[发明专利]水增强的澄清方法—一种降低玻璃熔窑有毒排放物的方法

说明书

本发明涉及降低玻璃熔窑有毒排放物的方法。

玻璃生产按照一般化方法进行，其中将诸如沙、苏打、石灰、长石、白云石和再循环玻璃(通常称为碎玻璃)之类的玻璃生成材料混合成配合料，在窑中将其分别在大约800-1300℃和大约1300-1500℃进行熔化和精炼。然后将玻璃材料冷却以进行老化、生成和退火(参见Tooley，The Handbook of Glass Manufacture，3d.Ed.)。

在熔化阶段，由于多种众所周知的反应，生成诸如CO₂和N₂之类的气体。这些气体在玻璃液中形成必须除去的气泡或疵点。澄清是从玻璃熔体中除去这些气体的物理化学方法。作为该方法的部分，将多种已知为澄清剂在混合前加入配合料玻璃中。这些试剂的主要作用是在适当的温度下在玻璃熔体中释放气体，这些气体扩散到玻璃熔体的气泡中。当气泡变得更大时，气泡的相对浮力增加，气泡升至玻璃熔体的表面，然后气体从表面释放。根据斯托克斯定律。气泡通过玻璃熔体的速度可以通过降低玻璃熔体的粘度来增加。通过提高玻璃熔体的温度，更多的澄清气体释放出来，玻璃熔体的粘度降低。这就是为什么澄清过程发生在窑中最热区域的原因。

常用澄清剂的实例是硫酸钠，它按照以下反应分裂生成SO₂和O₂气体：

其它硫酸盐化合物包括硫酸钙和硫酸钡，含有诸如滤尘和滤渣之类的含硫酸盐材料也可以用于配合料材料中以提供玻璃中的硫酸盐。

用于玻璃中的硫酸盐的量取决于熔化的玻璃类型。每公吨玻璃产品所用的硫酸钠的一般范围，对于浮法玻璃和氧化的平板玻璃为6-12kg(按SO₃计为3.4-6.7 kg)，对于火石瓶罐玻璃为5-8kg(按SO₃计为2.8-4.5kg)，对于绿色瓶罐玻璃为4-7kg(按SO₃计为2.2-3.9kg)，而对于纺织纤维玻璃(E-玻璃)为5-10kg。当大部分进料由碎玻璃构成时，由于碎玻璃已经含有硫酸盐，所以硫酸钠的需要可以降低到上述范围之下。

玻璃配合料中大约一半硫酸盐可能保留在玻璃产品中，而另一半作为SO₂气体在澄清和配合料熔化期间放出。在配合料熔化期间，SO₂气体通过与碳和其它化合物(包括窑炉气氛中的还原气体(如果存在))反应而放出。

玻璃窑的SO₂以及其它有毒排出物和颗粒排出物是严重的环境问题。该问题的一个可能的解决方法是使用氧-燃料燃烧，后者用商品级氧气替代空气。尽管氧-燃料燃烧已经证明可降低燃气炉NOx排放的80-99％，但降低其它有毒排出物和颗粒排出物的方法仍在寻找。这些排出物的主要来源是在熔化和澄清过程中释放的诸如SO₂之类的澄清剂反应产物。

我们也知道气态SO₂在颗粒排出物的生成中，以以下方式起作用。在玻璃熔体表面通过水蒸气与玻璃熔体中的氧化钠的反应生成的NaOH，在蓄热室和烟道中与SO₂和O₂反应，生成Na₂SO₄以及其它硫酸盐化合物。这些化合物冷凝生成超微大小的颗粒。

当前有三种主要方法用来降低SO₂的排放：1)降低玻璃配合料中的硫酸盐的量，2)控制烧嘴点火条件和窑中的气氛以降低配合料熔化期间硫酸盐的损耗，3)安装SO₂洗涤塔以清洗燃料烟道气体。