E-玻璃熔化过程中的物化反应及能量消耗

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:songyc198610712
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本文以不同组成,不同颗粒大小的E-玻璃配合料为基础,通过对各成分、二元和三元组分以及总的配合料分别进行热处理,研究了配合料从室温加热到1200℃过程中的物理化学反应;采用X射线衍射法(XRD)确定了不同配料在不同温度下形成的结晶相和化学反应式:提出热流型DSC的标定系数法—平均K线法,采用差热分析(DTA)及热重分析(TG)定量研究了配合料从50℃到1400℃过程中的熔融特性和不同阶段的能量消耗。为优化配料,降低玻璃熔制过程中的能量消耗提供可行方法。结果表明:平均K线法能够定量分析各种原料、二元、三元配料和E-玻璃配合料在熔制过程中的热容、热焓和化学反应热。对热焓的测试误差在5%以内。E-玻璃配合料中的各成分在加热过程中主要存在以下反应:①叶腊石、高岭石、硬硼钙石和硼钠钙石的脱羟反应,高岭石、硬硼钙石和硼钠钙石的产物都是无定形物质;②石灰石和白云石的分解反应;③石英晶型转变;④生成新物质的反应:叶腊石和高岭石分别在1350℃和1010℃附近生成莫来石,硬硼钙石在800℃附近生成硼酸钙。各成分在加热过程中的能量消耗不同,50~1400℃范围内,叶腊石、高岭石、石英、石灰石、硬硼钙石和白云石的能量消耗分别是2042,2225,1700,2154,2840,2177kJ/kg;热重损失率分别为4.27,14.00,0.93,43.92,26.67,14.00%。二元组分主要存在以下中间反应:①叶腊石与硬硼钙石组合在1000℃熔化,没生成中间产物;②叶腊石与石灰石组合在1000℃生成钙长石,石灰石的分解温度降低49℃;③石灰石和白云石组合在700℃生成富钙硼酸钙,石灰石的分解温度降低38℃;④高岭石与硬硼钙石组合在900℃生成钙长石和Al18B4O33,高岭石的分解温度降低21℃;⑤高岭石与石灰石组合在900℃生成铝方柱石,1100℃生成钙长石,高岭石的分解温度降低43℃;⑥叶腊石与白云石组合在1200℃生成堇青石;⑦高岭石与白云石组合在900℃生成铝方柱石,1200℃生成堇青石和钙长石。分别以叶腊石,高岭石为主要组成,另外有石英、石灰石和硬硼钙石等的E-玻璃配合料,从室温到1400℃的升温过程中主要存在以下反应:800℃以前主要是脱羟反应,其中高岭石与硬硼钙石呈现无定形状态,石灰石分解成氧化钙;800℃到1100℃主要生成新物质,如硼酸钙、硅酸钙、钙长石和铝方柱石等。高温时高岭石比叶腊石更容易与其它氧化物发生反应,产物的种类和数量更多。叶腊石为主要原料的高硼E-玻璃在50~1400℃范围内总的能量消耗为2698kJ/kg;对化学组成相同的配合料,用高岭石替代叶腊石后,多消耗50kJ/kg;高硼配合料比低硼配合料的熔融温度低100℃左右,所需的能量高256kJ/kg;细颗粒石英的配合料比粗颗粒的少消耗21kJ/kg。已知玻璃成分可以由原料的热性能准确地预测400℃以前玻璃配合料的能量消耗;以二元配合物的热性能为基础,能预测到1000℃以前玻璃配合料的能量消耗;不同组成配合料的玻璃形成热存在很大差别;叶腊石为主要原料的高硼E-玻璃,在540~1015℃范围内,大多数是放热反应,化学反应的总能量约是58kJ/kg;在1015℃到1400℃是熔融成玻璃的过程,需要466kJ/kg的能量。如果能知道不同玻璃的熔融热数据,可以很好地预测从配合料到玻璃的能量消耗。
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