使用锂瓷石 促进玻璃工业节能提高质量

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摘要：近年来，随着工业的发展而能源日趋紧张，由于能源和原料不断提价，一定程度上影响了玻璃工业的生存和发展，为此，除了有计划地调整企业产品结构，不断开发适销对路的新产品外，赋予我们的任务是在不影响产品实物质量     近年来，随着工业的发展而能源日趋紧张，由于能源和原料不断提价，一定程度上影响了玻璃工业的生存和发展，为此，除了有计划地调整企业产品结构，不断开发适销对路的新产品外，赋予我们的任务是在不影响产品实物质量的前提下，寻求一种能部分或全部取代氧化铝，亦能节约纯碱和降低熔化温度的低含铁量的矿物原料。从而达到降低能耗和生产成本、提高产品质量的目的。

    国外技术资料提及，在低碱玻璃中，引入少量含Li2O的矿物原料，能明显降低熔制温度和提高玻璃出料率。美国GlassContaiiines及Thateker、西德的Tettaller等企业都在玻璃配方中引入含有0.1-0.2%Li2O矿物原料，使玻璃熔化温度降低25—500C，出料量提高了12-17%，由此得出启示，积极寻找和开发应用国内低铁，含锂矿物原料来取代氧化铝，这对改善玻璃制品质量，降低能耗，提高企业经济效益具有重要意义。

    氧化锂化学机理：氧化锂Li2O，相对分子质量29.9，也是网络外体氧化物。它在玻璃中的作用比Na2O和K2O特殊。当O/Si比较小时，主要为断键作用，助熔作用强烈，是强助剂。锂的离子半径小于钠、钾的离子半径，当O/Si比大时，主要为积聚作用。Li2O代替Na2O或K2O使玻璃的膨胀系数降低，结晶倾向变小，大量Li2O又使结晶倾向增加。在一般玻璃中，引入０.１％～０.５％Li2O，可以降低玻璃的熔制温度，提高玻璃的产量和质量。

    我国天然含锂矿物主要有江西锂云母、锂瓷石，新疆锂辉石等，近年由于国家对新能源开发与使用力度加大，而处于新能源基础材料钽铌矿——锂云母的开发和使用也有所控制。同等含锂矿物——锂瓷石却不在限制之列，可以应用于玻璃与搪瓷行业。

    锂瓷石矿源主要集中在江西宜春九岭麓南侧，系燕山晚期（距今约1.3亿年）酸性岩桨沿构造裂隙呈浅成（或超浅成）脉状侵入而形成。岩性主要为霏细岩、股体十数条、储量达六千万盹。主要矿物成分为长石、石英、绢云母和高岭石。化学成分以SiO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O为主，Fe2O3、Ti2O含量极低。

    该锂瓷石具有白度好，铁、钛含量极低，锂含量较高，化学成分合理等优点。成分中Li2O、K2O、Na2O含量较高，使其具有很强的助熔能力，成分中含有少量的P2O5，又使其具有尚佳的乳浊效果，大量的绢云母矿物含量也使其自身具有较好的可塑性。是一种理想的高档陶瓷及玻璃原料。

    锂瓷石已被广泛应于玻璃行业的诸多领域，主要有以下优点:

    一、可取代氧化铝或氢氧化铝和减少纯碱用量

    由于该锂瓷石含铁极低，其它有害成分几乎没有，SiO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O等有益成分含量合理，故能完全取代氧化铝或氢氧化铝和长石粉，减少纯碱用量，降低配合料成本。

    二、可提高熔化率或降低熔化温度和延长窑炉使用寿命以及节约熔化能耗

    由于该锂瓷石向玻璃中不仅引入了K2O、Na2O，还引入了少量的Li2O和Ｆ离子，而Li离子属于惰性气体型离子，在高温时于结构中形成不对称中心，并能极化氧离子，起到减轻和破坏硅氧键（O/Si）的作用，因此锂瓷石引入的少量Li2O在高温时能起到高温助熔和加速玻璃熔化的作用。另外众所周知，碱金属在玻璃中具有促进熔化的作用，而玻璃中同时存在两种碱金属氧化物所带来的“混碱效应”较单一的氧化钠具有更好的助熔作用。而锂瓷石引入的氟又是一种能加速玻璃反应、降低玻璃粘度和表面张力、促进玻璃液澄清和均化、增加玻璃透热性的玻璃加速剂。所以由锂瓷石作为玻璃原料在玻璃配方中引入了0.1—0.2%左右的Li2O及0.1—0.2%左右的氟，两者综合效应可使玻璃熔化温度降低25—500C，使玻璃出料率增加10%以上。

