chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures
TRANSCRIPT
![Page 1: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/1.jpg)
1
507213นำ��เคลอบเบ�องตน(Basic Glazes)
Chapter 1.3 Properties of Glass-Crystalline Mixtures
ดร.ออนลม กมลอนทรโปรแกรมวช�เทคโนโลยเซร�มกส คณะเทคโนโลยอตส�หกรรม
มห�วทย�ลยร�ชภฏนครร�ชสม�
![Page 2: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Outline of this lecture• การหลอมแกว (Melting of Glass)
การเปลยนจากสวนผสมไปเปนแกวหลอม ปฏกรยาเคมทเกดขน การหลอมตวของทราย
• การเกดแกวใส (Fining of Glass) การแตกตวของฟองแกส กลไกการเกด Fining การกำาจดฟองอากาศและ seeds
![Page 3: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/3.jpg)
Schematic of an industrial glass melting tank
![Page 4: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/4.jpg)
Melting and fining in the furnace
![Page 5: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/5.jpg)
Melting and fining in the furnace
![Page 6: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/6.jpg)
Batch melting-in • กระบวนการหลอมเกดขนโดยการเกดปฏกรยาของสวนผสมจนอยในรปของ
ของเหลว• ในการใหความรอนกบกองหรอชนของสวนผสม• การเรมตนของการหลอมทเกดขน ซงจะเกดการหลอมละลายของสวน
ผสมอยางรนแรงจากสวนผสมทหลอมงายไปหาสวนผสมทหลอมยาก เชน ทราย หรอเฟลดสปาร หรออนภาคดน• การหลอมตวจะเรมไหลจากบรเวณพนทกองสวนผสมไปยงแกวทหลอม
ดงนนกองสวนผสมจะกลายเปนตวทจะไปเพมความหนา• จนกระทงสดทายอนภาคของทรายไมหลอมตอไปอกแลวมนจะกลายเปน
แกวทหลอมในตวมนเอง เมออนภาคจะเกดการหลอมตอไปโดยอาศยการแพรของ SiO2 ในแกวทหลอม ออกไปทกทศทางจากทผวของเมดทราย
![Page 7: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/7.jpg)
Melting process of the batch blanket
![Page 8: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/8.jpg)
Detailed representation of batch melting process
![Page 9: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/9.jpg)
Different steps of the melting process • ปฏกรยาการหลอมตว (Melt reactions) • พลงงานทใชในการหลอม (Melt energy) (enthalpy คอ พลงงาน
ความรอนททำาใหสวนผสมเกดการแตกตวดวยปฏกรยาการหลอม) • พลงงานจนลในการหลอม (Melting kinetics) / การถายเทความ
รอน (heat transfer) • ปจจยทมผลตอการหลอม
ผลของอณหภมขนาดของอนภาค (โดยเฉพาะวตถดบทรายและอะลมนา)สวนผสมของแกว
![Page 10: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/10.jpg)
Melt reactions
![Page 11: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/11.jpg)
Melting reactions • เกด De-hydration ของวตถดบ และการระเหยของไอนำา (water evaporation) • เกดปฏกรยา Solid state ระหวางวตถดบแตละตว• เกดการหลอมในรปเบองตนและการหลอมตวของเกลอทมคารบอเนตเปนองคประกอบ (โดยทวไปจะเกดในชวงอณหภม: 700-900°C) •Dissociation หรอ การแตกตว (decomposition) ปฏกรยาของ Ca- และ Mg- ทประกอบดวย carbonates (e.g. limestone และ dolomite), ผลจะทำาหเกดแกส CO2 (ในชวงอณหภม 500-1000°C) (Na2CO3 จะไมแตกตวอยางตอเนอง แตจะทำาปฏกรยากบทรายหรอหนปน) • ก�รหลอมละล�ยของ SiO2 ในกลมเกลอทมคารบอเนตเปนองคประกอบ โดยทวไปจะ
เกดขนทอณหภมประมาณ 1000°C ทรายจะทำาปฏกรยากบโซเดยมซลเกตหรอโซดา ทอณหภม 750-1000°C จนอยในรปของของเหลวโซเดยมซลเกต (มบางสวนปลอยแกส CO2 เมอหนปน หรอ โซดา หรอ โดโลไมต ทำาปฏกรยากบ)
![Page 12: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/12.jpg)
Dehydration • เกดขนทอณหภมประมาณ ± 100°C สำาหรบนำาทอยใน
โครงสราง• ในกรณของดนทอยในสวนผสม de-hydration อาจจะเกดท
อณหภม 650-700°C •Dehydration (water evaporation) คอ ตองใชพลงงาน
มาก และมนเปนสงทสำาคญสวนหนงของการใชพลงงานทตองใช
![Page 13: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/13.jpg)
Sand dissolution •Pure silica จะหลอมตวทอณหภมสงม�ก (> 1700°C) • ในแกวโดยทวไป (except e.g. pure silica glass) ทรายคอสวนท
เตมเขาไปในแกวโดยการสลายตวและบางครงอาจเปนการหลอมละลาย• ก�รสล�ยตวของทร�ยเปนข�นตอนทสำ�คญในอตส�หกรรมก�ร
หลอม• มนจะขนกบการกระจายตวของขนาดอนภาคของเมดทรายในสวนผสม
ตงแตเรมตน เชนเดยวกบการหลอมตวของวตถดบอน (e.g. alkaline phases) • เมดทรายจะทำาปฏกรยากบสวนผสมตวอนหรอหลอมละลายใน
กระบวนการหลอมแกว ความเหมาะสมของขนาดอนภาคมผลตอชนดของแกวแตละชนด
![Page 14: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/14.jpg)
Grain size distribution of quartz sand, recommended for different applications, values in mass%
![Page 15: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/15.jpg)
Solid-state reactions in the batch • Solid-state reactions สามมารถแบงเปน 2 วธ คอ 1) วธ carbonate และวธ silicate• The carbonate route (path) เปนการวเคราะหโดยการเกด
ปฏกรยาการหลอมตวของทราย ซลกากบตวหลอมของโซดาแอช และหนปน ทอณหภมตำากวา 900°C โดยโซดาแอชและหนปนจะไปเชอมตอกบตวอน อาจจะรวมกนอยในรป double carbonate โดยเกดปฏกรยา solid state reaction เกดเปน Na2Ca(CO3)2 • ทอณหภมประมาณ 820°C, ปฏกรยาทเกดขนเปนการเรมตนการหลอม
ของวตถดบตวอนเพอนำาไปสการเกดปฏกรยาอยางทนทกบเมดทรายซลกา• ปฏกรยาระหวาง Silica กบ Na2Ca(CO3)2 จะอยในรปของ Na2O·CaO·SiO2 หลอม รวมทงเกดแกส CO2
![Page 16: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/16.jpg)
Solid-state reactions in the batch • วธ silica/silicate เปนพนฐานของการหลอมแบบ eutectic melting ของของผสม ทประกอบดวย sodium disilicate phase, แลวเกดปฏกรยา solid state reactions ระหวาง ทรายและโซดา• eutectic melting ของ SiO2 และ Na2O·2SiO2 เกดขนท
อณหภม 799°C และเกดการหลอมตวอยในรปของ silicate• ปจจยซงจะมผลตอการเกดปฏกรยาทเกดขนระหวางสวนผสม• โดย compacted batch (pellets, granules)
ปฏกรยาทเกดขนอาจตองใชพลงงานทมากกวาในหลอมสวนผสมthe • Finer powders อาจจะทำาใหการสมผสกนระหวางวตถดบ
ททำาปฏกรยากนไดดเมอเทยบกบอนภาคหยาบ ดงนนสวนผสมทมอนภาคละเอยดจะเกดปฏกรยาไดดกวาและไดแกวทมความเปนเนอเดยวกนมากกวา
![Page 17: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/17.jpg)
Melting reactions – Silicate route for SLS batch
![Page 18: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/18.jpg)
Melting reactions – Silicate route for SLS batch
![Page 19: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/19.jpg)
Limestone –sand solid-state reactions • ในสวนของ limestone หรอ dolomite จะแตกตวทอณหภม
การเผา calcination ของ limestone, และขนกบความดนของ CO2 ทเกดขนในสวนผสม บางครง limestone อาจทำาปฏกรยาโดตรงกบ silica
2 CaCO3 + SiO2 Ca2SiO4 + 2 CO2 (600 - 900°C)
• ปฏกรยานจะเกดขนเมออนภาคสมผสและเชอมตอกนเทานน และเกดปฏกรยา solid state/liquid reactions ไดชากวา
![Page 20: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/20.jpg)
Silicate melting points / eutectics
![Page 21: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/21.jpg)
Silicate melting points / eutectics
![Page 22: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/22.jpg)
Dissociation – decomposition reactions
![Page 23: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/23.jpg)
Gas release during melting-in • ในระหวางเรมตนของปฏกรยาการหลอมของสวนผสม จะมการปลดปลอยแกส CO2
ออกมา• ประม�ณ 14 - 20 % มวลรวมปกตของสวนผสม soda-lime-silica คอ ก�ร
ระเหยกล�ยเปนไอของ CO2 • หายความวาจากสวนผสมปกต 1 kg จะกล�ยเปนแกส 100 liters ทอณหภมหอง
และความดนปกตจะถกปลดปลอยในเตาเผา (หรอประมาณแกส 500 liters ทอณหภมสงขน)• นอกจากนแกส CO2 ทหายไปในการหลอมจะประกอบดวยไอระเหยของนำา (ปรมาณไม
มากขนกบความชนของสวนผสม ปรมาณนำาในเศษแกว และวตถดบทเปน hydrated) และวสดทอาจจะเกดการระเหยได เชน• (SO2, HBO2, HCl, NaCl, HCl, KOH, PbO, Pb, NaOH, Se-components).
