ガラス複合体の製造に使用されるさまざまな物質は、まとめてガラス原料と呼ばれます。主原料とは、ガラスにさまざまな酸化物を導入してガラス構造の本体を形成し、ガラスの基本的な物理的および化学的特性を決定する原料を指します。主原料は、石英砂、長石、石灰石、ドロマイト、ソーダ灰などです。これらの原料は現在、一般的に粉末状で供給されています。(1)シリカの原料 シリカの主原料はシリカ砂（石英砂とも呼ばれる）であり、自然界における存在状態に応じて天然シリカ砂と加工シリカ砂に分けられます。形成過程が複雑なため、天然シリカ砂の化学組成は大きく変動することが多いですが、粒度分布は比較的均一です。天然シリカ砂の品質については、化学組成、組成の変動、耐火重量鉱物の制御に注意する必要があります。化学組成は主にFez 03の含有量を制御し、その品質に応じて等級分けされ使用されます。シリカ砂の品質等級は表2-16に示されています。2) シリカ砂の加工 シリカ砂の加工は、石英岩または砂岩の原鉱石を一定のプロセスで加工して製造する珪質原料です。石英岩または砂岩鉱石の純度は一般的に高く、不純物含有量が少なく安定しているため、加工によって製造されるシリカ砂の等級は高く安定しています。しかし、石英岩または砂岩鉱石から一定の粒径のシリカ砂を得るには、粒径を制御することが難しいため、コストが高くなります。シリカ砂は一般的に湿式法で加工され、一定の水分含有量があります。シリカ砂は最も溶融しにくい材料です。粒径、粒度分布、および粒子形状は、複合材料の混合、溶融、および均質化に重要な影響を与えます。粒径が小さくなるとガラスの溶融に有利ですが、細かいほど良いです。シリカ砂粉末には凝集体が存在し、粒間隙には多数の微細気泡が存在します。溶融困難が原因で、同時にシリカ砂粉末の存在により、ナトリウム、カルシウム、マグネシウムなどのバッチ材料が反応して一次溶融密度、粘度を生成し、炉材料の階層構造を引き起こしやすく、バッチ内の他の耐火原料にも影響を与える可能性があります。砂粒の形状は角張った形状の方が優れています。角張った形状は表面積が大きく、フラックスとの接触機会が多く、混合、輸送の過程で層状になりにくいためです。シリカ砂は採掘エリアで検査および受入する必要があります。シリカ砂の含水率は、鉱石生産時には8%以下、作業場で砂を積み込む際には5%以下に管理する必要があります。水分変動値は0.4%です。表2-17は、珪質原料の品質要件を示しています。(2) 通常のボトルガラス中のA12 O3の含有量は、一般的に2.0%～5.0%です。高白色材料のガラスボトルのA12 O3は主にアルミナと水酸化アルミニウムで構成されていますが、容器ガラスや色ガラスの品質要件が低い場合は、ナトリウム長石、カリウム長石、またはカルシウム長石を使用して長石A12O3を抽出することもできます。同時に、長石Na2OまたはK2Oの一部はソーダ灰の一部を置き換えることができ、ガラス溶解システムに有利です。ただし、一般的な長石中の鉄の含有量は高く、Fe2O3は0.1%未満と非常に少ないため、一般的なボトルや缶ガラスにのみ使用でき、高級ボトルや缶ガラスには使用できません。長石は、その異なる化学組成に応じて分類されます。組成は、カリ長石、ナトリウム長石、カルシウム長石、バリウム長石の 4 種類に分けられます。自然界では、4 つの長石の単独の鉱床は少なく、ほとんどはさまざまな割合で他の鉱物と混ざっています。表 2-18 に、長石材料の品質要件を示します。(3) 酸化ナトリウムの原料である Na2O は、ガラスの優れた融剤です。したがって、ガラス瓶や缶の化学組成中の Na2O の含有量は、ガラスの溶融条件と密接に関係しており、現在では主に 14% ～ 16% の範囲です。瓶ガラス中の Na2O は主にソーダ灰によって導入されます。