硼酸盐在玻璃生产中的应用筒装湿巾机
时间：2022/07/06 12:02:45 编辑：
硼酸盐在玻璃生产中的应用
目前氧化硼的世界年产量是1.5百万吨，而玻璃和陶瓷工业的消耗量约占其总产量的一半.对各种玻璃制品来说，氧化硼都是一非常重要的组成成分.现在已广泛使用的玻璃制品主要有：隔声、绝热的玻璃棉、增强塑料用的玻璃纤维，钢和各种金属基片上的搪瓷，陶瓷釉（例如面砖和餐具上的彩釉），光学玻璃以及各种硼硅酸盐技术玻璃.硼硅酸盐技术玻璃的种类目前很多，现已成熟使用的有：照明器材，实验室器皿，炊具，医疗器具和液晶显示屏. 在商品化玻璃生产过程中，氧化硼主要起助熔的作用.当其他性质的要求限定了碱的用量后，往往添加氧化硼来降低熔化、成型和液线温度.与氧化钠和氧化钾不同，氧化硼不仅具有助熔的作用，同时还有助于形成具有高化学耐久性、低热膨胀和低导电性的玻璃制品.商业意义： 目前世界上约有200多种矿物含有氧化硼，但具有商业应用价值的仅几种.实际上，仅有四种矿物的组成中含有90%的、能被工业生产采用的硼酸盐：硼砂和四水硼砂——主要组成成分是硼酸钠；钠硼解石——硼酸钠钙；硬硼钙石——硼酸钙.这些矿物主要产于加利福尼亚和土耳其、阿根廷、玻利维亚、智利、秘鲁和中国也有少量生产.另外，中国和俄罗斯还大量出产硼酸镁和硼酸钙制品.上述矿藏的总量基本上就是当今全球所能提供的硼酸盐的数量.表1列出了一些有实用意义的矿物的组成及产地.每一种矿物中都不同程度的含有其他矿相，所以使用前必须经过加工处理，从而得到所需的硼酸盐制品.对于玻璃工业来说，一般需要经过提纯处理. 原料的选择： 玻璃生产中，选择硼酸盐原料的标准与其他原料基本相同，主要包括组成、、纯度、一致性、价格、可用性和熔化性能等几个方面.但是，不同种类的玻璃有不同的标准.有的玻璃对纯度的要求不是很高，而有的品种则要求使用精练过的高纯化学原料，限制杂质的含量在百万分之几的水平（ppm）.玻璃用硼酸盐可以大致从以下三方面加以区分：矿物原料和精练产品，含钠和不含钠、水合物和非水合物，祥见表2.确定玻璃生产配料的原则是在确保玻璃成分的前提下，尽可能降低原料成本.由于硼酸盐与配合料中的其他成分相比价格较贵，所以具体采用哪一种硅酸盐，是窑经过价格性能比较的.例如，含钠玻璃大多使用五水硼砂，这是由于它 表1 主要实用硼酸盐矿物的组成及产地 矿物名称 分子式 B2O3% 主要产地 硼砂 Na2O.2B2O3.10H2O 36.5 美国、土耳其、中国等 四水硼砂 Na2O.2BO3.4H2O 51.0 美国 硬硼钙石 2CaO.3B2O3.5H2O 50.8 土耳其、阿根廷、美国 钠硼解石 Na2O.2CaO.5B2O3.16H2O 43.0 土耳其、智利、阿根廷等 硅硼钙石 2CaO.B2O3.2SiO2.H2O 21.8 俄罗斯 水方硼石 CaO.MgO.3B2O3.6H2O 50.5 阿根廷、中国 纤维硼酸镁石 2MgO.B2O3.H2O 41.4 中国 与硼酸苏打灰相比，性能价格比更优越一些.有时为了保证产品的性能，同一配合料可能要采用良种硼酸盐，比如，有的硼硅酸盐玻璃同时使用五水硼砂和硼酸，目的是调节钠/硼比.开采得到的矿石都要进行加工处理，以提高氧化硼的含量、降低杂质含量、改善一致性，控制其体积性质.至于采用何种处理方法，则要根据具体矿石的矿物学特征和最终用途加以确定.硬硼钙石和钠硼解石主要用做矿物和生产硼酸的原料.硼砂和四水硼砂用来加工生产硼酸钠和硼酸；硅硼钙石经过处理后，制备硼酸盐类化学药品.提纯后的硼酸盐化学药品，如：五水硼砂和硼酸，氧化硼的含量都比较高，而且很稳定，杂质含量基本保证在痕量水平.由于提纯后的药品几乎不含有难熔杂质、熔点较低，所以其颗粒大小不是一个重要的因素，而矿物和为提纯硼酸盐的颗粒尺寸则是很重要的.玻璃用精致硼酸盐制品，一般要求是颗粒状，最大颗粒直径1.5mm.以前玻璃工业大多使用十水硼砂，现在大部分国家用五水硼砂替代.这是因为五水硼砂氧化硼含量更高，结晶水数量减少，具有优越的储存和散装运输性能.