Nguyên Liệu Hóa Chất Sản Xuất Thủy Tinh: Cao,Mgo, Na2Co3, Nano3, Al2O3,Fe2O3

*  Nguyên liệu chính:

-  Cát (SiO2): là thành phần chủ yếu của các loại thủy tinh, chiếm 60 - 70%. Trong cát còn chứa các oxit khác như CaO, MgO, Al2O3, Fe2O3. Nếu hàm lượng của Fe2O3 cao sẽ làm cho thủy tinh có màu làm giảm độ truyền ánh sáng. Thủy tinh thường đòi hỏi cát chứa Fe2O3≤ 0,2%, thủy tinh cao cấp ≤ 0,1%.

-   Hàn the (Na2B4O7.10H2O): ở nhiệt độ cao hàn the bị phân hủy cung cấp cho thủy tinh B2O3. Oxit này làm giảm hệ số giãn nở của thủy tinh, tăng độ bền hóa, độ bền nhiệt. Nó thường được dùng cho thủy tinh trong phòng thí nghiệm, bóng đèn.

-   Al2O3  làm tăng độ bền của thủy tinh, nhưng cũng làm cho quá trình nấu chảy khó khăn và giảm sự giãn nở của thủy tinh.

-  Na2CO3: cung cấp Na2O cho thủy tinh. Có tác dụng hạ thấp nhiệt độ nấu và khử bọt.

Nếu Na2O nhiều sẽ làm giảm độ bền cơ học.

-  BaO và PbO: làm cho thủy tinh có trọng lượng riêng lớn, chiết suất cao, ánh đẹp do

đó được dùng trong việc sản xuất thủy tinh quang học. Hàm lượng PbO cao có thể tạo

ra ngọc thạch nhân tạo để làm đồ trang sức.

*  Nguyên liệu phụ:

Là các nguyên liệu đưa vào thuỷ tinh giúp quá trình nấu nhanh và có tác dụng như là chất khử bọt, khử màu, nhuộm màu hoặc tăng cường một tính chất riêng biệt nào đó.

-  Chất khử bọt: Là chất có thể giải phóng khỏi thuỷ tinh các bọt khí. Các chất khử bọt thường dùng là muối nitrat, oxyt asen, sunfua, các muối fluor và amoni

Ví dụ:     NaNO3 = Na2O + N2 + O2

-  Chất nhuộm màu: Gồm 2 loại

+ Chất nhuộm màu phân tử: Đó là các oxyt vô cơ mang màu

Mn2O3              : Cho màu tím                        Selen     : Màu hồng                   Coban  : Màu đen đến xanh đậm                

Oxyt sắt            : Màu vàng, xanh lục

+ Chất nhuộm màu phân tán keo

Gồm các hợp chất của Au, Cu, Sb (Antimon) nằm trong thuỷ tinh ở dạng phân tán keo thuỷ tinh, sau khi tạo hình thì đem gia công lần thứ hai với các chất nhuộm màu trên và sẽ cho các màu sắc khác nhau

Cu2S, Sb2O3: Cho màu đỏ

Au     : Cho màu tía

-  Chất gây đục: Chủ yếu là các hợp chất chứa Fluor như CaF2, Na2SiF6 AlF3 tạo cho thuỷ tinh có màu trắng như sữa, như màu của sứ.

-  Chất khử màu: Trong cát chứa nhiều ion Fe2+ sẽ cho màu tự nhiên của thuỷ tinh là màu xanh lục vì ion này gây màu rất mạnh. Để nhuộm màu trước hết phải khử màu Fe2+ bằng cách chuyển FeO Þ Fe2O3 dùng chất oxy hoá NaNO3.

Quá trình nấu thuỷ tinh

Đầu tiên phối trộn các nguyên liệu theo đúng tỉ lệ và đảo trộn để nguyên liệu phân tán đồng đều vào nhau.

Giai đoạn tạo silicat: 600-10000C

Khi nhiệt độ tăng dần, nước trong nguyên liệu bị tách ra, tạo ra các muối kép.

CaCO3  + Na2CO3 = Na2Ca(CO3)2

* 600 – 8000C muối kép tạo silicat và thoát CO2

Na2Ca(CO3)2 + 2SiO2 = Na2SiO3 + CaSiO3 + 2CO2

* 720 - 9000C

Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2

Na2Ca(CO3)2 + Na2CO3 + 3SiO2 = 2Na2SiO3 + CaSiO3 + 3CO2

*  9120C: CaCO3 bị phân hủy

CaCO3 = CaO + CO2

*  10100C:      CaO + SiO2 = CaSiO3

* Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu:

-  Nhiệt độ: Nhiệt độ tăng quá trình nấu được rút ngắn. Ở 13000C nấu thuỷ tinh thông thường hết 15 giờ, nếu 14000C thì chỉ còn lại 5 giờ.

Nhưng nhiệt độ quá cao sẽ ảnh hưởng đến vật liệu chịu lửa lót nồi và nồi nấu

thuỷ tinh. Thông thường sản xuất thuỷ tinh gia dụng nhiệt độ nấu 1400-15000C

-  Kích thước hạt nguyên liệu: phải đảm bảo, hạt to quá quá trình nấu sẽ khó khăn.

-   Thành phần hoá học: Các oxyt kim loại kiềm và kiềm thổ có nhiệt độ nóng chảy thấp, nếu hàm lượng các oxyt này thấp thì quá trình nấu sẽ được dễ dàng nhưng lại ảnh hưởng đến tính chất hoá lý của thuỷ tinh. Các oxyt Fe2O3, Al2O3, SiO2 làm tăng được các tính chất của thuỷ tinh nhưng lại làm tăng nhiệt độ nấu. Do đó quá trình hỗn hợp phối liệu theo một tỷ lệ sao cho đảm bảo được chất lượng sản phẩm đồng thời khống chế nhiệt độ nấu vừa phải.

 Giai đoạn tạo thủy tinh:

Bắt đầu từ 9000C đến 12000C: Trong khoảng nhiệt độ này các muối silicat chảy

lỏng thành một khối trong suốt, nhưng còn nhiều bọt khí và thành phần thủy tinh chưa đồng nhất.

Giai đoạn khử bọt:

Nhiệt độ khoảng 1400 - 15000C

Ở giai đoạn này các bọt sẽ được thoát ra hết do nhiệt độ tăng làm độ nhớt của chất lỏng giảm và các chất khử bọt phát huy tác dụng (các khí như O2, CO2 thoát ra). Cuối giai đoạn khử bọt, bằng mắt thường ta không thể nhìn thấy các bọt trong thủy tinh.

Giai đoạn đồng nhất

Sau khi giai đoạn khử bọt kết thúc, người ta vẫn phải giữ thủy tinh trong một thời gian nhất định ở nhiệt độ cao. Do ở nhiệt độ như vậy độ nhớt của thủy tinh rất thấp tạo điều kiện khuyếch tán các thành phần của nguyên liệu đồng đều ở các hướng

Giai đoạn làm lạnh

Ở trạng thái quá lỏng không thể gia công thuỷ tinh thành sản phẩm được Þ phải hạ thấp nhiệt độ của xuống 1100 - 13000C để có độ nhớt đảm bảo cho quá trình tạo hình.