第三章 玻璃生产工艺

硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学

玻璃制备的一般工艺流程

原料加工 配料 配合料制备

熔制 成型 退火 检验

玻璃深加工

工艺过程工艺过程

第一节 玻璃原料

一、常见氧化物按作用分类：

玻璃形成体 玻璃中间体 玻璃调整剂

SiO２ B2O3 P2O5 As2O3

Al2O3 ZrO2 TiO2 PbO ZnO BeO

Li2O K2O Na2O CaO MgO BaO SrO

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二、原料的选择 1. 原料的质量要符合要求，且成分稳定； 包括原料的化学、矿物、颗粒组成符合要求；原料的纯度；化学成分、水分要求稳定。 2. 原料要易于加工处理； 3. 成本低、能大量供应； 4. 少用质量过轻以及对人体有害的原料； 5. 对耐火材料的侵蚀要小。

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第二节 原 料

主要原料：主要成分

SiO2 Na2O CaO Al2O3 MgO

辅助原料：使玻璃获得某种必要性质、或加速玻

璃熔制过程而引入的原料。

一、引入 SiO2 的原料

硅酸盐玻璃的主要成分，构成玻璃结构网络骨架，赋予玻璃优良的性质。如好的化学稳定性、机械强度、硬度、增加透明性。但过多，玻璃熔融粘度大，熔

制温度高， 不利于生产。一般工业玻璃中 SiO2 占 60

～ 75% ，钠钙硅玻璃 >70% ，光学玻璃 40 ～ 80% 。 主要原料：硅砂（石英砂）、砂岩

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二、引入 Al2O3 原料

少量的 Al2O3 可以降低析晶倾向，提高化学稳定性

、热稳定性、机械强度。量多引起玻璃粘度增大，一

般用量 <8 ～ 10% 。

主要原料：长石、高岭土

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三、引入 Na2O 的原料

助熔剂，降低玻璃粘度、化学稳定性、热稳定性、

机械强度。一般用量 <16% 。

主要原料：纯碱（ Na2CO3 ）、芒硝（ Na2SO4 ）

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四、引入 CaO 的原料

CaO ：增加玻璃的化学稳定性、机械强度和电绝缘

性。但是析晶性强，且硬化速度快，使成形温度范围

变窄。平板玻璃中 CaO 含量 <10% 。

主要原料：石灰石、方解石等

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五、引入 MgO 的原料

MgO: 提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和机械强

度 用 MgO 取代部分的 CaO ，能改善玻璃的成形性

能，降低析晶倾向；平板玻璃，瓶罐玻璃中一般用量 3

～ 4%

主要原料：白云石、菱镁矿

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六、澄清剂 高温放出气体，或能降低玻璃液粘度以促进排除

气泡的物质。

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1. 硫酸盐： Na2SO4 、 BaSO4 、 CaSO4

Na2SO4 比较普遍，在钠钙硅玻璃如平板、瓶罐玻璃

中，用量为配合料的 1 ～ 1.5% ，日用玻璃采用

BaSO4 ，用量 0.5% ，低碱或无碱的玻璃用 CaSO4 ，

用量 0.5% 。

2. 氧化砷（ As2O3 ）氧化锑（ Sb2O3 ）

与 NaNO3 或 NH3NO3 等共用。低温时，吸收硝酸盐放出的氧，高温分解放出氧气而起澄清作用。

As2O3+O2→As2O5

As2O3 用量 0.2 ～ 0.6% ，硝酸盐 1.5 ～ 5% 。

有毒，改用 Sb2O3 ，作用一样。

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3. 硝酸盐 Ba(NO3) 、 NaNO3

Ba(NO3) 比 NaNO3 分解温度高，澄清效果好，常

用于钡质光学玻璃

4. 氟化物（降低熔体粘度），

氯化物（高温气化挥发）

七、着色剂 玻璃的颜色取决于可见光线内的选择吸收。被吸收光的颜

色与观察到的颜色互称补色。 1. 离子着色剂：离子或分子状态存在于玻璃中，离子或分

子对光线有选择性吸收的作用。如 Mn 化合物呈紫色（ 3 ～ 5

% ）， CoO 呈天蓝色（ 0.001 ～ 0.01% ）镍紫（ 0.003 ～ 0.03

% ） 2. 胶体着色剂：原子或分子以胶粒（ 1 ～ 100μm ）存在于

玻璃中。胶粒性质、大小、浓度对着色有影响。有金 (红）、银（黄）、铜（红）、锑等。 3. 化合物着色剂：硫化镉（黄色）、硒化镉（红）

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八、脱色剂 无色玻璃有良好的透明性。过渡金属离子使玻璃着

