ผู้จำหน่ายวัสดุหลักของขวดแก้วและภาชนะแก้วคืออะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์

สารต่างๆ ที่ใช้ในการเตรียมสารประกอบแก้วโดยรวมเรียกว่าวัตถุดิบแก้ว วัตถุดิบหลักหมายถึงวัตถุดิบที่นำออกไซด์ต่างๆ เข้าสู่แก้วเพื่อสร้างโครงสร้างหลักของแก้ว ซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีพื้นฐานของแก้ว วัตถุดิบหลักได้แก่ ทรายควอตซ์ เฟลด์สปาร์ หินปูน โดโลไมต์ โซดาแอช และอื่นๆ วัตถุดิบเหล่านี้โดยทั่วไปมีจำหน่ายในรูปผงในปัจจุบัน (1) วัตถุดิบซิลิกา วัตถุดิบหลักของซิลิกาคือทรายซิลิกา (หรือที่เรียกว่าทรายควอตซ์) ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นทรายซิลิกาธรรมชาติและทรายซิลิกาแปรรูปตามสถานะที่มีอยู่ในธรรมชาติ เนื่องจากกระบวนการก่อตัวที่ซับซ้อน องค์ประกอบทางเคมีของทรายซิลิกาธรรมชาติมักจะผันผวนอย่างมาก แต่การกระจายขนาดอนุภาคค่อนข้างสม่ำเสมอ สำหรับคุณภาพของทรายซิลิกาธรรมชาติ ควรให้ความสนใจในการควบคุมองค์ประกอบทางเคมี ความผันผวนขององค์ประกอบ และน้ำหนักของแร่ธาตุทนไฟ องค์ประกอบทางเคมีเป็นตัวควบคุมหลักของปริมาณ Fez 03 และจะถูกจัดเกรดและใช้งานตามคุณภาพ การจัดเกรดคุณภาพของทรายซิลิกาแสดงอยู่ในตารางที่ 2-16.2) กระบวนการผลิตทรายซิลิกา กระบวนการผลิตทรายซิลิกาคือการนำหินควอตซ์หรือหินทรายดิบมาผ่านกระบวนการแปรรูปเพื่อผลิตวัตถุดิบซิลิกา เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วหินควอตซ์หรือหินทรายมีความบริสุทธิ์สูง ปริมาณสิ่งเจือปนน้อยและคงที่ ทำให้คุณภาพของทรายซิลิกาที่ผลิตได้นั้นสูงและคงที่ อย่างไรก็ตาม การควบคุมขนาดอนุภาคจากหินควอตซ์หรือหินทรายไปเป็นทรายซิลิกาที่มีขนาดอนุภาคที่แน่นอนนั้นทำได้ยาก ดังนั้นต้นทุนจึงสูง โดยทั่วไปแล้วทรายซิลิกาจะถูกแปรรูปด้วยวิธีเปียก โดยมีปริมาณความชื้นที่แน่นอน ทรายซิลิกาเป็นวัสดุที่หลอมยากที่สุด ขนาดอนุภาค การกระจายขนาดอนุภาค และรูปร่างอนุภาคมีผลสำคัญต่อการผสม การหลอม และการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันของวัสดุผสม การลดขนาดอนุภาคเป็นประโยชน์ต่อการหลอมแก้ว แต่ยิ่งละเอียดก็ยิ่งดี ผงทรายซิลิกาจะ การเกิดช่องว่างระหว่างเม็ดทรายเกิดจากการรวมตัวเป็นกลุ่มก้อน และมีฟองอากาศขนาดเล็กจำนวนมากอยู่ภายใน ทำให้หลอมละลายได้ยาก นอกจากนี้ ผงทรายซิลิกายังอาจทำให้เกิดปฏิกิริยากับวัสดุอื่นๆ เช่น โซเดียม แคลเซียม แมกนีเซียม ก่อนกำหนด ทำให้เกิดความหนาแน่นและความหนืดของการหลอมเหลวขั้นต้นได้ง่าย ส่งผลให้วัสดุในเตาหลอมเกิดการแบ่งชั้น และทำให้วัตถุดิบทนไฟอื่นๆ ปะปนอยู่ในกลุ่มเดียวกัน รูปทรงของเม็ดทรายควรเป็นรูปทรงเหลี่ยม เพราะมีพื้นที่ผิวมาก และมีโอกาสสัมผัสกับสารช่วยหลอมละลายได้ดี ทำให้ในกระบวนการผสมและการขนส่งไม่เกิดการแบ่งชั้นได้ง่าย ทรายซิลิกาต้องได้รับการตรวจสอบและยอมรับในพื้นที่ทำเหมือง ปริมาณความชื้นของทรายซิลิกาต้องควบคุมให้ต่ำกว่า 8% เมื่อทำการขุดแร่ และต่ำกว่า 5% เมื่อขนส่งทรายเข้าโรงงาน ค่าความผันผวนของความชื้นคือ 0.4% ตารางที่ 2-17 แสดงข้อกำหนดด้านคุณภาพของวัตถุดิบซิลิกา (2) โดยทั่วไปปริมาณ A12 03 ในแก้วขวดทั่วไปอยู่ที่ 2.0% ~ 5.0% ขวดแก้วสีขาวคุณภาพสูงของ A12 03 ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอะลูมินาและอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เพื่อดักจับ แต่มีข้อกำหนดด้านคุณภาพที่ต่ำกว่าสำหรับแก้วบรรจุภัณฑ์และแก้วสี นอกจากนี้ยังสามารถเลือกใช้โซเดียมเฟลด์สปาร์ โพแทสเซียมเฟลด์สปาร์ หรือแคลเซียมเฟลด์สปาร์เพื่อดักจับโดยใช้เฟลด์สปาร์ A120 3 ที่โดดเด่นในเวลาเดียวกัน เฟลด์สปาร์ Na2O หรือ K2O บางส่วนสามารถแทนที่โซดาแอชบางส่วนได้ ซึ่งมีข้อดีต่อระบบการหลอมแก้ว อย่างไรก็ตาม ปริมาณเหล็กในเฟลด์สปาร์ทั่วไปนั้นสูง Fe2O3 น้อยกว่า 0.1% ซึ่งน้อยมาก ดังนั้นจึงสามารถใช้ได้เฉพาะกับแก้วขวดและกระป๋องทั่วไปเท่านั้น และไม่สามารถใช้กับแก้วขวดและกระป๋องเกรดสูงกว่าได้ เฟลด์สปาร์ตาม องค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันสามารถแบ่งออกเป็นสี่ชนิด ได้แก่ โพแทสเซียมเฟลด์สปาร์ โซเดียมเฟลด์สปาร์ แคลเซียมเฟลด์สปาร์ และแบเรียมเฟลด์สปาร์ ในธรรมชาติ มีแหล่งสะสมของเฟลด์สปาร์ทั้งสี่ชนิดอยู่น้อยมาก ส่วนใหญ่จะผสมกับแร่ธาตุอื่นๆ ในสัดส่วนที่แตกต่างกัน ตารางที่ 2-18 แสดงข้อกำหนดด้านคุณภาพสำหรับวัสดุเฟลด์สปาร์ (3) Na2O ซึ่งเป็นวัตถุดิบของโซเดียมออกไซด์ เป็นฟลักซ์ที่ดีสำหรับแก้ว ดังนั้นปริมาณ Na2O ในองค์ประกอบทางเคมีของขวดและกระป๋องแก้วจึงมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสภาวะการหลอมของแก้ว ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในช่วง 14% ~ 16% ในปัจจุบัน Na2O ในแก้วขวดส่วนใหญ่ได้มาจากโซดาแอช โซดาแอชเป็นวัตถุดิบทางเคมีชนิดหนึ่ง ส่วนประกอบหลักคือ Na2CO3 โซดาแอชแบ่งออกเป็นโซดาคริสตัล (Na2CO3·10H2O) และโซดาเผา (Na2CO3) โซดาแอชส่วนใหญ่ที่ใช้ในอุตสาหกรรมแก้วคือโซดาเผาที่ไม่มีผลึกน้ำซึ่งผลิตโดยวิธีแอมโมเนียอัลคาไล โซดาแอชเผาเป็นผงสีขาว ละลายน้ำได้ง่าย ดูดซับน้ำในอากาศได้ง่าย และเกิดการละลาย จับตัวเป็นก้อน จึงต้องเก็บในโกดังแห้ง โซดาแอชเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อต้นทุนของแก้ว ควรเลือกใช้อัลคาไลหนักสำหรับแก้วขวด เมื่อเทียบกับอัลคาไลเบา อัลคาไลหนักมีความร่วนดี ดูดซับความชื้นได้ดี มีแนวโน้มฟุ้งกระจายและจับตัวเป็นชั้นน้อยกว่า ซึ่งสามารถปรับปรุงความสม่ำเสมอและความเร็วในการหลอมของส่วนผสมได้ แต่หากอนุภาคโซดาแอชมีขนาดใหญ่เกินไป จะไม่สามารถทำงานร่วมกับวัสดุทนไฟอื่นๆ ในวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยให้เกิดการหลอมอย่างสม่ำเสมอ ส่งผลให้ส่วนผสมของวัสดุไม่สม่ำเสมอ ส่งผลต่อคุณภาพการหลอมและการใสของแก้ว ดังนั้นช่วงขนาดอนุภาคที่เหมาะสมจึงอยู่ที่ 0.22 ~ 0.42 มม. โซดาแอชที่เก็บไว้นานมักมีน้ำอยู่ 5% ~ 8% เมื่อใช้งานควรตรวจสอบความชื้นให้ทันท่วงที การระเหยของโซดาแอชระหว่างการหลอมแก้วอยู่ที่ 0.5% ~ 3.2% โซดาแอชที่ผ่านการเผามักมี NaCl อยู่เล็กน้อย เนื่องจาก Cl มีความว่องไวมาก การกัดกร่อนของวัสดุทนไฟจึงรุนแรงมาก ปริมาณโซดาแอชมีมาก และการสะสมของ Cl ในสารละลายแก้วได้รับความสนใจจากอุตสาหกรรมเมื่อเร็ว ๆ นี้ (4) บทบาทของโพแทสเซียมออกไซด์ (K2O) ในแก้วนั้นคล้ายกับ Na2O ในการผลิตแก้วขวดและกระป๋อง มีการใช้ K2O ในปริมาณเล็กน้อยเพื่อแทนที่ Na2O บางส่วน ซึ่งสามารถเพิ่มดัชนีหักเหของแก้วและปรับปรุงความเงางามและการส่งผ่านแสงของผลิตภัณฑ์ได้ ความเสถียรทางเคมีของออกไซด์อัลคาไลสองชนิดในแก้วนั้นดีกว่าออกไซด์อัลคาไลชนิดเดียว ในอัตราส่วนของทั้งสองจะมีจุดที่เหมาะสมที่สุด ปรากฏการณ์นี้คือผลของเบสผสม ผลกระทบของ K2O ต่อสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของแก้วนั้นมากกว่า Na2O ดังนั้น เมื่อแทนที่ Na2O บางส่วนด้วย K2O ควรพิจารณาถึงผลกระทบต่อสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของแก้วด้วย โดยทั่วไปแล้ว K2O ในแก้วขวดจะถูกเติมโดยการเผาโพแทสเซียมคาร์บอเนต เมื่อโพแทสเซียมคาร์บอเนตหลอมเหลวในแก้ว การสูญเสีย K2O ที่ระเหยได้จะอยู่ที่ประมาณ 12% ของมวลทั้งหมด ข้อกำหนดด้านคุณภาพสำหรับโพแทสเซียมคาร์บอเนตคือ: K2CO3 น้อยกว่า 96%, Na2O 40.2%, KCl+K2SO4 43.5%, ไม่ละลายในน้ำ < 0.3%, น้ำ -3% ราคาของโพแทสเซียมคาร์บอเนตสูงกว่าโซดาแอช เนื่องจากเหตุนี้ นอกเหนือจากข้อกำหนดพิเศษของแก้วขวดและกระป๋องแล้ว แก้วขวดและกระป๋องส่วนใหญ่ไม่ได้ใช้โพแทสเซียมคาร์บอเนตเพื่อดึงโพแทสเซียมออกไซด์โดยตรง แต่ใช้โพแทสเซียมออกไซด์ร่วมกับเฟลด์สปาร์แทน (5) การแนะนำวัตถุดิบแคลเซียมออกไซด์ แคลเซียมออกไซด์ (CaO) ในแก้วมีบทบาทหลักเป็นสารทำให้คงตัว กล่าวคือ เพิ่มความเสถียรทางเคมีและความแข็งแรงเชิงกลของแก้ว แต่เมื่อปริมาณสูงเกินไป อาจทำให้แนวโน้มการตกผลึกของแก้วเพิ่มขึ้น และทำให้แก้วเปราะได้ง่าย ปริมาณ CaO ในแก้วขวดทั่วไปอยู่ที่ 7% ~ 11% โดยทั่วไปไม่เกิน 12.5% อุณหภูมิสูงสามารถลดความหนืดของแก้ว ส่งเสริมการหลอมและการใสของแก้ว แต่เมื่ออุณหภูมิลดลง ความหนืดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้การขึ้นรูปทำได้ยาก ดังนั้น ปริมาณแคลเซียมออกไซด์ (CaO) ในแก้วควรพิจารณามากน้อยเพียงใด นอกจากจะพิจารณาถึงอิทธิพลของ CaO ต่อคุณสมบัติของแก้วแล้ว ยังควรพิจารณาถึงวิธีการขึ้นรูปแก้วและปัจจัยอื่นๆ ด้วย แก้วที่มี CaO สูงควรนำเข้าเตาอบอย่างรวดเร็ว มิฉะนั้นผลิตภัณฑ์จะแตกง่าย เมื่อหลอมแก้วโซเดียม-แคลเซียม ควรให้ค่า NaOCaO ใกล้เคียง 21 วัตถุดิบหลักที่ใช้ในการผลิตแก้วสำหรับภาชนะคือหินปูน แคลไซต์ และชอล์ก หินปูนที่มี FezO3 40.015% ใช้ในการผลิตเครื่องใช้และวัสดุสีขาว หินปูนที่มี FezO3 น้อยกว่า 0.04% ใช้ในการผลิตแก้วสี ปริมาณน้ำในหินปูนควรควบคุมให้น้อยกว่า 1% เมื่อองค์ประกอบของแก้วต้องการปริมาณเหล็กออกไซด์ที่เข้มงวดมาก สามารถใช้แคลไซต์แทนได้ ซึ่งมีความบริสุทธิ์มากกว่าหินปูนมาก แต่ก็มีราคาแพงกว่ามากเช่นกัน (6) โดยทั่วไปปริมาณแมกนีเซียมออกไซด์ (MgO) ในองค์ประกอบทางเคมีของขวดและกระป๋องแก้วจะน้อยกว่า 2% เมื่อใช้ MgO บางส่วนแทน CaO บางส่วน จะช่วยเพิ่มความหนืดเมื่อของเหลวแก้วมีอุณหภูมิสูง สามารถทำให้ความเร็วในการแข็งตัวของแก้วช้าลง ทำให้ระยะเวลาการแข็งตัวยาวนานขึ้น ปรับปรุงคุณสมบัติการขึ้นรูปของแก้วและลดแนวโน้มการตกผลึก แคลเซียม แมกนีเซียม และออกไซด์ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ 2 วาเลนซ์ สามารถปรับปรุงเสถียรภาพทางเคมีของแก้ว ป้องกันการเกิดเชื้อราในผลิตภัณฑ์เมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมที่ชื้นเป็นเวลานาน โดยทั่วไปปริมาณการทดแทนควรควบคุมให้ต่ำกว่า 3% หากปริมาณการทดแทนมากกว่า 3% จะส่งผลต่อการหลอมและการขึ้นรูปของแก้ว เคยคิดว่าโดโลไมต์ และหินปูนที่มีอนุภาคละเอียดจะหลอมเหลว แต่จากการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกของส่วนผสมแก้วที่อุณหภูมิสูง จะพบว่าอนุภาคโดโลไมต์ที่แทรกตัวเข้ามาจะดูดซับอยู่รอบๆ อนุภาคซิลิกาขนาดใหญ่ ป้องกันไม่ให้ทรายมีส่วนร่วมในปฏิกิริยา ในขณะที่อนุภาคหินปูนที่หยาบกว่าในช่วงเริ่มต้นของปฏิกิริยาซิลิเกตจะไม่เปียกโดยเฟสหลัก ทำให้ของเหลวหลักสามารถไหลผ่านช่องว่างระหว่างโดโลไมต์เม็ดใหญ่ หินปูน และทรายซิลิกาได้อย่างราบรื่นเพื่อเปียกโดยรอบ ซึ่งจะช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาซิลิเกตให้สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม ในช่วงหลัง ก๊าซที่ปล่อยออกมาจากการสลายตัวและการหลอมเหลวอย่างรวดเร็วจะเอื้อต่อการทำให้แก้วใสและเป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้น พบว่าเมื่อขนาดอนุภาคของทั้งสองชนิดเพิ่มขึ้นเป็น 2.5 มม. คุณสมบัติการหลอมและการใสของแก้วจะดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด และเมื่อขนาดอนุภาคมากกว่า 3 มม. คุณสมบัติการหลอมและการใสของแก้วจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้น ควรควบคุมขนาดอนุภาคสูงสุดของโดโลไมต์และหินปูนให้อยู่ในขอบเขตที่กำหนด ปัจจุบัน การใช้โดโลไมต์และหินปูนที่มีขนาดอนุภาคใหญ่ขึ้นกำลังเป็นที่นิยม ในการผลิตจริง เมื่อคำนวณสูตรแก้ว จะใช้โดโลไมต์เพื่อดึงดูด MgO และส่วนที่ขาดของ CaO จะเสริมด้วยหินปูนหรือแคลไซต์ หากส่วนประกอบของแก้วไม่มี CaO จะไม่สามารถใช้โดโลไมต์เพื่อดึงดูด MgO ในแก้วได้ ควรเลือกใช้แมกนีเซียมคาร์บอเนตเพื่อดึงดูด MgO แทน ข้อกำหนดด้านคุณภาพสำหรับโดโลไมต์คือ Mg0≥20%, Cao < 32%, Fe2O3 < 0.15% (7) การแนะนำวัตถุดิบแบเรียมออกไซด์ แบเรียมออกไซด์ (Bao) มีบทบาทเช่นเดียวกับ Cao และ MgO โดยพื้นฐานแล้วเหมือนกัน แต่แก้วที่มีแบเรียมและแก้วที่มี Cao มีความเงางามดี มีความหนาแน่นสูง โดยทั่วไปในองค์ประกอบของแก้วขวดสีจะมี Bao 0.5% ~ 1% เพื่อปรับปรุงความเงางามของแก้ว Bao สามารถเร่งการหลอม การทำให้ใส และป้องกันการตกผลึกของแก้วได้ แต่เมื่อใช้ในปริมาณมากเกินไป เนื่องจากการเกิดปฏิกิริยา 2Ba0 1002 2Ba02 ทำให้การทำให้แก้วใสทำได้ยาก และวัสดุเบ้าหลอมและวัสดุทนไฟจะสึกกร่อนมากขึ้น แบเรียมซัลเฟตธรรมชาติ (BaS04) หรือที่รู้จักกันในชื่อแบไรต์ BaS04 มีความผันผวนสูง และมีปริมาณสิ่งเจือปนมาก จึงใช้ได้เฉพาะเพื่อคุณภาพที่ดีเท่านั้น ข้อกำหนดสำหรับแก้วนั้นไม่สูงนัก BaSO4 ในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้ในแก้วที่มีความทึบแสงฟลูออรีนและแก้วเลียนแบบหยกในขวดแก้ว ทำให้แก้วมีความทึบแสงค่อนข้างอ่อน แต่หากใช้มากเกินไปจะทำให้แก้วดูดซับน้ำ ส่งผลเสียต่อวัสดุทนไฟ เบ้าหลอม การขึ้นรูป และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ในการผลิตขวดแก้วและกระป๋อง มักใช้แบเรียมคาร์บอเนตในอุตสาหกรรม นอกจากนี้ วัตถุดิบที่มีแบเรียมยังมีพิษอยู่บ้าง จึงควรระมัดระวังในการดำเนินการผสม ข้อกำหนดด้านคุณภาพสำหรับแบเรียมคาร์บอเนตในอุตสาหกรรมคือ BaSO4 97%, FeSO4 40.1% และไม่ละลายในกรด 3%