1、2021/8/21無機非金屬材料工藝原理無機非金屬材料工藝原理第一章第一章 原料及其預處理原料及其預處理2021/8/22鈣質原料鈣質原料方解石方解石石灰石石灰石泥灰巖泥灰巖白堊白堊鈣質工業廢渣鈣質工業廢渣2021/8/23方解石的組成與性質方解石的組成與性質主要成分：主要成分： CaCO3理論組成：理論組成： CaO 56%，CO2 44。 雜質：有雜質：有Mg、Fe、Mn(8以下以下)等碳酸鹽。等碳酸鹽。屬三方晶系，晶體呈菱面體，有時呈粒狀或板狀。屬三方晶系，晶體呈菱面體，有時呈粒狀或板狀。一般為乳白色或無色。一般為乳白色或無色。雜質污染時可呈陪灰、黃、紅、褐色等。雜質污染時可呈陪灰、黃、

2、紅、褐色等。玻璃光澤，性脆，硬度為玻璃光澤，性脆，硬度為3，比重，比重2.6。分解溫度分解溫度900900以上。以上。2021/8/24石灰石的組成與性質石灰石的組成與性質化學成分：主要為化學成分：主要為CaO、CO2。 主要礦物主要礦物:方解石，含白云石、硅質、含鐵礦物和粘方解石，含白云石、硅質、含鐵礦物和粘土質雜質，是一種具有微晶或潛晶結構的致密巖石。土質雜質，是一種具有微晶或潛晶結構的致密巖石。2021/8/25泥灰巖的組成與性質泥灰巖的組成與性質 泥灰巖是由碳酸鈣和粘土物質同時沉積所形泥灰巖是由碳酸鈣和粘土物質同時沉積所形成的均勾混合的沉積巖，是一種由石灰巖向黏土成的均勾混合的沉積巖，

3、是一種由石灰巖向黏土過渡的巖石。過渡的巖石。泥灰巖中泥灰巖中CaO大于大于45。硬度低于石灰巖，耐壓強度通常小于硬度低于石灰巖，耐壓強度通常小于100MPa。 2021/8/26白堊的組成與性質白堊的組成與性質 白堊由海生生物外殼與貝殼堆積而成，主要是白堊由海生生物外殼與貝殼堆積而成，主要是由隱晶或無定形細粒疏松的碳酸鈣所組成的石灰巖。由隱晶或無定形細粒疏松的碳酸鈣所組成的石灰巖。色白、發亮的為最純，色白、發亮的為最純，CaCO3可達可達90以上。以上。白堊易于粉磨和易燒性均較好。白堊易于粉磨和易燒性均較好。2021/8/27 鈣質原料化學組成鈣質原料化學組成：CaO、CO2；少量的；少量的S

4、iO2、Al2O3、Fe2O3、MgO等雜質。等雜質。 天然鈣質原料的主要礦物天然鈣質原料的主要礦物：方解石、少量的白云：方解石、少量的白云石、硅質石、硅質(石英或燧石石英或燧石)、含鐵礦物、含鐵礦物R2O、SO3和黏土和黏土質雜質。質雜質。 鈣質原料的主要作用是提供制成無機非金鈣質原料的主要作用是提供制成無機非金屬材料所需的屬材料所需的CaO。2021/8/28硅酸鹽水泥生產硅酸鹽水泥生產：提供生成熟料礦物所需的：提供生成熟料礦物所需的CaO。陶瓷陶瓷：使用的鈣質材料一般為：使用的鈣質材料一般為方解石方解石。主要作用：助熔，縮短燒成時間，增加瓷器主要作用：助熔，縮短燒成時間，增加瓷器 的透明

5、度，使坯釉結合牢固。的透明度，使坯釉結合牢固。玻璃玻璃：CaO通過方解石、石灰石、白堊、沉通過方解石、石灰石、白堊、沉 淀碳酸鈣等原料引入。淀碳酸鈣等原料引入。2021/8/29 CaO在高溫時，能降低玻璃的粘在高溫時，能降低玻璃的粘度，促進玻璃的熔化和澄清；但當溫度，促進玻璃的熔化和澄清；但當溫度降低時，粘度增加得很快，使成形度降低時，粘度增加得很快，使成形困難。含困難。含CaO高的玻璃成形后退火要高的玻璃成形后退火要快，否則易于爆裂?？?，否則易于爆裂。 穩定劑穩定劑，即增加玻璃的化學穩定性和，即增加玻璃的化學穩定性和 機械強度，但含量不宜過高，否則會機械強度，但含量不宜過高，否則會 使玻璃

6、的結晶傾向增大，而且易使玻使玻璃的結晶傾向增大，而且易使玻 璃發脆。璃發脆。在玻璃主要作用在玻璃主要作用2021/8/2101. 3 石英類原料石英類原料2021/8/211石英是硅酸鹽工業一種主要的不可缺少的基本原料。石英是硅酸鹽工業一種主要的不可缺少的基本原料。2021/8/212水晶水晶脈石英脈石英石英巖石英巖(硅石硅石)砂巖砂巖石英砂石英砂硅砂硅砂 水晶水晶：最純的石英晶體稱為水晶。不作硅酸鹽原料使用。：最純的石英晶體稱為水晶。不作硅酸鹽原料使用。 脈石英脈石英：SiO2含量高（含量高（SiO299%），雜質少。），雜質少。 石英巖石英巖(硅石硅石)：石英巖含有一定量的雜質，：石英巖含

7、有一定量的雜質，SiO2含量為含量為97%左右。左右。 砂巖砂巖：是由粘土或其它物質膠結細粒二氧化硅晶體的水成巖石：是由粘土或其它物質膠結細粒二氧化硅晶體的水成巖石 稱為砂巖。稱為砂巖。SiO2含量含量16%；Fe2O312%。 代用原料：有高嶺土、葉臘石等。代用原料：有高嶺土、葉臘石等。 其技術要求是：其技術要求是： 高嶺土：高嶺土：A12O330%；Fe2O325%；Fe2O30.4%；SiO270%2021/8/2271. 5 其他原料其他原料2021/8/228氧化鋰在玻璃中的作用：氧化鋰在玻璃中的作用：2021/8/229 引入引入Li2O的原料：的原料：碳酸鋰和天然的含鋰礦物碳酸鋰

8、和天然的含鋰礦物。 如鋰云母如鋰云母(含含Li2O6)、透鋰長石、透鋰長石(含含Li2O 710)、鋰輝石、鋰輝石(含氧化鋰含氧化鋰Li2O8%)。 鋰云母鋰云母（LiFKFAl2O33SiO2）易于熔化，適于）易于熔化，適于做助熔劑。做助熔劑。2021/8/230氧化鈉在玻璃中的作用：氧化鈉在玻璃中的作用： 氧化鈉氧化鈉Na2O是普通玻璃的主要組分之一是普通玻璃的主要組分之一，它是網絡外體，它是網絡外體 氧化物，鈉離子居于玻璃結構網絡的空穴中。氧化物，鈉離子居于玻璃結構網絡的空穴中。 Na2O能提供游離氧使玻璃結構中的能提供游離氧使玻璃結構中的O/Si比值增加，發生比值增加，發生 斷鍵，因而

9、可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，是斷鍵，因而可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，是 玻璃玻璃良好的助熔劑良好的助熔劑。 Na2O增加玻璃的熱膨脹系數，降低玻璃的熱穩定性、化增加玻璃的熱膨脹系數，降低玻璃的熱穩定性、化 學穩定性和機械強度，所以學穩定性和機械強度，所以不能引入過多的不能引入過多的Na2O，一般，一般 不超過不超過18%。2021/8/231 純堿是引入玻璃中純堿是引入玻璃中Na2O的主要原料，分為結晶純堿的主要原料，分為結晶純堿(Na2CO310H2O)與煅燒純堿與煅燒純堿(Na2CO3)兩類。兩類。玻璃工業中玻璃工業中采用煅燒純堿。采用煅燒純堿。 煅燒純堿可分為輕質和重質兩

10、種。煅燒純堿可分為輕質和重質兩種。一般選重質一般選重質。 對純堿的質量要求：對純堿的質量要求：Na2CO398，NaCl1，Na2SO40.1，Fe2O30.1。2021/8/232 無水芒硝或化學工業的副產品硫酸鈉無水芒硝或化學工業的副產品硫酸鈉(鹽餅鹽餅)，884熔融，熔融，熱分解溫度在熱分解溫度在11201220之間。但之間。但在還原劑的作用下在還原劑的作用下，其分，其分解溫度可以降低到解溫度可以降低到500700，反應速度也相應地加快。，反應速度也相應地加快。2021/8/233還原劑還原劑：煤粉、焦炭粉、鋸末等。：煤粉、焦炭粉、鋸末等。2021/8/2342021/8/235 純堿缺

11、乏時，用芒硝引入純堿缺乏時，用芒硝引入Na2O 芒硝除引入芒硝除引入Na2O外，還有外，還有澄清作用澄清作用，因而在采用純堿引入，因而在采用純堿引入Na2O 的同時，也常使用部分芒硝的同時，也常使用部分芒硝(23)。 芒硝能吸收水分而潮解，應儲放在干燥有屋頂的堆場或庫內，并芒硝能吸收水分而潮解，應儲放在干燥有屋頂的堆場或庫內，并 且要經常測定其水分。且要經常測定其水分。 芒硝的質量要求芒硝的質量要求： Na2SO485，NaCl2，CaSO44， Fe2O30.3，H2O5。2021/8/2362021/8/237 硝酸鈉硝酸鈉（NaNO3），熔點），熔點318，加熱至，加熱至350，則分解放

