無(wú)機(jī)非金屬工藝學(xué)2-原料及預(yù)處理

1、無(wú)機(jī)非金屬材料工藝原理無(wú)機(jī)非金屬材料工藝原理第一章第一章 原料及其預(yù)處理原料及其預(yù)處理鈣質(zhì)原料鈣質(zhì)原料方解石方解石石灰石石灰石泥灰?guī)r泥灰?guī)r白堊白堊鈣質(zhì)工業(yè)廢渣鈣質(zhì)工業(yè)廢渣方解石的組成與性質(zhì)方解石的組成與性質(zhì)主要成分：主要成分： CaCO3理論組成：理論組成： CaO 56%，CO2 44。 雜質(zhì)：有雜質(zhì)：有Mg、Fe、Mn(8以下以下)等碳酸鹽。等碳酸鹽。屬三方晶系，晶體呈菱面體，有時(shí)呈粒狀或板狀。屬三方晶系，晶體呈菱面體，有時(shí)呈粒狀或板狀。一般為乳白色或無(wú)色。一般為乳白色或無(wú)色。雜質(zhì)污染時(shí)可呈陪灰、黃、紅、褐色等。雜質(zhì)污染時(shí)可呈陪灰、黃、紅、褐色等。玻璃光澤，性脆，硬度為玻璃光澤，性脆，硬度

2、為3，比重，比重2.6。分解溫度分解溫度900900以上。以上。石灰石的組成與性質(zhì)石灰石的組成與性質(zhì)化學(xué)成分：主要為化學(xué)成分：主要為CaO、CO2。 主要礦物主要礦物:方解石，含白云石、硅質(zhì)、含鐵礦物和粘方解石，含白云石、硅質(zhì)、含鐵礦物和粘土質(zhì)雜質(zhì)，是一種具有微晶或潛晶結(jié)構(gòu)的致密巖石。土質(zhì)雜質(zhì)，是一種具有微晶或潛晶結(jié)構(gòu)的致密巖石。泥灰?guī)r的組成與性質(zhì)泥灰?guī)r的組成與性質(zhì) 泥灰?guī)r是由碳酸鈣和粘土物質(zhì)同時(shí)沉積所形泥灰?guī)r是由碳酸鈣和粘土物質(zhì)同時(shí)沉積所形成的均勾混合的沉積巖，是一種由石灰?guī)r向黏土成的均勾混合的沉積巖，是一種由石灰?guī)r向黏土過(guò)渡的巖石。過(guò)渡的巖石。泥灰?guī)r中泥灰?guī)r中CaO大于大于45。硬度低于石

3、灰?guī)r，耐壓強(qiáng)度通常小于硬度低于石灰?guī)r，耐壓強(qiáng)度通常小于100MPa。 白堊的組成與性質(zhì)白堊的組成與性質(zhì) 白堊由海生生物外殼與貝殼堆積而成，主要是白堊由海生生物外殼與貝殼堆積而成，主要是由隱晶或無(wú)定形細(xì)粒疏松的碳酸鈣所組成的石灰?guī)r。由隱晶或無(wú)定形細(xì)粒疏松的碳酸鈣所組成的石灰?guī)r。色白、發(fā)亮的為最純，色白、發(fā)亮的為最純，CaCO3可達(dá)可達(dá)90以上。以上。白堊易于粉磨和易燒性均較好。白堊易于粉磨和易燒性均較好。 鈣質(zhì)原料化學(xué)組成鈣質(zhì)原料化學(xué)組成：CaO、CO2；少量的；少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO等雜質(zhì)。等雜質(zhì)。 天然鈣質(zhì)原料的主要礦物天然鈣質(zhì)原料的主要礦物：方解石、少量的白云：方解