ソーダ灰は化学原料の一種で、その主成分は Na2CO3 です。ソーダ灰は結晶ソーダ (Na2CO3·10H2O) と焼成ソーダ (Na2CO3) に分けられます。ガラス産業で使用されるソーダ灰のほとんどは、アンモニアアルカリ法で製造された結晶水を含まない焼成ソーダです。焼成ソーダ灰は白色の粉末で、水に溶けやすく、空気中の水分を吸収しやすく、潮解や固結を起こしやすいため、乾燥した倉庫に保管する必要があります。ソーダ灰は、ガラスのコストに影響を与える最も重要な要素の1つです。ボトルガラスには重アルカリが好まれます。軽アルカリと比較して、重アルカリは緩み、吸湿性、飛散や層状化傾向が少なく、化合物の均一性と溶融速度を向上させることができます。しかし、ソーダ灰の粒子が大きすぎると、材料中の他の耐火材料と効果的に協力して溶融効果を均一にすることができず、材料自体の混合物の不均一性を引き起こし、ガラスの溶融と透明度の品質に影響を与えるため、適切な粒径範囲は0.22～0.42 mmです。長期間放置された炭酸ナトリウムは、しばしば5%〜8%の水分を含んでいるため、使用時には適時に水分を測定する必要があります。ガラス溶融中の炭酸ナトリウムの揮発は0.5%〜3.2%です。焼成された炭酸ナトリウムには、しばしば少量のNaClが含まれています。Clは非常に活性であるため、耐火物の侵食が非常に深刻です。炭酸ナトリウムの量が多く、ガラス溶液中のClの蓄積は、最近業界の注目を集めています。(4)ガラス中の酸化カリウム(K20)の役割はNa20の役割と似ています。瓶や缶のガラスの製造では、少量のK20を使用してNa20の一部を置き換えることで、ガラスの屈折率を高め、製品の光沢と透過率を向上させることができます。ガラス中の2種類のアルカリ酸化物の化学的安定性は、単一のアルカリ酸化物よりも優れています。2種類の比率には最適な点があり、その現象は混合塩基効果です。ガラスの熱膨張係数に対するK20の影響はNa20の影響よりも大きいです。したがって、Na20の一部をK20で置き換える場合は、ガラスの熱膨張係数への影響を考慮する必要があります。瓶ガラス中のK20は、一般的に炭酸カリウムを焼成することによって導入されます。炭酸カリウムをガラス中で溶融すると、K2Oの揮発損失は約12%になります。炭酸カリウムの品質要件は、K2CO3が96%未満、Na2Oが40.2%、KCl+K2SO4が43.5%、水不溶分が0.3%未満、水分が3%未満です。炭酸カリウムの価格はソーダ灰よりも高いため、特別な要件のある瓶や缶ガラスを除き、ほとんどの瓶や缶ガラスは炭酸カリウムを直接使用して酸化カリウムを抽出せず、代わりに長石とともに酸化カリウムを使用します。(5) 酸化カルシウム原料の導入 ガラス中の酸化カルシウム(CaO)の主な役割は安定剤であり、ガラスの化学的安定性と機械的強度を高めることですが、含有量が高すぎるとガラスの結晶化傾向が高まり、ガラスが脆くなりやすくなります。通常の瓶ガラス中のCaO含有量は7%～11%で、一般的には12.5%以下です。高温でのCaOは粘度を低下させることができます。ガラスの溶融と透明化を促進するが、温度が下がると粘度が非常に速く上昇し、成形が難しくなるため、ガラス中のCao含有量は、ガラスの特性に対するCaoの影響を考慮するだけでなく、ガラス成形方法などの要因も考慮する必要があります。Cao含有量の多いガラスは、すぐに焼きなまし炉に入れなければ、製品が割れやすくなります。ナトリウムカルシウムガラスを溶融するときは、Na0Ca0で21に近づける方が良いです。瓶ガラスに使用される主な原料は、石灰石、方解石、チョークです。Fez 03 40.015%を含む石灰石は、食器や白色材料の製造に使用されます。