12、，則分解放出氧。繼續加熱，則生成的亞硝酸鈉又分解放出氮和氧。出氧。繼續加熱，則生成的亞硝酸鈉又分解放出氮和氧。 在在熔制鉛玻璃等需要氧化氣氛的熔制條件時熔制鉛玻璃等需要氧化氣氛的熔制條件時，須用硝酸鈉，須用硝酸鈉引入一部分引入一部分Na2O。此外硝酸鈉比純堿的氣體含量高，為了調節。此外硝酸鈉比純堿的氣體含量高，為了調節配合料的氣體率，也常用硝酸鈉來代替一部份純堿。配合料的氣體率，也常用硝酸鈉來代替一部份純堿。 硝酸鈉硝酸鈉是引入是引入Na2O的原料，也是澄清劑、脫色劑和氧化劑。的原料，也是澄清劑、脫色劑和氧化劑。硝酸鈉一般純度較高硝酸鈉一般純度較高，質量要求：，質量要求：NaNO398，Fe2

13、O30.01，NaCl12021/8/238鉀堿（鉀堿（K2CO3）碳酸鉀在玻璃熔制時，碳酸鉀在玻璃熔制時，K2O的揮發損失可達本身重量的的揮發損失可達本身重量的12。碳酸鉀的要求：碳酸鉀的要求： K2CO396，Na2O0.2，KCl十十K2SO43.5， 水不溶物水不溶物 0.3，水分，水分3。22021/8/2392021/8/2401. 5. 4 鎂質原料鎂質原料 菱鎂礦，亦稱菱苦土，主要成分菱鎂礦，亦稱菱苦土，主要成分MgCO3。 白云礦，又叫苦灰石，分子式為白云礦，又叫苦灰石，分子式為CaCO3MgCO3?；翘烊坏暮杷徭V礦物，其特征是沿一定方向滑石是天然的含水硅酸鎂礦物，其

14、特征是沿一定方向解理，所以多半呈鱗片狀。解理，所以多半呈鱗片狀?；瘜W通式：化學通式：3MgO4SiO2H2O。2021/8/241白云石和菱鎂礦是引入白云石和菱鎂礦是引入MgO的主要原料。的主要原料。MgO可以降低玻璃液的硬化速度?？梢越档筒Ａб旱挠不俣?。2021/8/242。 玻璃中，玻璃中，BaO也是二價的網絡外體氧化物。它能增加玻璃也是二價的網絡外體氧化物。它能增加玻璃 的折射率、密度、光澤和化學穩定性；的折射率、密度、光澤和化學穩定性； 在制造光學玻璃時，有時用硝酸鋇在制造光學玻璃時，有時用硝酸鋇Ba(NO3)2，或氫氧，或氫氧化鋇化鋇Ba(OH)2來引入來引入BaO。 含鋇原料都有

15、含鋇原料都有毒性毒性，使用時應注意。，使用時應注意。2021/8/243ZnO主要用于光學玻璃，化學儀器玻璃，藥用玻璃，主要用于光學玻璃，化學儀器玻璃，藥用玻璃，高級器皿玻璃，微晶玻璃，低熔點破璃，乳白玻璃和高級器皿玻璃，微晶玻璃，低熔點破璃，乳白玻璃和硒與硫化鎘著色的玻璃中。硒與硫化鎘著色的玻璃中。 氟乳濁玻璃氟乳濁玻璃 硒鎘著色玻璃硒鎘著色玻璃 鉛玻璃鉛玻璃 一般玻璃一般玻璃2021/8/244 鉛丹鉛丹(Pb3O4，紅丹，紅丹) ：橙紅色粉末，大于：橙紅色粉末，大于550分解放出氧。分解放出氧。 要求：要求：Pb3O495%，Fe2O30.03，SiO20.3。 鉛易被還原，必須在氧化氣

16、氛中熔制。鉛易被還原，必須在氧化氣氛中熔制。 密陀僧（黃丹，密陀僧（黃丹，PbO），黃色粉末，含有），黃色粉末，含有Pb等雜質，等雜質， 且易被還原。玻璃工業中常用紅丹。且易被還原。玻璃工業中常用紅丹。 硅酸鉛硅酸鉛PbOSiO2，黃色顆粒，粉塵小、雜質少，黃色顆粒，粉塵小、雜質少， 還原傾向小，在配合料中不易結團，揮發損失少，還原傾向小，在配合料中不易結團，揮發損失少， 易于熔制等。易于熔制等。紅丹和黃丹都紅丹和黃丹都是有毒原料，是有毒原料，使用時應當注使用時應當注意。意。2021/8/2452021/8/246鈹化合物均有毒性，使用應注意。鈹化合物均有毒性，使用應注意。 BeO用于制造照明