4、石、少量的白云石、硅質(zhì)石、硅質(zhì)(石英或燧石石英或燧石)、含鐵礦物、含鐵礦物R2O、SO3和黏土和黏土質(zhì)雜質(zhì)。質(zhì)雜質(zhì)。 鈣質(zhì)原料的主要作用是提供制成無(wú)機(jī)非金鈣質(zhì)原料的主要作用是提供制成無(wú)機(jī)非金屬材料所需的屬材料所需的CaO。硅酸鹽水泥生產(chǎn)硅酸鹽水泥生產(chǎn)：提供生成熟料礦物所需的：提供生成熟料礦物所需的CaO。陶瓷陶瓷：使用的鈣質(zhì)材料一般為：使用的鈣質(zhì)材料一般為方解石方解石。主要作用：助熔，縮短燒成時(shí)間，增加瓷器主要作用：助熔，縮短燒成時(shí)間，增加瓷器 的透明度，使坯釉結(jié)合牢固。的透明度，使坯釉結(jié)合牢固。玻璃玻璃：CaO通過(guò)方解石、石灰石、白堊、沉通過(guò)方解石、石灰石、白堊、沉 淀碳酸鈣等原料引入。淀碳

5、酸鈣等原料引入。 CaO在高溫時(shí)，能降低玻璃的粘在高溫時(shí)，能降低玻璃的粘度，促進(jìn)玻璃的熔化和澄清；但當(dāng)溫度，促進(jìn)玻璃的熔化和澄清；但當(dāng)溫度降低時(shí)，粘度增加得很快，使成形度降低時(shí)，粘度增加得很快，使成形困難。含困難。含CaO高的玻璃成形后退火要高的玻璃成形后退火要快，否則易于爆裂。快，否則易于爆裂。 穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑，即增加玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和，即增加玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和 機(jī)械強(qiáng)度，但含量不宜過(guò)高，否則會(huì)機(jī)械強(qiáng)度，但含量不宜過(guò)高，否則會(huì) 使玻璃的結(jié)晶傾向增大，而且易使玻使玻璃的結(jié)晶傾向增大，而且易使玻 璃發(fā)脆。璃發(fā)脆。在玻璃主要作用在玻璃主要作用1. 3 石英類原料石英類原料石英是硅酸鹽工業(yè)一種主要的不

6、可缺少的基本原料。石英是硅酸鹽工業(yè)一種主要的不可缺少的基本原料。水晶水晶脈石英脈石英石英巖石英巖(硅石硅石)砂巖砂巖石英砂石英砂硅砂硅砂 水晶水晶：最純的石英晶體稱為水晶。不作硅酸鹽原料使用。：最純的石英晶體稱為水晶。不作硅酸鹽原料使用。 脈石英脈石英：SiO2含量高（含量高（SiO299%），雜質(zhì)少。），雜質(zhì)少。 石英巖石英巖(硅石硅石)：石英巖含有一定量的雜質(zhì)，：石英巖含有一定量的雜質(zhì)，SiO2含量為含量為97%左右。左右。 砂巖砂巖：是由粘土或其它物質(zhì)膠結(jié)細(xì)粒二氧化硅晶體的水成巖石：是由粘土或其它物質(zhì)膠結(jié)細(xì)粒二氧化硅晶體的水成巖石 稱為砂巖。稱為砂巖。SiO2含量含量16%；Fe2O31

7、2%。 代用原料：有高嶺土、葉臘石等。代用原料：有高嶺土、葉臘石等。 其技術(shù)要求是：其技術(shù)要求是： 高嶺土：高嶺土：A12O330%；Fe2O325%；Fe2O30.4%；SiO270%1. 5 其他原料其他原料氧化鋰在玻璃中的作用：氧化鋰在玻璃中的作用： 引入引入Li2O的原料：的原料：碳酸鋰和天然的含鋰礦物碳酸鋰和天然的含鋰礦物。 如鋰云母如鋰云母(含含Li2O6)、透鋰長(zhǎng)石、透鋰長(zhǎng)石(含含Li2O 710)、鋰輝石、鋰輝石(含氧化鋰含氧化鋰Li2O8%)。 鋰云母鋰云母（LiFKFAl2O33SiO2）易于熔化，適于）易于熔化，適于做助熔劑。做助熔劑。氧化鈉在玻璃中的作用：氧化鈉在玻璃中

8、的作用： 氧化鈉氧化鈉Na2O是普通玻璃的主要組分之一是普通玻璃的主要組分之一，它是網(wǎng)絡(luò)外體，它是網(wǎng)絡(luò)外體 氧化物，鈉離子居于玻璃結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的空穴中。氧化物，鈉離子居于玻璃結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的空穴中。 Na2O能提供游離氧使玻璃結(jié)構(gòu)中的能提供游離氧使玻璃結(jié)構(gòu)中的O/Si比值增加，發(fā)生比值增加，發(fā)生 斷鍵，因而可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，是斷鍵，因而可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，是 玻璃玻璃良好的助熔劑良好的助熔劑。 Na2O增加玻璃的熱膨脹系數(shù)，降低玻璃的熱穩(wěn)定性、化增加玻璃的熱膨脹系數(shù)，降低玻璃的熱穩(wěn)定性、化 學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，所以學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，所以不能引入過(guò)多的不能引入過(guò)多的Na