![Page 24: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/24.jpg)
Fining of the glass melts
![Page 25: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/25.jpg)
แกสทอยในแกว (ถกหลอม) หรอ ในฟองอ�ก�ศ• โดยสวนใหญการเปลยนแปลงทางเคมทเกดขนในระหวางการใหความรอนและการหลอม
ตวของสวนผสมวตถดบ• การปลดปลอยฟองแกสเปนเรองธรรมชาตในการหลอมแกว จะกอใหเกดฟองอากาศ
เลกๆ (seeds) หรอเปนฟองพพอง (Blister)• หลงจากการหลอมวตถดบแลว แกวทหลอมจะประกอบดวยฟองอากาศหนาแนนจำานวน
มาก โดยทวไปประมาณ 105 per kg. • การหลอมละลายทอมตวจะทำาใหเกดฟองแกสทอยในรปของฟองแกสขนาดเลกกตอเมอ• การเปลยนแปลงทางเคมของการหลอม• การเปลยนแปลงอณหภม• การเขยาดวยแรงทางกลในการหลอม
• แกส (SO2 และ CO2) ทถกปลอยออกมาจากการหลอมของสวนผสมจะมผลตอผวทปกคลมของสวนผสมจงทำาใหอตราเรวในหลอมละลายของเทดทรายเพมขน
![Page 26: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/26.jpg)
![Page 27: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/27.jpg)
• นอกจาก รปแบบของซลเกตหลอมทตองการแลว ยงเกดฟองแกสจำานวนมากเกดขน• จากคารบอเนต (carbonates) อยในรปของแกส CO2 • จากคารบอเนต (carbonates) และถานหน อยในรปของแกส CO • สารจำาพวกไฮเดรตทกอใกเกดการระเหยของนำา• จากไนเตรต ทอยในรปแกส O2 ,แกส N2/NOx • ซลเฟต และซลไฟด ทกอใหเกดแกส ซลเฟอร เชน SO2, S2, H2S หรอ COS.
• เกดก�รแตกตวของแกสในแกวทหลอมและก�รกำ�จดฟองแกสท�งหมดรวมทงฟองแกสขนาดเลกมากๆ (seeds) จากแกวทหลอม• ฟองแกสขนาดเลกมากๆ (D = 0.1-0.4 mm) เราเรยกวา seeds, สวนฟอง
แกสทมขนาดใหญ เราเรยกวาblisters. ถาฟองอากาศมขนาดเสนผานศนยกลางเลกกวา เราจะเรยกวา micro-seeds.