Fez 03 0.04%未満の石灰石は、着色ガラスの製造に使用されます。石灰石の水分含有量は 1% 未満に制御する必要があります。ガラスの組成で酸化鉄の含有量を非常に厳密に要求する場合は、石灰石よりもはるかに純度が高いがはるかに高価な方解石で置き換えることができます。(6) ガラス瓶や缶の化学組成中の酸化マグネシウム (MgO) の量は、一般的に 2% 未満です。一部の MgO を使用して一部の CaO を置き換えると、ガラス液が高温のときに粘度が上昇し、ガラスの硬化速度が遅くなり、セックスが長くなり、ガラスの形状特性が向上し、結晶化傾向が低下します。カルシウム、マグネシウム、および 2 価アルカリ土類金属酸化物は、ガラスの化学的安定性を向上させ、製品が湿った環境に長時間置かれることを防ぎます。カビ現象。一般的に、置換量は 3% 未満に制御する必要がありますが、置換量が 3% を超えると、ガラスの溶融と成形に影響します。ドロマイトと石灰石の微粒子が溶融すると考えられていました。しかし、高温ガラスバッチのメカニズムに関する研究が深まるにつれて、大きなシリカ粒子の周囲に混入したドロマイト粒子が吸着し、砂が反応に参加するのを妨げ、一方、ケイ酸塩反応の初期段階で粗い石灰石粒子が一次相によって濡れないため、一次液体が大きな粒のドロマイト、石灰石、シリカ砂の間の隙間をスムーズに通過して周囲を濡らし、ケイ酸塩反応速度をさらに高めることができることがわかりました。しかし、後期段階では、それらの急速な分解と溶融によって放出されるガスがガラス液体の清澄化と均質化に役立ちます。ドロマイトと石灰石の粒子が2.5mmまで増加すると、ガラスの溶融性および透明度が大幅に向上し、粒子サイズが3mmを超えると、ガラスの溶融性および透明度が大幅に低下することがわかった。したがって、ドロマイトと石灰石の粒子の上限は一定の範囲内に制御する必要がある。現在、より大きな粒のドロマイトと石灰石を使用することがトレンドとなっている。実際の製造では、ガラスの配合を計算する際に、ドロマイトを使用してMg0を導入し、不足しているCa0の部分を石灰石または方解石で補う。ガラスの組成にCa0が含まれていない場合、ドロマイトを使用してガラス中のMg0を引き付けることはできないため、炭酸マグネシウムを選択してMg0を引き付ける必要がある。ドロマイトの品質要件は、Mg0≥20%、CaO<32%、Fe2O3<0.15%です。(7) 酸化バリウム原料の導入 ガラスにおける酸化バリウム(BaO)の役割は、CaOおよびMgOと基本的に同じですが、バリウムを含むガラスとCaOを含むガラスは光沢が良く、緻密度が高いです。一般的に、ガラスの光沢を向上させるために、着色瓶ガラスの組成に0.5%～1%のBaOが添加されます。BaOはガラスの溶融、透明化、結晶化防止を促進しますが、添加量が多すぎると、2BaO 10O2 2BaO2反応が発生し、ガラスの透明化が困難になり、るつぼや耐火材料の侵食が大きくなります。天然硫酸バリウム(BaSO4)は重晶石として知られていますが、BaSO4は変動量が多く、不純物含有量も多いため、ガラスの品質要件を満たすためだけに使用することはできません。高。工業用 BaSO4 は主にフッ素不透明ガラスや模造翡翠ガラスのボトルガラスに使用され、ガラスに比較的弱い不透明効果をもたらします。しかし、使いすぎると、ガラスの水、耐火材料、るつぼ、成形品、製品の品質に一連の悪影響をもたらします。ボトルや缶のガラス製造では、一般的に工業用炭酸バリウムが導入されます。さらに、バリウムを含む原料には一定の毒性があるため、バッチ処理では保護に注意する必要があります。工業用炭酸バリウムの品質要件は、BaCO3 97%、Fe2O3 40.1%、酸不溶性 3% です。
投稿日時：2020年4月14日