[发明专利]用于熔融和澄清钠钙玻璃的方法

说明书

本公开涉及一种用于熔融和澄清钠钙玻璃的方法，特别涉及采用硅酸钠玻璃作为中间产物的这种方法。

本公开的背景和概述

钠钙玻璃，也叫钠钙硅玻璃，广泛用于生产玻璃容器和其它玻璃制品。粗玻璃熔体的形成一般包括在升高的温度下混合多种由玻璃形成的化合物。玻璃一般具有在炉中约二十四个小时的停留时间，通过去除气体并熔化固体来澄清玻璃。气体必须最终去除以生产不含气泡的固化玻璃制品；在熔化的玻璃中去除气泡的方法被称为“澄清”。除了不期望地缓慢，这种炉中过程还涉及大量空间和高能量输入。

本公开的总体目标是提供一种用于制造钠钙玻璃的方法，其比常规方法更快和具有更少的能量输入。

本公开包含可以彼此分开或者组合实施的多个方面。

根据本公开的一个方面，一种用于制造钠钙玻璃的方法，包括(a)在无水状态下以液相形成硅酸钠玻璃，同时释放气态反应产物，和(b)将步骤(a)中的硅酸钠玻璃反应产物和其它材料混合形成钠钙玻璃熔体。熔融的硅酸钠玻璃的低粘度(相对或比较于相同温度下的钠钙玻璃)允许并促进释放气态反应产物比如二氧化碳。

根据本公开的另一个方面，一种用于制造钠钙玻璃的方法，包括在升高的温度下煅烧固相碳酸钙以形成氧化钙并释放气体比如二氧化碳。硅酸钠玻璃单独以液相成形，同时释放气态反应产物。将煅烧过的碳酸钙和硅酸钠玻璃中间产物混合以形成钠钙玻璃熔体。硅酸钠玻璃作为中间产物在与氧化钙混合之前形成，具有促进释放硅酸钠玻璃中的气态反应产物的优点，这至少部分归因于硅酸钠玻璃的低粘度(相对或比较于相同温度下的钠钙玻璃)。因此在混合步骤前，氧化钙中间产物和／或硅酸钠玻璃中间产物至少部分(如果不是全部)澄清，而且至少部分(如果不是全部)无气体和气泡。这极大减少了生产钠钙玻璃熔体的最后混合步骤所需要的时间和能量。煅烧步骤和／或硅酸钠玻璃形成步骤和／或最后混合步骤可在减压下进行以进一步释放气体和减少气泡形成。

在一个实施方案中，硅酸钠玻璃是通过在二氧化硅存在下熔融纯碱形成，释放二氧化碳气体。在另一个实施方案中，硅酸钠玻璃是通过在二氧化硅和水蒸汽存在下熔融氯化钠而形成，以形成硅酸钠并且释放氯化氢气体。

附图简述

本公开，连同另外的目标、特征、优点和它们的某些方面一起，将由以下的说明、所附权利要求和附图而得到最佳的理解，其中：

图1为按照本公开的一个示例性实施方案熔融和澄清钠钙玻璃的基本方法的框图；以及

图2和图3是对图1方法中相应步骤的修改的功能性框图。

优选实施方案的详细说明

图1说明按照本公开一个示例性实施方案制造钠钙玻璃(也叫钠钙硅玻璃)的方法。方法中第一步骤10包括原料的固态(固相)煅烧。在一个实施方案中，碳酸钙(CaCO₃)被投料，比如以石灰石的形式，并被加热到释放出二氧化碳(CO₂)。这一步骤可在温度为约800℃-约1300℃下进行。在图2的第二实施方案10a中，在最后混合步骤中的煅烧产物的可溶性可通过在二氧化硅(SiO₂)存在下的煅烧以形成至少一些更容易在混合阶段溶解的硅酸钙(CaO-SiO₂)而得到提高。该煅烧阶段10或者10a可在减压(真空)下进行以增强二氧化碳的释放。

方法的第二阶段包括熔融、反应和澄清投入材料和液体(熔融)相的硅酸钠玻璃产物。这种硅酸钠玻璃是“干”玻璃，也即是说其不溶于水。在图1的一个实施方案20中，纯碱(Na₂CO₃)在升高的温度下与二氧化硅混合来生产硅酸钠玻璃(Na₂O-SiO₂)并释放出二氧化碳。纯碱与二氧化硅的摩尔比可以为约1：1-约1：5。在图3中的备选实施方案20a中，硅酸钠玻璃是通过氯化钠(NaCl)与水蒸汽(H₂O)和二氧化硅(SiO₂)的反应生成硅酸钠玻璃并释放氯化氢(HCl)来形成的。该阶段20或20a优选在升高的温度下发生，比如约900℃-1700℃。这个阶段可在低压(真空)下进行来促进二氧化碳或氯化氢气态产物的释放。硅酸钠玻璃相对低的粘度(即相对或相较于典型的钠钙玻璃在高于硅酸钠玻璃的玻璃相转变温度的相同温度下的粘度，在该温度下，硅酸钠玻璃是液相且无水分)容易促进和允许气态反应物的释放且不形成气泡。