9、2O，一般，一般 不超過(guò)不超過(guò)18%。 純堿是引入玻璃中純堿是引入玻璃中Na2O的主要原料，分為結(jié)晶純堿的主要原料，分為結(jié)晶純堿(Na2CO310H2O)與煅燒純堿與煅燒純堿(Na2CO3)兩類。兩類。玻璃工業(yè)中玻璃工業(yè)中采用煅燒純堿。采用煅燒純堿。 煅燒純堿可分為輕質(zhì)和重質(zhì)兩種。煅燒純堿可分為輕質(zhì)和重質(zhì)兩種。一般選重質(zhì)一般選重質(zhì)。 對(duì)純堿的質(zhì)量要求：對(duì)純堿的質(zhì)量要求：Na2CO398，NaCl1，Na2SO40.1，F(xiàn)e2O30.1。 無(wú)水芒硝或化學(xué)工業(yè)的副產(chǎn)品硫酸鈉無(wú)水芒硝或化學(xué)工業(yè)的副產(chǎn)品硫酸鈉(鹽餅鹽餅)，884熔融，熔融，熱分解溫度在熱分解溫度在11201220之間。但之間。但在還原

10、劑的作用下在還原劑的作用下，其分，其分解溫度可以降低到解溫度可以降低到500700，反應(yīng)速度也相應(yīng)地加快。，反應(yīng)速度也相應(yīng)地加快。還原劑還原劑：煤粉、焦炭粉、鋸末等。：煤粉、焦炭粉、鋸末等。 純堿缺乏時(shí)，用芒硝引入純堿缺乏時(shí)，用芒硝引入Na2O 芒硝除引入芒硝除引入Na2O外，還有外，還有澄清作用澄清作用，因而在采用純堿引入，因而在采用純堿引入Na2O 的同時(shí)，也常使用部分芒硝的同時(shí)，也常使用部分芒硝(23)。 芒硝能吸收水分而潮解，應(yīng)儲(chǔ)放在干燥有屋頂?shù)亩褕?chǎng)或庫(kù)內(nèi)，并芒硝能吸收水分而潮解，應(yīng)儲(chǔ)放在干燥有屋頂?shù)亩褕?chǎng)或庫(kù)內(nèi)，并 且要經(jīng)常測(cè)定其水分。且要經(jīng)常測(cè)定其水分。 芒硝的質(zhì)量要求芒硝的質(zhì)量要求

11、： Na2SO485，NaCl2，CaSO44， Fe2O30.3，H2O5。 硝酸鈉硝酸鈉（NaNO3），熔點(diǎn)），熔點(diǎn)318，加熱至，加熱至350，則分解放，則分解放出氧。繼續(xù)加熱，則生成的亞硝酸鈉又分解放出氮和氧。出氧。繼續(xù)加熱，則生成的亞硝酸鈉又分解放出氮和氧。 在在熔制鉛玻璃等需要氧化氣氛的熔制條件時(shí)熔制鉛玻璃等需要氧化氣氛的熔制條件時(shí)，須用硝酸鈉，須用硝酸鈉引入一部分引入一部分Na2O。此外硝酸鈉比純堿的氣體含量高，為了調(diào)節(jié)。此外硝酸鈉比純堿的氣體含量高，為了調(diào)節(jié)配合料的氣體率，也常用硝酸鈉來(lái)代替一部份純堿。配合料的氣體率，也常用硝酸鈉來(lái)代替一部份純堿。 硝酸鈉硝酸鈉是引入是引入Na