แกสทอยในแกว (ถกหลอม) หรอ ในฟองอ�ก�ศ
![Page 28: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/28.jpg)
แกสอนๆ • อ�ก�ศ (ความเขมขนโดยปรมาตร Ar : N2 = 0.9 : 80) • เกดจากอากาศทำาใหเปนรพรนทผวของสวนผสม• เกดจากรเปดของผนงวสดทนไฟ• เกดจาก Oxygen โดยทวไปอากาศจะถกหลอมละลายไปในการหลอมแกว
• บรรย�ก�ศของเต�เผ�แกส (N2, Ar, H2O, CO2) • โดยทวไป Oxygen ทเกดจากบรรยากาศของเตาเผาจะหลอมละลายเขาไปในแกวไดอยาง
สมบรณ• ก�รระเหยของแกว และสวนผสม หรอก�รแตกตวของแกส• NOx, CO2, H2O, SeO2, …
• แกสจ�กวสดทนไฟ (CO, N2, CO2, oxygen bubbles) • อนตรกรยาระหวางวสดทนไฟกบแกวทหลอม• เกดการพพองของวสดทนไฟ
• สงเจอปน ของการหลอมเกดจากการกดกรอนของวสดอเลกโทรด, การแตกตวของคารบอน (เขมา) อนๆ
![Page 29: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/29.jpg)
ก�รเกดแกสในแกวทหลอม• ก�รหลอมละล�ยท�งก�ยภ�พ: • เกดชองวางระหวางในโครงตาขายของซลเกต • ไมมพนธะทางเคมยดเหนยวกบกลมซลเกต • N2, Ar, He เปนแกสหลกทเกดในการหลอมละลายทางกายภาพของการ
หลอมแกวแบบทมออกซเจน • ก�รหลอมละล�ยท�งเคม: • การดดซบปฏกรยาทางเคมในการหลอม• ลำาดบของความสามารถในการหลอมละลายทางกายภาพทมากขน• CO3
2- (CO2), OH- (H2O), Sb2O5 (O2), N3-(N2), SO2 & O2 (SO42- )
• เกดฟองแกส: • เมอความเขมขนของแกสถงระดบความสามารถในการหลอมละลายสงสด• ขนาดของฟองแกส: 10 mm – เลกกวา mm
![Page 30: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/30.jpg)
ข�นตอนก�รเกด fining• ข�นท 1 เรยกว� primary fining • เกดทอณหภมสง • เกดการรวมกนของฟองแกส และการโตของฟองแกส• แกสทแตกตวจะแพรกระจายจากสงทหลอมไปสการเกดเปนฟองแกส
(คลายกบฟองแกสในเครองดมโซดา) • การโตขนของฟองแกสไปสผวของแกวทหลอม
• ข�นท 2 เรยกว� Secondary fining หรอ Refining • การแตกตวของฟองแกสทเหลอ (ขนาดเลก) • ผลทจะเกดขน ถาฟองแกสทประกอบดวยแกสซงแตกตวไดเมอการเยน
ตวของแกวทหลอมเทานน (CO2, O2, SO2+O2)• แกวทหลอมอาจจะทำาใหเกดการแตกตวของแกส
![Page 31: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/31.jpg)
Primary fining
![Page 32: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/32.jpg)
Primary fining
![Page 33: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/33.jpg)
Primary fining
![Page 34: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/34.jpg)
Secondary fining – ควบคมในระหว�งก�รเยนตว (cooling) • secondary fining (หรอ refining) แสดงถงการแตกตวของฟองแกสท
คงเหลออยในการหลอม• มนมกจะเกดขนในชวงอณหภมแคบๆ• คว�มส�ม�รถในก�รแตกตวของแกสในการหลอมจะเพมข�นเมออณหภมลดลง• เพราะวาเมอลดอณหภมลงจะทำาใหเกดปฏกรยา fining (หมายความวาแกส
fining จะเกดการดดซบทางเคมอกครง), แกส fining (e.g. O2, SO2) สามารถกลบมาแตกตวในระหวางการควบคมการเยนในการหลอม (refining) ถาการหลอมเกดไดเพยงพอจะทำาใหเกดการแตกตวของแกสหลงจากกระบวนการ primary fining • แกสทอยในฟองอากาศจะแตกตวเขาไปในแกวทหลอม ฟองอากาศจะหดตวและหาย
ไป (มนคอ การสลาย“ ”) กลไกนเปนลกษณะเฉพาะทสำาคญสำาหรบการเกดฟองอากาศทมขนาดเลกกวา (< 100 μm), ซงอยากทจะสามารถทำาใหเกดขนได
![Page 35: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/35.jpg)
Secondary fining
![Page 36: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/36.jpg)
Fining agents • ชวยในการกำาจดฟองแกสทเกดจากการหลอมแกว, ดวยการเตม fining agents• หนาทของ fining agent คอ สราง fining gases ขนทอณหภม
