級采購的:一級:Fe2O3<0.06%、二級:Fe2O3<0.1%、三級:Fe2O3<0.15%。生產(chǎn)證明：在上述玻璃中引入含0.10-0.20%Li2O的瓷石粉取代長石粉，使玻璃含鐵總量比原先降低30%以上，使玻璃的透明度和化學穩(wěn)定性明顯提高，并能降低玻璃熔制溫度20-500C，因此這種瓷石確實是值得推廣應用的礦物原料。

    實用案例：

    近年來鋰瓷石在玻璃與搪瓷行業(yè)已廣泛使用,如廣東的華興玻璃有限公司、南海羅村、肇慶的生力、江西的鼎豐、萍鄉(xiāng)的東方醫(yī)藥玻璃廠、萍鄉(xiāng)浮法玻璃廠、湖口藍天玻璃廠、山東藥玻、坪上玻璃、兗州浩鑫玻璃制品公司等.

    據(jù)說四川崇州一個省內(nèi)外知名的玻璃瓶罐生產(chǎn)企業(yè),主要生產(chǎn)中、高檔日用酒瓶,為提高其產(chǎn)品理化性能與節(jié)約能耗,已多年來一直使用鋰瓷石，收到了良好的經(jīng)濟效益，至今每月的用量都在7個車皮以上。

    最近據(jù)說，四川某醫(yī)藥玻璃生產(chǎn)企業(yè)由于面臨天然氣的用量不足，天然氣價格上漲，天然氣壓力偏低導致爐溫長期處于低溫運行，熔制缺陷劇增，產(chǎn)品質量下降，窯爐處于晚期，高溫熔化玻璃對窯爐侵蝕加劇，安全生產(chǎn)出現(xiàn)嚴重隱患等生產(chǎn)運行問題。針對公司生產(chǎn)現(xiàn)狀，他們收集技術與應用技術信息，大膽優(yōu)化配方設計，采用江西宜春鋰瓷石引入氧化鋰。引入鋰瓷石原料后，玻璃熔化溫度降低400C，降幅達2-3%，確保在低溫狀態(tài)下正常生產(chǎn)，天然氣日減少耗氣1300立方以上。噸玻璃液少用純堿10公斤，節(jié)堿4.8%，粉料成本基本持平。熔制缺陷減少50%，促進玻璃制品的成型及輕量化實現(xiàn)，產(chǎn)品的理化性能指標均優(yōu)于未使用前。

    結論：低含鐵Li2O鋰瓷石能取代日用玻璃成分中全部氧化鋁，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(jié)約純堿約3%，并能不同程度地提高玻璃的化學穩(wěn)定性和透明度，由于瓷石中含有一定的氟化物，有利于玻璃的澄清和加速熔制。特別是在當今節(jié)能減排工作日益緊迫的形勢下，玻璃行業(yè)應進一步開展技術創(chuàng)新，優(yōu)化工藝，大膽引用節(jié)能與性能改善原料—鋰瓷石，并且應廣泛推廣。