色。脱色的实质就是消除或减弱铁氧化物等的着色作用。

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1. 物理脱色：中和，使玻璃变白或灰色，利用颜色的

互补关系，有害杂质呈黄、黄绿色由兰、紫色与其互

补，所以，常用的物理脱色剂有：硒、氧化亚钴、氧

化亚镍、氧化锰、氧化钕

2. 化学脱色：通过化学反应使着色氧化物着色程度

减弱以提高透光度。

Fe2+ 着色能力大于 Fe3+ ，所以熔制时保持氧化气氛，

再加入氧化剂如 NaNO3 、 As2O5 等，效果较好。

低温时，硝酸盐放出氧， As2O3 吸收变成 As2O5 ，

高温时， As2O5 ＋ 4FeO→As2O3+2Fe2O3

九、氧化剂和还原剂 玻璃熔制时 能分解放出氧的物质成为氧化剂；反之，成为还原剂。 氧化剂的原料有：硝酸盐、 As2O5 、氧化铈等。

还原剂的原料有：煤粉、木屑、焦炭、氧化锡、铝粉等。

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十、乳浊剂 : 使玻璃产生乳白不透明的原料。

机理：玻璃中析出的晶体、气体或分散粒子与基础

玻璃间出现折射率差，引起光线散色而产生乳浊效果

不溶或难溶的化合物：以细粒状态悬浮于玻璃中，如

SnO2 、 ZrO2 、 Sb2O3 ；

析出式乳浊剂：玻璃液冷却时析出微晶（ 0.1 ～ 10μm ）如

ZrO2 、 TiO2 、 SiO2 ；

胶体乳浊剂：碳、硫、磷、氟等以胶体状态存在，使玻璃乳浊

。

微小液滴：根据折射率的不同，使玻璃产生乳浊效果

玻璃工业中常用的乳浊剂有：氟化物、磷酸盐、锆化合物、砷化合物、锡化合物、氧化锑等。

一、作用：将大块原料破粉碎、过筛使之成为一定大小的颗

粒，提高熔化速度和玻璃液的均匀度。

根据原料性质、加工处理的数量选择适当的机械设备，尽

量实现自动化、技术先进可靠、经济合理、流程顺畅。

二、工艺流程：有单系统、多系统和混合系统三种。多采

用混合系统，用量较多的原料单独采用一个原料加工处理系统

，用量小、性质相近的原料共用一个系统。

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第三节 原料的加工

举 例

硅砂：硅砂由汽车运输进厂砂库码垛。由翻斗车装运到原料车间硅砂仓，经担升机提升，平面摇筛筛分，合格硅砂入称量排库仓。

硅石：采用 1台鄂式破碎机粗碎， 1台圆锥破碎机中碎， 3台对辊破碎机细碎， 3台斗式提升机输送， 2

台六角筛筛分，合格粉料进入称量排库仓。

白云石：采用 1台鄂式破碎机， 2台对辊破碎机破碎，3台斗式提升机提升输送， 2台六角筛筛分。合格粉料进入称量排库仓。

纯碱：采用 1台笼型碾和 1台六角筛破碎筛分，用半式提升机输送。合格粉料进入称量排库仓。

芒硝：采用 1台双齿辊破碎机， 1台六角筛加工，斗式提升机输送。合格粉料进入称量排库仓。

三、玻璃组成的设计和确定（补充） 1. 列出所设计玻璃的性能要求；

2. 参考相关相图和玻璃形成图，拟出玻璃组成；

3. 试验、测试、调整、确定组成。

基本要求：熔化良好、均匀，尽可能避免各种玻璃缺陷；满足

成形要求；具有一定的化学稳定性，避免与盛装物发生作用；制

品有一定的热稳定性和一定的机械强度。

组成：采用 Na ２ O － CaO － SiO ２为基础，引入适量的 Al ２ O

３， MgO 改善玻璃的析晶倾向、增强化学稳定性、机械强度和改

善成形性质。医用玻璃和化工用瓶采用硼硅酸盐玻璃。

（一）瓶罐玻璃

绿色啤酒瓶其组成： SiO2 68.0 Al2O3 3.6 CaO 8.5

MgO 2.3 Na2O ＋ K2O 1.57 BaO 1.0 Cr2O3 0.07

MnO 0.09 Fe2O3 0.51

汽水瓶： SiO2 65.0 Al2O3 8.0 CaO 11.0 MgO 1.0

Na2O ＋ K2O 1.57 BaO 0.3 Cr2O3 0.07 MnO 0.09

Fe2O3 0.50

（一）瓶罐玻璃

（二）器皿玻璃

性能要求：高的透明度、白度或鲜艳的颜色、具有一

定的热稳定性、化学稳定性和机械强度。

组成：派来克斯玻璃 Na ２ O － BaO － SiO ２系统或

铅硅酸盐无碱玻璃

（二）器皿玻璃中国吹制杯的组成