12、2O的原料，也是澄清劑、脫色劑和氧化劑。的原料，也是澄清劑、脫色劑和氧化劑。硝酸鈉一般純度較高硝酸鈉一般純度較高，質(zhì)量要求：，質(zhì)量要求：NaNO398，F(xiàn)e2O30.01，NaCl1鉀堿（鉀堿（K2CO3）碳酸鉀在玻璃熔制時(shí)，碳酸鉀在玻璃熔制時(shí)，K2O的揮發(fā)損失可達(dá)本身重量的的揮發(fā)損失可達(dá)本身重量的12。碳酸鉀的要求：碳酸鉀的要求： K2CO396，Na2O0.2，KCl十十K2SO43.5， 水不溶物水不溶物 0.3，水分，水分3。21. 5. 4 鎂質(zhì)原料鎂質(zhì)原料 菱鎂礦，亦稱菱苦土，主要成分菱鎂礦，亦稱菱苦土，主要成分MgCO3。 白云礦，又叫苦灰石，分子式為白云礦，又叫苦灰石，分子式為

13、CaCO3MgCO3?；翘烊坏暮杷徭V礦物，其特征是沿一定方向滑石是天然的含水硅酸鎂礦物，其特征是沿一定方向解理，所以多半呈鱗片狀。解理，所以多半呈鱗片狀?；瘜W(xué)通式：化學(xué)通式：3MgO4SiO2H2O。白云石和菱鎂礦是引入白云石和菱鎂礦是引入MgO的主要原料。的主要原料。MgO可以降低玻璃液的硬化速度?？梢越档筒Ａб旱挠不俣?。 玻璃中，玻璃中，BaO也是二價(jià)的網(wǎng)絡(luò)外體氧化物。它能增加玻璃也是二價(jià)的網(wǎng)絡(luò)外體氧化物。它能增加玻璃 的折射率、密度、光澤和化學(xué)穩(wěn)定性；的折射率、密度、光澤和化學(xué)穩(wěn)定性； 在制造光學(xué)玻璃時(shí)，有時(shí)用硝酸鋇在制造光學(xué)玻璃時(shí)，有時(shí)用硝酸鋇Ba(NO3)2，或氫氧，或氫氧

14、化鋇化鋇Ba(OH)2來(lái)引入來(lái)引入BaO。 含鋇原料都有含鋇原料都有毒性毒性，使用時(shí)應(yīng)注意。，使用時(shí)應(yīng)注意。ZnO主要用于光學(xué)玻璃，化學(xué)儀器玻璃，藥用玻璃，主要用于光學(xué)玻璃，化學(xué)儀器玻璃，藥用玻璃，高級(jí)器皿玻璃，微晶玻璃，低熔點(diǎn)破璃，乳白玻璃和高級(jí)器皿玻璃，微晶玻璃，低熔點(diǎn)破璃，乳白玻璃和硒與硫化鎘著色的玻璃中。硒與硫化鎘著色的玻璃中。 氟乳濁玻璃氟乳濁玻璃 硒鎘著色玻璃硒鎘著色玻璃 鉛玻璃鉛玻璃 一般玻璃一般玻璃 鉛丹鉛丹(Pb3O4，紅丹，紅丹) ：橙紅色粉末，大于：橙紅色粉末，大于550分解放出氧。分解放出氧。 要求：要求：Pb3O495%，F(xiàn)e2O30.03，SiO20.3。 鉛易被還

15、原，必須在氧化氣氛中熔制。鉛易被還原，必須在氧化氣氛中熔制。 密陀僧（黃丹，密陀僧（黃丹，PbO），黃色粉末，含有），黃色粉末，含有Pb等雜質(zhì)，等雜質(zhì)， 且易被還原。玻璃工業(yè)中常用紅丹。且易被還原。玻璃工業(yè)中常用紅丹。 硅酸鉛硅酸鉛PbOSiO2，黃色顆粒，粉塵小、雜質(zhì)少，黃色顆粒，粉塵小、雜質(zhì)少， 還原傾向小，在配合料中不易結(jié)團(tuán)，揮發(fā)損失少，還原傾向小，在配合料中不易結(jié)團(tuán)，揮發(fā)損失少， 易于熔制等。易于熔制等。紅丹和黃丹都紅丹和黃丹都是有毒原料，是有毒原料，使用時(shí)應(yīng)當(dāng)注使用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意。意。鈹化合物均有毒性，使用應(yīng)注意。鈹化合物均有毒性，使用應(yīng)注意。 BeO用于制造照明技術(shù)玻璃，用于制造照明技

