[发明专利]用于玻璃制造的配合料分析和优化方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2004年11月12日提交的美国申请10/988,019号的优先权，该申请的公开内容被全部引入本文以供参考。

发明领域

本发明涉及玻璃制造领域。更具体地，本发明涉及用于确定混色(mixed-color)碎玻璃的组成和优化玻璃配合料(batch)配方质量的系统和方法。

发明背景

由于环境压力和资源稀缺，成本经济地再循环材料如玻璃已经变得越来越重要。对这些事情的关注已经促进政府参与，包括建立政府指导原则，例如“瓶子法案(bottle bills)”。由于政府要求和环境意识，现在美国消费品的再循环比率比从前任何时候都大得多。

再循环材料的增加减少了进入垃圾场或其它废弃物处理点的材料如玻璃、塑料、纸张等的数量。而且，再循环可显著减少制造者使用“原始”材料的需要，从而保护环境资源。此外，使用可再循环物代替原始原料通常可减少能量需求、消除加工步骤、并减少废弃物流，包括产品制造过程中的气体排放。例如，在玻璃制造过程中，与原始原料相比，再循环玻璃需要更少的能量，排放更少的污染物。许多州已经对玻璃制造者提出要求，要求新玻璃瓶包含最少百分比的再循环玻璃。例如，在俄勒岗，要求玻璃容器制造商使用至少35％的消费后碎玻璃，即玻璃的破碎小片。加里福尼亚具有甚至更严格的法律，要求玻璃制造商在2005年以前将再循环物的使用量增加到65％。

但是，存在与执行这些政府要求相关的问题。过高的分类成本使得供应商难以加工足够数量的单色再循环玻璃。通常，在进入材料再循环设施(MRF)和/或玻璃加工设施时，例如在碎玻璃被清洗并准备运输至玻璃制造商处的地方，玻璃已经破碎、被其它材料污染、并且是混色的。这类材料以前不能用于玻璃制造，只用于低价值应用或仅仅被扔在垃圾场中。但是目前，规定性要求和其它问题迫使玻璃制造商增加其熔炉中混合碎玻璃的用量，反过来，这产生了在玻璃制造中使用混合碎玻璃的要求。

通常，当再循环与制造的产品具有相同组成的清洁来源的碎玻璃时，存在的问题较少。但是，由于大多数碎玻璃源自消费废品，所以主要的问题是如何较好地分离不同的玻璃废弃物流以及所产生的污染程度。外来材料如陶瓷(例如来自餐馆和/或酒吧的陶器和瓷器)；石头、砂砾和/或泥土(来自差的碎玻璃贮存)；铁类金属(来自瓶顶部和其它废料)；非铁金属(来自酒瓶的铅箔或铝瓶帽)；和有机物(标签和多余的食物残渣)均可能使得一批碎玻璃不可用。

在玻璃制备过程中，非铁金属能产生更高的排放，或者能在玻璃熔炉底部沉淀成层。陶瓷可能无法引入熔融物中，尽管有机物将在大多数熔炉中燃烧，但它们能产生难闻的气味，并在用于产生碎玻璃的破碎机器中是个问题。因此，碎玻璃质量和污染物水平是主要关注的问题。开发用于再使用混色玻璃的方法将是有益的，在该方法中使用混色碎玻璃如分色碎玻璃，来制备新的和有用的玻璃产品。

玻璃制造商尤其关注由消费后物流供应的玻璃质量。由于玻璃配合料配方现在能包含更多数量的混合碎玻璃(例如混色的玻璃，典型地为绿色玻璃、琥珀玻璃、和火石玻璃/透明玻璃)，所以玻璃制造商收到的混合碎玻璃或单色玻璃应始终符合由供应商给出的规格。玻璃制造商依据这些说明玻璃组成和杂质水平的规格来研制用于制造瓶子的玻璃配合料处方或配方。

通常，玻璃制备操作是连续的配合料生产工艺，其中碎玻璃被熔化，随后用其它需要的原料溶解，以获得要求的最终玻璃组成。在其它的工艺变量中，添加有色碎玻璃可影响混合物的吸光率及其熔化速率。因此，各配合料可能需要不同的原料配方，以获得要求的最终玻璃组成和稳定的最终产品质量。遗憾的是，所提供的规格可能不够精确，玻璃制造商通常必须“估测”配合料配方。例如，来自处理器的“纯”琥珀色碎玻璃可能包含百分之五或百分之十的其它颜色，对于陶瓷和有机污染物的杂质规格可能是大概的近似值。规格列出的组成和提供玻璃的实际组成之间的任何差异都会导致得到，与不同配合料制得的其他玻璃相比颜色不一致的玻璃。在碎玻璃利用水平低下的情况下，玻璃工业已经长期受此困扰。随着碎玻璃利用水平的升高，需要减少或消除可变性，包括配合料内和配合料之间的可变性，以确保从配方制造的玻璃颜色是一致的。因此，在将混合碎玻璃引入玻璃制造过程时，实时分析混合碎玻璃的组成对于确保所制造的玻璃瓶的一致性将是有益的。