晶質(zhì)玻璃中的鉛晶質(zhì)玻璃

【中玻網(wǎng)】晶質(zhì)玻璃：
　　
　　晶質(zhì)玻璃中較為古老的品種是鉛晶質(zhì)玻璃，它不僅具有普通器皿玻璃的特點，同時還具有可見光非常大透明性(厚lcm的玻璃光吸收率小于2％)，良好的白度，高的折射率和色散，適中的硬度，易于研磨和雕刻。用晶質(zhì)玻璃制作的產(chǎn)品，反射光特別強，晶瑩剔透，有如水晶，并且在碰撞時清脆悅耳，一直被用于制造高等器皿和藝術制品。
　　
　　但鉛晶質(zhì)玻璃一般都具有非常大量的PbO含量及相應的鉛溶出率，從生產(chǎn)過程到產(chǎn)品的使用都會造成危害，因為鉛能在人體骨骼內(nèi)富集，不能通過人體自身循環(huán)和排泄系統(tǒng)排出，可引發(fā)多種疾病，包括不舒服、貧血、智力下降等，并且病因多易被忽視。若在體內(nèi)存量過大，會造成更大危害，甚至死亡。
　　
　　目前，世界各國已逐步認識到鉛毒害的嚴重性，已開始制定新環(huán)保法，限用和禁用鉛在器皿中的含量。美國食品與藥物管理局(FDA)按照使用條件對玻璃器皿制定出不同的熔鉛要求，如表13—9所示。所以，改善鉛晶質(zhì)玻璃的化學組成，對玻璃制品進行表面處理以及研制無鉛晶質(zhì)玻璃是今后的發(fā)展趨勢。
　　
　　鉛晶質(zhì)玻璃：
　　
　　晶質(zhì)玻璃的化學組成：
　　
　　根據(jù)PbO含量的多少，將鉛晶質(zhì)玻璃分為三類：全鉛晶質(zhì)玻璃(重鉛晶質(zhì)玻璃)PbO含量30％～50％；中鉛晶質(zhì)玻璃PbO含量24％～30oA，密度大于2．909／cm3，折射率大于1．545；低鉛晶質(zhì)玻璃PbO含量小于12％以下，密度大于2．459／cm3，折射率大于1．520。含PbO的玻璃，不僅玻璃的黏度小，易于熔制，而且在成型時，玻璃的硬化速度比較慢，可以在較長時間內(nèi)由人工吹制出花樣各異的造型。
　　
　　氧化鉛的熔化溫度為886℃，沸點1470。C，與玻璃的熔制溫度相當，故易引起鉛的揮發(fā)。同時，鉛玻璃在熔制過程中，有微量的氧化鉛還原而生成金屬鉛，使耐火材料形成蜂窩狀侵蝕。因此，舒緩鉛在熔制過程中的揮發(fā)和還原、控制制品在使用過程中的鉛溶出量，以滿足安全生產(chǎn)與使用的要求，是保住現(xiàn)有鉛晶質(zhì)玻璃產(chǎn)品市場的主要方式。
　　
　　控制鉛晶質(zhì)玻璃制品溶鉛的工藝方法：
　　
　　(1)離子交換技術通過離子交換鋼化工藝，改變或調(diào)節(jié)玻璃表面組成和結(jié)構(gòu)，可以提高玻璃產(chǎn)品的性能。利用相同的原理，對鉛晶質(zhì)玻璃進行離子交換處理，將其中的鉛離子置換出來，造成表面貧鉛。這樣，制品在酸性條件下使用時，玻璃體內(nèi)的鉛需要遷移才能溶出，所以可部分地解決晶質(zhì)玻璃的溶鉛問題。該工藝的技術關鍵是選擇合適的交換離子，一般要選用性能相近的離子，如鈦離子和鋅離子，但其交換速率較低。比較能夠?qū)嵱没墓に嚪椒ㄊ遣捎昧蛩徜@作交換介質(zhì)，并在一定溫度下進行處理，以加快離子交換速率。用離子交換法處理含鉛晶質(zhì)玻璃，不僅可以改善其溶鉛性能，還可提高制品的機械強度。
　　
　　(2)涂層法離子交換技術優(yōu)點很多，但其非常大的問題是形成的交換層太薄。因此，巴克瑞特提出了涂層工藝，其方法是在制品的內(nèi)外表面上施涂覆層，以阻止晶質(zhì)玻璃本身直接與酸等物品接觸。也可以采用混合工藝，即先用等電荷的鋁和鉀等離子組合與玻璃之中的鉛離子進行離子交換處理，然后再施以涂層，效果很好。但是此工藝較復雜，歷時長(一般要求17h以上)，批量生產(chǎn)時難于完全控制。所以，涂層法適用于處理珍貴的工藝品和高等器具。