SiO2 74.3 Al2O3 1.4 B2O3 0.3 CaO 6.5 MgO 1.4

Na2O 15.3 ZnO 0.6

机制高脚酒杯 SiO2 2.21 Al2O3 1.7 BaO 3.77 CaO 6.6 Na2O 14.99

K2O 1.35

中铅晶质玻璃 SiO2 58.40 PbO 25.3 CaO 6.6 Na2O 2.41 K2O 14.05

（三）平板玻璃要求：易于熔化和澄清、制品有良好的化学稳定性、

成形温度范围析晶倾向小、玻璃料性短。组成：

如浮法玻璃：SiO2 72~72.2 Al2O3 1.3~1.5 Na2O ＋ K2O 13.4~14.6

CaO 8.2~8.9 MgO 2.9~4.0 Fe2O3 0.17

四、配合料的计算（补充）

根据玻璃的重量百分比及原料的化学成分，计算熔化 10

00Kg 玻璃所需的各种原料用量。注意：各组成氧化物挥

发损失、飞扬损失及溶入耐火材料对成分的改变，在计算

时对某些组分作适当的增减以保证设计成分。

（一）配合料计算中的几个工艺参数 1. 纯碱挥散率：挥发、飞散量与总量的比值，一般 0.2 ～ 3.5

%

2. 芒硝含率：芒硝引入的 Na2O 与芒硝和纯碱引入的 Na2O重

量之比，一般 5 ～ 8% 。

3. 煤粉含量：煤粉引入的固定 C 与芒硝引入的 Na2SO4之比，

煤粉的理论含率为 4.2% ，生产上一般控制在 3 ～ 5%.

4.萤石含率：由萤石引入的 CaF2 量与原料重量之比，一般 18

～ 26% 。

（二）计算实例

已知： 1. 玻璃的设计成分

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O SO3 总计

72.4 2.1 0.2 6.4 4.2 14.5 0.2 100

2.各种原料的化学成分（ % ）

煤粉 含 C 84.11%

原料 含水率 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O Na2S O4 CaF2

硅砂砂岩

菱镁矿白云石

纯碱芒硝萤石

4.5

1.0

—

0.3

1.8

4.2

—

89.70

98.76

1.73

0.69

 

1.10

24.62

5.12

0.56

0.29

0.15

 

0.29

2.08

0.34

0.10

0.42

0.13

 

0.12

0.43

0.44

0.14

0.71

31.57

 

0.50

51.56

0.16

0.02

46.29

20.47

 

0.37

3.66

0.19

 

 

57.94

41.47

 

 

 

 

 

95.03

 

 

 

 

 

 

70.28

3. 配料的工艺参数与数据纯碱挥散率 3.10% 玻璃获得率 82.5%

碎玻璃掺入率 20% 萤石含量 0.85%

芒硝含量 15% 计算基础 100kg 玻璃液

煤粉含量 4.7% 计算精度 0.01

第四节 配合料的制备 一、质量要求： 1. 具有正确性和稳定性； 2. 有一定的颗粒组成（防止分层现象）； 3. 具有一定水分； 4. 具有一定气体率； 气体率 =逸出气体量／配合料总量 ×100%

钠钙硅酸盐玻璃，气体率为 15 ～ 20% 。 5. 混合均匀。 6. 加入一定量的碎玻璃。一般在 18 ～ 26%

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二、配合料的称量

按配合料计算计算结果确定配料单，进行原料的称量。

称量设备： 电子称：特点是快速准确 精度： 1/1000

配合料称量混合生产系统使用减量法计算机在线控制全自动生产线

三、配合料的混合

1. 混合设备的结构和性能；

2. 加料顺序；先加石英，同时加水进行混合，

再加纯碱、长石、石灰石、白云石。

3. 加水量及方式；配合料细，加水量多；水应加

在石英原料的表面而不能直接加在配合料中。

4. 原料的物性 ( 比重、颗粒组成、表面性质等 )

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1.名词解释： 澄清剂、物理脱色、化学脱色、乳浊剂

2.简述配合料的质量要求。