    三、可提高产品的亮度及白度和改善产品的理化性能

    由于锂瓷石在玻璃中引入了0.1—0.2%的Li2O，国内外大量实验和技术文献证明：在玻璃中以少量Li2O取代Na2O、可以提高玻璃的抗水性，这是因为Li离子半径小，电场强度大，因此有加强玻璃网络的作用，同时可使玻璃膨胀系数降低、结晶倾向变小。另外“混碱效应”也使其玻璃的耐水性较单一碱金属氧化物时要好。因此在玻璃中引用适量的锂瓷石，对改善其产品的颜色、光泽、抗冲击、耐水侵蚀等性能都是有益的。

    本文所介绍的是经过考察、试制、试生产取得成功的含锂低铁瓷石粉开发应用的经验体会，所推荐的瓷石和成功工艺能广泛用于制造中、高档日用玻璃器皿、高档化妆品瓶、艺术装饰玻璃、理化仪器玻璃等。锂瓷石化学组成大致为：Al2O318%、SiO269%、K2O3.38%、Na2O2.87%、Li2O0.8-1.6%、F20.2-0.4%、Fe2O30.06—0.15%。锂瓷石的使用一般是以含铁量来分级采购的:一级:Fe2O3<0.06%、二级:Fe2O3<0.1%、三级:Fe2O3<0.15%。生产证明：在上述玻璃中引入含0.10-0.20%Li2O的瓷石粉取代长石粉，使玻璃含铁总量比原先降低30%以上，使玻璃的透明度和化学稳定性明显提高，并能降低玻璃熔制温度20-500C，因此这种瓷石确实是值得推广应用的矿物原料。

    实用案例：

    近年来锂瓷石在玻璃与搪瓷行业已广泛使用,如广东的华兴玻璃有限公司、南海罗村、肇庆的生力、江西的鼎丰、萍乡的东方医药玻璃厂、萍乡浮法玻璃厂、湖口蓝天玻璃厂、山东药玻、坪上玻璃、兖州浩鑫玻璃制品公司等.

    据说四川崇州一个省内外知名的玻璃瓶罐生产企业,主要生产中、高档日用酒瓶,为提高其产品理化性能与节约能耗,已多年来一直使用锂瓷石，收到了良好的经济效益，至今每月的用量都在7个车皮以上。

    最近据说，四川某医药玻璃生产企业由于面临天然气的用量不足，天然气价格上涨，天然气压力偏低导致炉温长期处于低温运行，熔制缺陷剧增，产品质量下降，窑炉处于晚期，高温熔化玻璃对窑炉侵蚀加剧，安全生产出现严重隐患等生产运行问题。针对公司生产现状，他们收集技术与应用技术信息，大胆优化配方设计，采用江西宜春锂瓷石引入氧化锂。引入锂瓷石原料后，玻璃熔化温度降低400C，降幅达2-3%，确保在低温状态下正常生产，天然气日减少耗气1300立方以上。吨玻璃液少用纯碱10公斤，节碱4.8%，粉料成本基本持平。熔制缺陷减少50%，促进玻璃制品的成型及轻量化实现，产品的理化性能指标均优于未使用前。

    结论：低含铁Li2O锂瓷石能取代日用玻璃成分中全部氧化铝，引入0.1—0.2%Li2O的锂瓷石粉可使玻璃熔化温度降低200C以上，亦能降低配合料成本5%左右，节约纯碱约3%，并能不同程度地提高玻璃的化学稳定性和透明度，由于瓷石中含有一定的氟化物，有利于玻璃的澄清和加速熔制。特别是在当今节能减排工作日益紧迫的形势下，玻璃行业应进一步开展技术创新，优化工艺，大胆引用节能与性能改善原料—锂瓷石，并且应广泛推广。