当然也有例外，中国的玻璃工业目前还在普遍使用十水硼砂.除此之外，硼酸也常用在玻璃生产中，特别是窑限制玻璃成分中碱的含量时，例如：生产耐热的派莱克丝（Pyrex）玻璃和用来拉制县委的E-玻璃时，就必须使用硼酸. 硼酸盐的生产： 硼酸钠和硼酸主要通过热的水溶液结晶来制得.美国加利福尼亚洲Boron地区的硼砂厂（Borax Plant），就是利用两种硼酸钠矿石-硼砂和四水硼砂生产五水硼砂，硼酸和十水硼砂.其主要生产过程如下：首先将开采来的矿石放入放入沸水中，这样不溶性的石灰就可以被分离；然后在真空结晶器中冷却富含硼砂的水溶液，得到硼酸钠；下一步，先在真空过滤带上清洗得到的晶体，驱除可溶性杂质，之后干燥.硼酸的生产过程是：先将四水硼砂溶于水，同时用硫酸酸化；然后去除不溶物，最后通过结晶分离硫酸钠和硼酸. 欧洲则是以硬硼钙石为原料，通过与硫酸反应来生产硼酸.生产过程中，先通过过滤，将石膏和其他不溶解矿物从热的硼酸溶液中分离；然后，溶液冷却、结晶，接着洗涤、过滤，之后得到硼酸晶体. 表2 玻璃生产用硼酸盐 原料 分子式 %B2O3 精致化学品： 硼酸纳 五水硼砂 Na2O.2B2O3.5H2O（1） 48.8 十水硼砂 Na2O.2B2O3.5H2O 36.5 非硼酸纳 硼酸 B（OH） 56.3 脱水、熔融 脱水硼砂 Na2O.2B2O3 68.8 氧化硼 B2O3 100 矿物制品： 硼酸钠 钠硼解石 Na2O.2CaO.5B2O3.16H2O 38（1） 非硼酸钠 硬硼钙石 2CaO.3B2O3.5H2O 33-43（1） 备注： 1、由于晶格中存在着部分水的空穴，所以每摩尔五水硼砂的实际含水量不足5摩尔，其晶体结构为Na2[B4O5（OH）]（2.67H2O）. 2、经处理的矿产品，非原始矿物 硬硼钙石和钠硼解石主要用来生产陶瓷釉（面砖用）、玻璃棉和玻璃纤维.由于矿物本身具有一定的变异性，所以使用前必须磨的很细（一般小于75μm），而且混合均匀.此外，研磨细度的大小对消除粗石英颗粒也是非常重要的.粗的石英颗粒在玻璃生产过程中是难以融化的，结果会在玻璃中形成结石.玻璃生产所需的矿物，一般都是先将块壮的矿石散装运输到生产现场，使用前再处理成所需的细粉.处理过程一般包括干燥和用风扫磨两步骤.使用前，一般还要进行成分和一直性分析. 硬硼钙石制品的纯度一般只有75%-85%，其余的是一些含有Mg、Si、Sr、S、和As元素的脉石.产地不同和颗粒不同，氧化硼的含量和杂质的含量就是有很大的差别，这一点对有特殊要求的应用是非常重要的.例如，生产E-玻璃时，就要选择砷含量低的硬硼钙石，以防止对拉制纤维的铂金套管的腐蚀.还有，陶瓷釉料一般选用级别较低的硬硼钙石.但是对铁含量的控制非常严格，否则将影响釉料的颜色. 无水硼砂和氧化硼也用于玻璃釉和硼硅酸盐技术玻璃的生产.硼硅酸盐技术玻璃对氧化硼含量的要求高达20.配合料中无水，有利于降低能耗，减少烟尘的排放量、改善玻璃质量，提高生产率.无水硼砂和氧化硼一般是以五水硼砂和硼酸为原料，通过脱水、熔化、淬冷、研磨和筛分等工序，最终形成一定的颗粒状产品. 工业变化 近年来，受环境保护、立法、降低成本等因素的推动，玻璃工业在新工艺、新产品开发和提高产品质量等方面都发生了较大的变化，从而大大的影响了硼酸盐原料的供应和使用，特别是原料供应行业，已经在朝着改善产品的质量和一致性，提高供应的可靠性方向发展，这一变化对玻璃工业尤为重要.原因是硅酸盐的生产地一般在偏远山区，离用户较远，致使供应不是很稳定，所以有必要建立一全球性的配送体系.目前Ro Tinto Borax集团已分别在美国的Boron和欧洲的鹿特丹建立了其产品的中转储运库，在世界的其他地方也建立了区域性的供应库.并且利用一些新工艺降低了杂质含量，改善了散装运输性能，从而大大提高了精致硼酸盐制品的质量和一致性.
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