[发明专利]人造硅酸盐及其在玻璃生产中的应用

说明书

本发明涉及一种制备玻璃用的组合物及其生产方法。更具体地说，本发明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。