摘要 研究了電石渣替代方解石、白云石用于生產(chǎn)鈉鈣瓶罐玻璃，并對經(jīng)濟效益進(jìn)行了初步分析。實(shí)驗結果表明：電石渣可以全部替代方解石和白云石用于熔制鈉鈣瓶罐玻璃，具有較好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
關(guān)鍵詞 電石渣 瓶罐玻璃 替代 效益
1引言
電石渣是工業(yè)生產(chǎn)乙炔、聚氯乙烯、聚乙烯醇等產(chǎn)品排放的廢渣，每生產(chǎn)1 t電石約產(chǎn)生1.2 t電石渣。電石渣呈堿性，不加以處理，將污染環(huán)境。目前，電石渣多用于生產(chǎn)水泥，本試驗對電石渣用于生產(chǎn)鈉鈣瓶罐玻璃進(jìn)行了研究。
2實(shí)驗研究
2.1 原料
電石渣：取自貴州有機化工廠(chǎng)。含水約30％，經(jīng)烘干后備用。
硅 砂：取自貴陽(yáng)青巖。
白云石：取自貴州惠水。
長(cháng)石、螢石、純堿、硝酸鈉等：取自貴陽(yáng)第二玻璃廠(chǎng)。
各原料化學(xué)成分及電石渣物理性質(zhì)分別見(jiàn)表1和表2。
2.2 玻璃成分設計
因研究對象主要是電石渣在酒瓶類(lèi)瓶罐玻璃生產(chǎn)中的應用，并考慮生產(chǎn)廠(chǎng)家采用自動(dòng)滴料的行列式制瓶機吹—吹法成形，且希望在配合料中盡可能多加
表1 原料化學(xué)成份 (%)
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原 料 SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3 Na2O MgO CaF2 As2O3 Sb2O3 水份 |
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硅 砂 98.76 0.28 0.031 0.77 0.28 0.66
長(cháng) 石 73.94 19.96 0.19 0.55 — 0.85
純 堿 58.48 1.76
螢 石 62.40 87.00 0.38
硝酸鈉 36.50
電石渣1)5.26 65.59 2.37 0.60 0.87
砷銻粉 36.20 60.50 |
1) 電石渣配料前烘干。
表2 電石渣的物理性質(zhì)
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原始水分 密度 細度(%) 顆粒組成（%）
(%) (4900孔篩余） > 0.1mm > 0 .1～0.0.5mm > 0.05～0.01mm < 0.01mm |
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92～93 2.2～2.4 4～6 4.5 15～18 60～78 6～7 |
表3 玻 璃 組 成 (%)
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樣品編號 SiO2 CaO Al2O3 Na2O MgO |
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1# 72.45 7.39 2.75 14.80 2.52
2# 70.45 9.00 2.75 16.48 0.91 |
表4 配合料組成 (%)
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樣品編號 硅砂 長(cháng)石 純堿 電石渣 螢石 硝酸鈉 砷銻粉 |
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1# 55.74 9.77 20.21 11.89 0.99 1.40 0.60
2# 52.80 9.58 23.41 11.64 0.97 1.60 1.20 |
電石渣，據此要求，設計2種玻璃成分見(jiàn)表3。選用螢石作助熔劑，砷銻粉和硝酸鈉作澄清劑。相應的玻璃配合料組成見(jiàn)表4。2組配合料中CaO均全部由電石渣引入，并分別外加20%的碎玻璃。
2.3 玻璃的熔制
將烘干后的電石渣與其它配合料仔細混合均勻，加入預熱至約300℃的剛玉坩堝中，入硅鉬棒電爐中繼續升溫熔煉。根據文獻[1]，考慮到在有碳酸鈣和碳酸鈉組成的配合料中，有如下反應：
電石渣代替碳酸鈣后，上述反應隨之減少。當CaO全部用電石渣引入后，低溫時(shí)只有下述反應：
低溫階段硅酸鹽固相反應程度相應減弱，玻璃的澄清可能趨于緩慢。且由于幾乎沒(méi)有CaNa2(CO3)2等一類(lèi)的低共熔物生成，使配合料的熔化有可能趨于困難，故而實(shí)驗時(shí)選取的玻璃熔制溫度高，保溫時(shí)間較長(cháng)，分別按熔制溫度為1450℃保溫4h和5h、1500℃保溫4h和5h進(jìn)行對比實(shí)驗。
熔制過(guò)程中通過(guò)挑料拉絲進(jìn)行比較，觀(guān)察玻璃的熔制情況。玻璃的熔制情況的觀(guān)察結果見(jiàn)表4和表5。
熔制好的玻璃澆注成型，成型規格為400mm×200mm，厚度約5mm，成型情況良好。玻璃脫模后立即送入溫度控制在580℃的馬弗爐中退火。
表5 1450℃時(shí)玻璃的熔制情況
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配合料 玻璃的熔制情況 玻璃的熔制情況
編 號 （1450℃、保溫2h） （1450℃、保溫5h） |
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玻璃無(wú)色，粘度大，氣泡多，
1# 泡徑大，無(wú)浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，
玻璃中有明顯條紋。
玻璃無(wú)色，粘度、氣泡量及泡徑較
2# 1#小，無(wú)浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，玻
璃中有較明顯條紋。 |
玻璃無(wú)色，粘度較大，氣泡較多且泡徑較小，無(wú)浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，玻璃中有較明顯條紋。
