유리 복합체를 제조하는 데 사용되는 다양한 물질들을 통칭하여 유리 원료라고 한다. 주 원료는 유리에 다양한 산화물을 도입하여 유리 구조의 주체를 형성하고 유리의 기본적인 물리적, 화학적 성질을 결정하는 원료를 말한다. 주 원료로는 석영 모래, 장석, 석회석, 백운석, 소다회 등이 있다. 이러한 원료들은 현재 일반적으로 분말 형태로 공급된다.(1) 실리카 원료의 주 원료는 규사(석영 모래라고도 함)이며, 자연 상태에서의 존재 여부에 따라 천연 규사와 가공 규사로 나눌 수 있다. 천연 규사는 형성 과정이 복잡하여 화학 조성이 크게 변동하는 경우가 많지만 입자 크기 분포는 비교적 균일하다. 천연 규사의 품질을 위해서는 화학 조성, 조성 변동, 내화 광물 함량 관리에 주의를 기울여야 한다. 규사(실리카)는 화학적 조성에 따라 Fez 03 함량이 결정되며, 품질에 따라 등급이 매겨지고 사용됩니다. 규사의 품질 등급은 표 2-16에 나와 있습니다. 2) 규사 가공: 규사는 석영암이나 사암 원광석을 특정 가공 공정을 거쳐 생산한 규질 원료입니다. 석영암이나 사암 원광석은 일반적으로 순도가 높고 불순물 함량이 적고 안정적이기 때문에 가공을 통해 생산된 규사의 등급이 높고 안정적입니다. 그러나 석영암이나 사암 원광석에서 특정 입자 크기를 가진 규사를 얻기까지 입자 크기를 제어하기 어렵기 때문에 비용이 높습니다. 규사는 일반적으로 습식 가공 방식으로 가공되며, 일정량의 수분을 함유하고 있습니다. 규사는 용융이 가장 어려운 재료 중 하나입니다. 입자 크기, 입자 크기 분포 및 입자 모양은 복합재료의 혼합, 용융 및 균질화에 중요한 영향을 미칩니다. 입자 크기가 작을수록 유리 용융에 유리하지만, 입자가 미세할수록 좋습니다. 규사 분말은 덩어리져 존재하며, 입자 간극이 큰 경우가 있습니다. 용융 불량으로 인해 미세 기포가 많이 발생할 뿐만 아니라, 규사 분말의 존재는 나트륨, 칼슘, 마그네슘과 같은 원료와의 반응으로 인해 용융물의 밀도와 점도를 높여 용융 과정에서 층상 구조를 형성하고, 다른 내화물 원료에도 악영향을 미칠 수 있습니다. 규사 입자는 표면적이 넓어 용융제와의 접촉 기회가 많아 혼합 및 운송 과정에서 층상 구조가 형성되지 않으므로 각진 형태가 바람직합니다. 규사는 채굴 현장에서 검사 및 승인되어야 하며, 광석 생산 시에는 수분 함량을 8% 이하, 작업장 적재 시에는 5% 이하로 유지해야 합니다. 수분 변동 값은 0.4%입니다. 표 2-17은 규산질 원료의 품질 요구 사항을 보여줍니다.(2) 일반 병 유리의 A12O3 함량은 일반적으로 2.0%~5.0%입니다. A12O3를 함유한 고급 백색 유리병은 주로 알루미나와 수산화알루미늄으로 구성되지만, 용기 유리 및 컬러 유리의 품질 요구 사항이 낮기 때문에 나트륨 장석, 칼륨 장석 또는 칼슘 장석을 사용하여 A12O3를 제조할 수도 있습니다. 장석 Na₂O 또는 K₂O의 일부는 탄산나트륨의 일부를 대체할 수 있어 유리 용융 시스템에 유리합니다. 그러나 일반 장석의 철 함량이 높고 Fe₂O₃ 함량이 0.1% 미만인 경우가 매우 적기 때문에 일반 병 및 캔 유리에만 사용할 수 있으며 고급 병 및 캔 유리에는 사용할 수 없습니다. 장석은 종류에 따라 다릅니다. 화학적 조성은 칼륨장석, 나트륨장석, 칼슘장석, 바륨장석의 네 종류로 나눌 수 있다. 자연에는 이 네 가지 장석의 개별 매장지는 드물고, 대부분 다른 광물과 다양한 비율로 혼합되어 있다. 표 2-18에는 장석 재료의 품질 요구 사항이 나와 있다.(3) 산화나트륨의 원료인 Na2O는 유리의 좋은 용융제이다. 따라서 유리병과 캔의 화학 조성에서 Na2O 함량은 유리의 용융 조건과 밀접한 관련이 있으며, 현재 대부분 14%~16% 범위에 있다. 