　　
　　(3)浸析處理浸析處理的基本原理是先將晶質(zhì)玻璃器件在較高溫度場下，用醋酸預處理。先將器具表層的鉛離子析出，形成表面無鉛區(qū)，然后再將器具浸入不含有其他污染性的、填隙后遷移困難的離子的溶液之中，使該離子滲入并填人原表層中鉛離子的位置，彌合表面孑L隙。這樣就在器具表面形成完全致密的無鉛保護層，而且此保護層也可以提高晶質(zhì)玻璃器皿的耐酸性。
　　
　　此工藝的技術關鍵是，選擇所填入的離子種類、組合、濃度、熱處理和酸洗工藝的溫度、濃度和時間等多項條件，并確定合適的工藝制度。所采用的多離子浸入液有鈦、鋯和鋁離子混合液，還要注意引入方式和穩(wěn)定性。浸析處理后，還要再將器皿進行一定時間的熱處理(一般要求2h以上)，以使離子位置平衡，表面層彌合。由該工藝處理后的產(chǎn)品其耐酸侵蝕能力要優(yōu)于表層涂覆處理工藝。
　　
　　熔制工藝的改進：
　　
　　(1)全電熔窯的采用及改進傳統(tǒng)玻璃生產(chǎn)時，還原性條件不易穩(wěn)定控制，再加上火焰或燃燒方式的波動，空氣流動量大和溫度高等，使飛料損失和蒸發(fā)加大。這不僅影響生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量，亦是一個重大污染源。要防止這些較理想的方法是采用全電熔窯，熔制鉛晶質(zhì)玻璃較典型的電熔窯是T形窯，Penelectro公司建造的鉛晶質(zhì)玻璃電熔窯，該窯垂直進行熔化，水平安裝二氧化錫電較于熔化池池墻上，玻璃液經(jīng)過流液洞和上升道進入料道，液面由配合料覆蓋，加料用皮帶輸送機。熔化池、流液洞和垂直上升道均由電熔鋯剛玉磚砌成，并進行保溫，鉛玻璃的熔化溫度一般在1370℃。
　　
　　窯頂用吊平碹，在正常操作時溫度僅120℃左右。該窯的產(chǎn)量范圍很大，從每天生產(chǎn)2～20t玻璃不等。但全電熔窯成本高，不僅用電量大，技術復雜，而且熔窯壽命會大受影響。這是因為在電熔窯之中。的鉛受還原氣氛的影響會沉積于熔窯池底或電較架附近，侵蝕耐火材料，影響玻璃液質(zhì)量。揮發(fā)的氧化鉛由于缺少空氣流動，雖然。
　　
　　排放量較少，但易在碹頂沉積，形成低熔物，造成產(chǎn)品缺點。尤其是超負荷生產(chǎn)時會成數(shù)倍增加，這是用全電熔窯生產(chǎn)含鉛玻璃的通病。為此建議采用高鋯質(zhì)含量的優(yōu)異耐火材料[例如組成：ZrOz94，Si024．5，NazO0．35，A12030．08和(Fe203+Ti02)<0．135(質(zhì)量分數(shù)／％)]，將電較及電較架從傳統(tǒng)的池底部和側(cè)墻旁移至上部，并且電較向下插入玻璃液，以減少侵蝕和盡可能穩(wěn)定操作。這樣可以提高產(chǎn)量又保證熔窯安全。
　　
　　(2)調(diào)節(jié)熔制工藝降低玻璃熔制時氧化鉛揮發(fā)的比較簡便的方法是調(diào)節(jié)配合料組成、粒度配比、碎玻璃用量等以影響原料的初始硅酸鹽反應和形成玻璃的過程。改變引入氧化鉛-的原料也是一種較有效自惟制鉛毒害的方法，例如用硅酸鉛取代傳統(tǒng)的氧化鉛為原料就可大大降低其蒸發(fā)量。從熔制方面作防鉛毒害的改進環(huán)保意義重大，不僅有利于控制污染源于晶質(zhì)玻璃，而且有利于顯像管玻璃、光學和醫(yī)用含鉛玻璃、封接玻璃和釉料制備時的防護。