玻璃無(wú)色，粘度較小，氣泡較少且泡徑較小，無(wú)浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，玻璃中有較明顯條紋。 |
由表4及表5結果可見(jiàn)，熔制溫度偏低、保溫時(shí)間偏短時(shí)的玻璃熔制效果較差；同樣條件下，2#樣玻璃的熔制質(zhì)量比1#樣好。
工業(yè)生產(chǎn)中熔制玻璃是在玻璃池窯中進(jìn)行，玻璃液在池窯中的流動(dòng)翻滾有
利于氣泡的排出，而本實(shí)驗的玻璃熔制試驗是在實(shí)驗室高溫試驗爐中進(jìn)行，玻璃液基本上是靜止的，氣泡的排出主要靠自身浮力，所以玻璃液中殘存氣泡較多。如果熔制溫度偏低和保溫時(shí)間偏短，Na2O和澄清劑含量偏少，勢必進(jìn)一步加劇玻璃熔制質(zhì)量差的結果。
表6 1500℃時(shí)玻璃的熔制情況
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配合料 玻璃的熔制情況 玻璃的熔制情況
編 號 （1500℃、保溫2h） （1500℃、保溫5h） |
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玻璃無(wú)色，粘度較小，氣泡較少、
1# 泡徑較小，無(wú)浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，
玻璃中有條紋。
玻璃無(wú)色，粘度小，氣泡少、泡
2# 徑小，無(wú)浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，玻
璃中有很少條紋。 |
玻璃無(wú)色，粘度小，氣泡少且泡徑小，無(wú)浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，玻璃中有較少條紋。
玻璃無(wú)色，粘度很小，基本無(wú)氣泡且泡徑小，無(wú)浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，玻璃中基本無(wú)條紋。 |
1.4 玻璃的理化性能分析及討論
本實(shí)驗采用與工廠(chǎng)瓶罐玻璃產(chǎn)品進(jìn)行對比試驗的方法測定了2#樣品玻璃的密度、透光率和化學(xué)穩定性。密度的測定采用比重法，透光率用722G型分光光度計測定，化學(xué)穩定性采用粉末法，通過(guò)測定耐酸性（1mol/L的HCl中煮沸3h）、耐堿性（1N的NaOH中煮沸3h）和耐水性來(lái)評定。對比玻璃樣品取自貴陽(yáng)第二玻璃廠(chǎng)。測定結果見(jiàn)表5。
表7 樣 品 玻 璃 的理 化 性 能
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樣品
編號 |
耐酸性（%） 耐堿性（%） 耐水性（mg/g） 密度（g/cm3） 透光率（%） |
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樣品 對比樣 樣品 對比樣 樣品 對比樣 樣品 對比樣 樣品 對比樣 |
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2# 0.430 0.246 2.726 2.100 0.1271 0.1550 2.4035 2.4600 85.00 86.00 |
由表6數據可見(jiàn)，樣品玻璃和對比玻璃的各測定結果差異不是太大，樣品玻璃的耐酸性、耐堿性測定數據略高于對比玻璃，耐水性測定數據略低于對比玻璃，但仍符合相關(guān)標準要求。之所以如此，估計與玻璃組成有關(guān)�？紤]到玻璃的熔制是在實(shí)驗室試驗電爐內進(jìn)行，2#樣玻璃成份中Na2O含量高達16.8%，實(shí)際生產(chǎn)中可以適當降低Na2O含量，從而提高玻璃的化學(xué)穩定性。此外，從密度測定結果推測，由于熔制和成型操作、控制的差異，使得樣品玻璃內部結構相對松散，比重小，填充粒子的配位狀態(tài)不規則，侵蝕溶液容易滲透到松散的結構中，導致樣品玻璃更容易被侵蝕，故而測定結果偏高。
3 經(jīng)濟效益初步分析
初步估算，加工好的電石渣到廠(chǎng)價(jià)約為60元／t，加工好的方解石到廠(chǎng)價(jià)約為90元／t。生產(chǎn)1t普白料瓶罐玻璃耗電石渣0.137t，合8.22元，若CaO全部由方解石引入需耗方解石約為0.17t，合15.30元，可見(jiàn)，若以電石渣全部替代方解石用于生產(chǎn)普白料瓶罐玻璃可節省原料費用約為7.08元／t。電石渣中幾乎不含對玻璃生產(chǎn)有害的Fe2O3等雜質(zhì)，可用于生產(chǎn)高白料玻璃，若按高白料玻璃計算效益更為可觀(guān)。而電石渣的資源化利用，既治理污染，又保護環(huán)境，所產(chǎn)生的社會(huì )效益更是不言而喻。
4 結語(yǔ)
(1) 電石渣可以全部替代方解石和白云石等原料用于熔制鈉鈣普通瓶罐玻璃。
(2) 在實(shí)驗室條件下，玻璃中CaO全部由電石渣引入時(shí)，玻璃的化學(xué)穩定性有所下降，但仍符合要求。實(shí)際生產(chǎn)中可以通過(guò)調整玻璃組成來(lái)提高化學(xué)穩定性。
(3) 在瓶罐玻璃生產(chǎn)中利用電石渣，治理污染，保護環(huán)境，具有較好的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
5 參考文獻
1 西北輕工業(yè)學(xué)院.玻璃工藝學(xué).北京:中國輕工業(yè)出版社,1997.
2 印祥生等.磷渣在熔制鈉鈣玻璃中的研究.玻璃與搪瓷,1989(3):33～38.
3 南京玻璃纖維研究設計院,玻璃測試技術(shù)編寫(xiě)組.玻璃測試技術(shù).北京:中國建筑工業(yè)出版社,1987.
第一作者曹建新，男，1956年生，1982年畢業(yè)于貴州工學(xué)院化工系，副教授。本文作者還有邱華、吳學(xué)恒、張先英。
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