16、術(shù)玻璃，X射線管透射窗，射線管透射窗，透紫外線玻璃等。透紫外線玻璃等。引入氧化鍶的原料有：引入氧化鍶的原料有：碳酸鍶碳酸鍶SrCO3、天青石、天青石SrSO4。SrO能吸收軟能吸收軟X射線，用于制造電視顯象管的面板。射線，用于制造電視顯象管的面板。引入氧化鎘的原料有：引入氧化鎘的原料有：氧化鎘氧化鎘CdO，氫氧化鎘，氫氧化鎘Cd(OH)2， 鎘化合物有毒性。鎘化合物有毒性。 CdO能增加玻璃中能增加玻璃中La2O3，ThO2的含量，提高玻璃的折的含量，提高玻璃的折射率，使玻璃易熔；主要用于生產(chǎn)高折射低色散的光學(xué)玻璃。射率，使玻璃易熔；主要用于生產(chǎn)高折射低色散的光學(xué)玻璃。引入引入B2O3的原料為

17、硼酸、硼砂和含硼礦物。的原料為硼酸、硼砂和含硼礦物。 硼酸硼酸H3BO3 硼酸加熱至硼酸加熱至140160后轉(zhuǎn)變?yōu)樗呐鹚岷筠D(zhuǎn)變?yōu)樗呐鹚?H2B4O7)，繼續(xù)加熱，繼續(xù)加熱則完全轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴诘膭t完全轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴诘腂2O3。 影響影響B(tài)2O3揮發(fā)的因素：玻璃的組成、熔制溫度、熔爐氣氛、揮發(fā)的因素：玻璃的組成、熔制溫度、熔爐氣氛、水分含量和熔制時(shí)間。水分含量和熔制時(shí)間。 硼砂硼砂Na2B4O710H2O硼砂在熔制時(shí)同時(shí)引入硼砂在熔制時(shí)同時(shí)引入Na2O和和B2O3，B2O3的揮發(fā)與硼酸相同。的揮發(fā)與硼酸相同。天然含硼礦物主要有：天然含硼礦物主要有： 硼鎂石、鈉硼解石和硅鈣硼石。硼鎂石、鈉硼解石和硅鈣硼石。

18、 玻玻 璃：璃： B2O3能降低玻璃的膨脹系數(shù)，提高玻璃的熱穩(wěn)能降低玻璃的膨脹系數(shù)，提高玻璃的熱穩(wěn) 定性、化學(xué)穩(wěn)定性，增加玻璃的折射率，改善定性、化學(xué)穩(wěn)定性，增加玻璃的折射率，改善 玻璃的光澤，提高玻璃的機(jī)械性能。玻璃的光澤，提高玻璃的機(jī)械性能。 引入引入P2O5的主要原料為磷酸鋁、磷酸納、的主要原料為磷酸鋁、磷酸納、 磷酸二氫銨、磷酸二氫銨、 磷酸鈣、骨灰等。磷酸鈣、骨灰等。 作用作用 玻璃中：玻璃中：P2O5能提高玻璃的色散系數(shù)，和透過(guò)紫外線的能提高玻璃的色散系數(shù)，和透過(guò)紫外線的 能力，但降低玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，單純的磷酸鹽玻璃極易能力，但降低玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，單純的磷酸鹽玻璃極易 水解。水解。P2O5用于制造光學(xué)玻璃和透紫外線玻璃。用于制造光學(xué)玻璃和透紫外線玻璃。1. 6 輔助原料輔助原料澄清劑澄清劑：凡在玻璃熔制過(guò)程中能分解產(chǎn)生氣體，或能降低玻璃：凡在玻璃熔制過(guò)程中能分解產(chǎn)生氣體，或能降低玻璃 粘度，促進(jìn)排除玻璃液中氣泡的物質(zhì)稱為澄清劑。粘度，促進(jìn)排除玻璃液中氣泡的物質(zhì)稱為澄清劑。常用的澄清劑種類：常用的澄清劑種類：定義定義：使物質(zhì)著色的物質(zhì)，稱為物質(zhì)的著色劑。：使物質(zhì)著色的物質(zhì)，稱為物質(zhì)的著色劑。 在玻璃生產(chǎn)中，根據(jù)著色劑在玻璃中呈現(xiàn)的在玻璃生產(chǎn)中，根據(jù)著色劑在玻璃中呈現(xiàn)的