병 유리의 Na2O는 주로 소다회에서 유래한다. 소다회는 화학 원료의 일종으로, 주성분은 Na2CO3이다. 소다회는 결정 소다(Na2CO3·10H2O)와 소성 소다(Na2CO3)로 나뉜다. 유리 산업에서 사용되는 소성 소다회는 대부분 암모니아 알칼리법으로 제조된 결정수가 없는 소성 소다회입니다. 소성 소다회는 흰색 분말로 물에 잘 녹지만 공기 중의 수분을 쉽게 흡수하고 조해지며 덩어리지는 경향이 있어 건조한 창고에 보관해야 합니다. 소다회는 유리 제조 비용에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 병 유리에는 중알칼리 소다회를 사용하는 것이 좋습니다. 경알칼리 소다회에 비해 중알칼리 소다회는 유동성, 흡습성이 좋고 비산 및 층 형성 경향이 적어 혼합물의 균일성과 용융 속도를 향상시킬 수 있습니다. 그러나 소다회 입자가 너무 크면 다른 내화 재료와 효과적으로 결합하여 용융 효과를 고르게 내지 못하고 재료 자체의 혼합물이 고르지 않게 되어 유리 용융 및 투명도의 품질에 영향을 미칩니다. 따라서 적절한 입자 크기 범위는 0.22~0.42mm입니다. 오랜 시간 동안 소다회를 사용하면 종종 5%~8%의 수분을 함유하게 되므로 사용 시 수분 함량을 적시에 측정해야 합니다. 유리 용융 중 소다회의 휘발량은 0.5%~3.2%입니다. 소성 소다회에는 소량의 NaCl이 함유되어 있는 경우가 많은데, Cl은 활성이 매우 높아 내화물의 침식을 매우 심각하게 만듭니다. 소다회의 양이 많고 유리 용액에 Cl이 축적되는 문제는 최근 산업계의 주목을 받고 있습니다.(4) 유리에서 산화칼륨(K2O)의 역할은 Na2O와 유사합니다. 병과 캔 유리 생산에서 소량의 K2O를 사용하여 Na2O의 일부를 대체하면 유리의 굴절률을 높이고 제품의 광택과 투과율을 개선할 수 있습니다. 유리에 두 알칼리 산화물을 함께 사용하면 단일 알칼리 산화물만 사용할 때보다 화학적 안정성이 더 높습니다. 두 물질의 비율에는 최적점이 존재하며, 이를 혼합 염기 효과라고 합니다. K2O는 유리의 열팽창 계수에 미치는 영향이 Na2O보다 크기 때문에 Na2O의 일부를 K2O로 대체할 때는 유리의 열팽창 계수에 미치는 영향을 고려해야 합니다. 병 유리에 사용되는 K2O는 일반적으로 탄산칼륨을 소성하여 첨가합니다. 유리 제조 시 탄산칼륨을 녹이면 K2O의 휘발 손실은 자체 질량의 약 12%에 달합니다. 탄산칼륨의 품질 요구 사항은 K2CO3 96% 미만, Na2O 40.2%, KCl+K2SO4 43.5%, 불용성 < 0.3%, 수분 -3%입니다. 탄산칼륨의 가격은 탄산나트륨보다 높기 때문에 특수 요구 사항이 있는 병이나 캔 유리를 제외하고는 대부분의 병이나 캔 유리에는 탄산칼륨을 직접 사용하지 않고 장석과 혼합하여 산화칼륨을 사용합니다.(5) 산화칼슘 원료의 첨가: 유리 제조 시 산화칼슘(CaO)의 주요 역할은 안정제로서 유리의 화학적 안정성과 기계적 강도를 향상시키는 것입니다. 그러나 함량이 너무 높으면 유리의 결정화 경향이 증가하고 유리가 쉽게 취성해질 수 있습니다. 일반 병 유리의 CaO 함량은 7%~11%이며 일반적으로 12.5%를 넘지 않습니다. 고온에서 CaO는 점도를 낮추는 역할을 합니다. 유리 제조 시 칼슘(CaO)은 유리의 용융 및 투명화를 촉진하지만, 온도가 낮아지면 점도가 급격히 증가하여 성형이 어려워집니다. 따라서 유리의 CaO 함량은 유리의 특성에 미치는 영향뿐만 아니라 유리 성형 방법 및 기타 요인도 고려해야 합니다. CaO 함량이 높은 유리는 빠르게 소둔로에 넣어야 하며, 그렇지 않으면 제품이 쉽게 파손될 수 있습니다. 나트륨-칼슘 유리를 용융할 때는 NaO/CaO 비율이 21에 가까운 것이 좋습니다. 