17、技術玻璃，用于制造照明技術玻璃，X射線管透射窗，射線管透射窗，透紫外線玻璃等。透紫外線玻璃等。引入氧化鍶的原料有：引入氧化鍶的原料有：碳酸鍶碳酸鍶SrCO3、天青石、天青石SrSO4。SrO能吸收軟能吸收軟X射線，用于制造電視顯象管的面板。射線，用于制造電視顯象管的面板。引入氧化鎘的原料有：引入氧化鎘的原料有：氧化鎘氧化鎘CdO，氫氧化鎘，氫氧化鎘Cd(OH)2， 鎘化合物有毒性。鎘化合物有毒性。 CdO能增加玻璃中能增加玻璃中La2O3，ThO2的含量，提高玻璃的折的含量，提高玻璃的折射率，使玻璃易熔；主要用于生產高折射低色散的光學玻璃。射率，使玻璃易熔；主要用于生產高折射低色散的光學玻璃。

18、2021/8/247引入引入B2O3的原料為硼酸、硼砂和含硼礦物。的原料為硼酸、硼砂和含硼礦物。 硼酸硼酸H3BO3 硼酸加熱至硼酸加熱至140160后轉變為四硼酸后轉變為四硼酸(H2B4O7)，繼續加熱，繼續加熱則完全轉變為熔融的則完全轉變為熔融的B2O3。 影響影響B2O3揮發的因素：玻璃的組成、熔制溫度、熔爐氣氛、揮發的因素：玻璃的組成、熔制溫度、熔爐氣氛、水分含量和熔制時間。水分含量和熔制時間。 硼砂硼砂Na2B4O710H2O硼砂在熔制時同時引入硼砂在熔制時同時引入Na2O和和B2O3，B2O3的揮發與硼酸相同。的揮發與硼酸相同。天然含硼礦物主要有：天然含硼礦物主要有： 硼鎂石、鈉硼

19、解石和硅鈣硼石。硼鎂石、鈉硼解石和硅鈣硼石。2021/8/248 玻玻 璃：璃： B2O3能降低玻璃的膨脹系數，提高玻璃的熱穩能降低玻璃的膨脹系數，提高玻璃的熱穩 定性、化學穩定性，增加玻璃的折射率，改善定性、化學穩定性，增加玻璃的折射率，改善 玻璃的光澤，提高玻璃的機械性能。玻璃的光澤，提高玻璃的機械性能。 2021/8/249 引入引入P2O5的主要原料為磷酸鋁、磷酸納、的主要原料為磷酸鋁、磷酸納、 磷酸二氫銨、磷酸二氫銨、 磷酸鈣、骨灰等。磷酸鈣、骨灰等。 作用作用 玻璃中：玻璃中：P2O5能提高玻璃的色散系數，和透過紫外線的能提高玻璃的色散系數，和透過紫外線的 能力，但降低玻璃的化學穩

20、定性，單純的磷酸鹽玻璃極易能力，但降低玻璃的化學穩定性，單純的磷酸鹽玻璃極易 水解。水解。P2O5用于制造光學玻璃和透紫外線玻璃。用于制造光學玻璃和透紫外線玻璃。2021/8/2501. 6 輔助原料輔助原料2021/8/251澄清劑澄清劑：凡在玻璃熔制過程中能分解產生氣體，或能降低玻璃：凡在玻璃熔制過程中能分解產生氣體，或能降低玻璃 粘度，促進排除玻璃液中氣泡的物質稱為澄清劑。粘度，促進排除玻璃液中氣泡的物質稱為澄清劑。常用的澄清劑種類：常用的澄清劑種類：2021/8/252定義定義：使物質著色的物質，稱為物質的著色劑。：使物質著色的物質，稱為物質的著色劑。 在玻璃生產中，根據著色劑在玻璃中呈現的在玻璃生產中，根據著色劑在玻璃中呈現的狀態狀態不同，不同，分為以下幾種：分為以下幾種：著色劑著色劑2021/8/2532021/8/2542021/8/2552021/8/256。 2021/8/2572021/8/2582021/8/2592021/8/2602021/8/261 懸浮乳濁劑懸浮乳濁劑不熔于或難熔于釉中，以細粒狀態懸浮于釉層。不熔于或難熔于釉中，以細粒狀態懸浮于釉層。 如如SnO2，CeO2，ZrO2，Sb2O3等。等。 析