항아리 유리의 주요 원료는 석회석, 방해석, 백악입니다. FeZO₃ 함량이 40.015% 이상인 석회석은 식기류 및 백색 제품 생산에 사용됩니다. FeZO₃ 함량이 0.04% 미만인 석회석은 유색 유리 생산에 사용됩니다. 석회석의 수분 함량은 1% 미만으로 조절해야 합니다. 유리의 조성에서 산화철 함량이 매우 엄격해야 하는 경우, 석회석보다 훨씬 순수하지만 훨씬 비싼 방해석으로 대체할 수 있습니다.(6) 유리병과 캔의 화학 조성에서 산화마그네슘(MgO)의 양은 일반적으로 2% 미만입니다. MgO를 부분적으로 사용하여 CaO를 부분적으로 대체하면 유리질 액체가 고온일 때 점도가 증가하고, 유리질 경화 속도가 느려져 경화 시간이 길어지며, 유리질 성형성이 향상되고 결정화 경향이 감소합니다. 칼슘, 마그네슘 및 2가 알칼리 토금속 산화물은 유리질의 화학적 안정성을 향상시켜 제품이 습한 환경에 장기간 노출되어도 곰팡이가 생기는 현상을 방지합니다. 일반적으로 대체량은 3% 미만으로 조절해야 하며, 3%를 초과하면 유리 용융 및 성형에 영향을 미칩니다. 미세 입자의 백운석과 석회석은 용융된다고 생각했지만, 고온 유리 제조 메커니즘에 대한 심층 연구를 통해, 큰 규산 입자 주변에 돌로마이트 입자가 흡착되어 모래의 반응 참여를 방해하는 반면, 규산염 반응 초기에는 굵은 석회석 입자가 1차 상에 젖지 않아 1차 액체가 큰 돌로마이트, 석회석, 규사 입자 사이의 틈을 통해 원활하게 흐르면서 주변을 적셔 규산염 반응 속도를 더욱 증가시키는 것을 알 수 있습니다. 또한, 후기 단계에서는 이들의 급속한 분해 및 용융으로 발생하는 기체가 유리액의 투명화 및 균질화에 기여합니다. 두 재료의 입자 크기가 2.5mm까지 증가하면 유리의 용융 및 투명도가 크게 향상되는 반면, 입자 크기가 3mm를 초과하면 용융 및 투명도가 크게 저하되는 것으로 나타났습니다. 따라서 백운석과 석회석 입자의 상한은 특정 범위 내에서 제어해야 합니다. 현재는 입자가 큰 백운석과 석회석을 사용하는 추세입니다. 실제 생산 시 유리 배합을 계산할 때 백운석을 사용하여 MgO를 도입하고, 부족한 CaO는 석회석이나 방해석으로 보충합니다. 유리 조성에 CaO가 포함되지 않은 경우 백운석으로는 MgO를 끌어올릴 수 없으므로 탄산마그네슘을 사용하여 MgO를 끌어올려야 합니다. 돌로마이트의 품질 요구 사항은 MgO≥20%, CaO < 32%, Fe2O3 < 0.15%입니다.(7) 산화바륨 원료(BaO₂)는 유리 제조에 있어 CaO 및 MgO₂와 기본적으로 동일한 역할을 하지만, 바륨과 CaO를 함유한 유리는 광택이 좋고 밀도가 높습니다. 일반적으로 컬러 병 유리 조성물에 0.5%~1%의 BaO₂를 첨가하여 유리의 광택을 향상시킵니다. BaO₂는 용융, 투명화를 촉진하고 유리의 결정화를 방지하지만, 첨가량이 너무 많으면 2BaO₂ → 10O₂ → 2BaO₂ 반응이 발생하여 유리의 투명화가 어려워지고 도가니 및 내화물의 침식이 심해집니다. 천연 황산바륨(BaSO₄)은 중정석으로 알려져 있으며, BaSO₄는 함량이 높고 불순물 함량도 많아 품질이 요구되는 유리에만 사용하기에는 적합하지 않습니다. 산업용 탄산바륨(BaSO₄)은 주로 불소 혼탁 유리 및 모조 옥 유리 제조에 사용되어 유리의 혼탁도를 약하게 만듭니다. 그러나 과다 사용 시 내화 재료, 도가니, 성형 및 제품 품질에 일련의 악영향을 미칠 수 있습니다. 병과 캔 유리 생산에는 일반적으로 산업용 탄산바륨이 사용됩니다. 또한 바륨 함유 원료는 일정 독성을 가지고 있으므로 배합 작업 시 안전에 주의해야 합니다. 산업용 탄산바륨의 품질 요구 사항은 BaSO₄ 97%, Fe₂O₃ 40.1%, 산불용성 3%입니다.
게시 시간: 2020년 4월 14일