หนง, แลวปรบทศทางการเคลอนทของวตถดบทงหมดในเบาหลอมแกวใหมความหนดลดลง• กระบวนการแตกตวทอณหภมสงของ fining agent ทมความหนดตำาจะ
สงผลใหเกดการโตของฟองแกส, gas ก�รลอยตวของแกสทเพมข�น• fining ทมากเกนอาจจะทำาใหเกดอยในรปแบบของโฟม (อาจจะทำาใหเกด
ตำาหนในแกว, หรออาจจะหาไดจากการถายโอนความรอนในการเตาหลอมแกว)
![Page 37: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/37.jpg)
Fining agents • ขนกบชนดของผลตภณฑทจะทำาใหเปนแกว อณหถม รวมทงพลงงานท
จำากดสำาหรบการหลอมสวนผสมของแกว fining agents ตางๆ มดงน• fining agents ทใชโดยทวไปประกอบดวยi: • Sodium sulfate (with/without cokes) • Arsenic oxide • Antimony oxide • Tin oxide • Sodium chloride
![Page 38: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/38.jpg)
Sodium sulfate – Na2SO4 • 90 %โดยมวล ของผลตภณฑแกวทวโลก จะใช sulfate เปนวตถดบตงตนในสวน
ผสม• Sodium sulfate ใชเปน fining ในผลตภณฑเฉพาะตอไปน: • container glass • float glass • E-glass for continuous filament fibres (textile, reinforcement) • some technical glasses • soda-lime-silica tableware glasses • soda-lime-silica glass tubes • C-glass for insulation glass wool (here fining is not essential)
• อณหภมทเกด fining สำาหรบ sodium sulfate จะเกดขน redox state ของการหลอมแกว• Na2SO4 ชวยปรบปรง melting kinetics (ในการหลอมเบองตนมนจะชวยลดความ
ตงผว (surface tension) ใหกบสวนผสม)
![Page 39: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/39.jpg)
Sodium sulfate in oxidized melts • ก�รหลอมแบบ Oxidized จะทำาใหเกดการแตกตวทางความรอนของ
sulfate ตามกลไกของการเกด fining ดงน
ปฏกรย�จะเกดทอณหภม fining ท 1,430-1480°C
• Sodium sulfate ส�ม�รถทผฏกรย�กบอนภ�คของทร�ยไดดงน�
โดยทวไปจะไมส�ม�รถสงเกตเหนปฏกรย�น�ไดทอณหภมตำ�กว� 1,100°C
![Page 40: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/40.jpg)
Sodium sulfate in reduced melts • บ�งคร�ง sulfate ทำ�ปฏกรย�กบ reducing agent ในสวนผสม
(ถ�นหน หรอส�รอนทรย ทมสงเจอปน เชน ค�รบอน) ตวอย�งปฏกรย�ทเกดข�น
• ดงน�น ปฏกรย�ของ sulfate-sulfide จะเกดข�นในชวงอณหภม 1,140-1,350°C
![Page 41: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/41.jpg)
Sodium sulfate in reduced melts • sulfate ส�ม�รถทำ�ปฏกรย�ไดโดยตรงกบ reducing agent
ปฎกรย�จะเกดข�นในชวงอณหภม 900-1,100°C
• สำาหรบ sulfate fining, การควบคม redox เปนสงทสำาคญมาก• ชวงของ fining ทเหมาะสมขนกบผลตภณฑของแกว และสามารถควบคม
สภาวะ redox ใหเหมาะสมได (ดวยการเตม oxidizing หรอ reducing agent)• สารอนทรยทปนเปอนอาจนำาไปสการตกตะกอนในชวง fining และทำาใหเกด
ตำาหน (bubbles, seeds) ในผลตภณฑทได
![Page 42: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/42.jpg)
Arsenic oxide – As2O3 • Arsenic oxide เปน fining agent ทสำ�คญในชวงอณหภม 1,400-1,500°C สำ�หรบก�รหลอมภ�ยใตสภ�วะ oxidizing ม�กๆ• Arsenic oxide (As2O3) ส�ม�รถเตมเข�ไปรวมกบส�ร oxidant
เชน nitrate (NaNO3) เพอไปเปลยน As3+ ใหเปน As5+ ซงจะทำ�ใหเกดก�รแตกตวเปน As2O5
• Arsenates (As2O5 ทอยในสภ�วะ 5+) ส�ม�รถนำ�ไปใชง�นได• ระหว�งกระบวนก�รหลอมแกวทอณหภม 1,250°C fining จะปลด
ปลอยออกซเจนทอยในรปแกสออกม� แลวกล�ยเปน As2O3 (3+) ออกไซด
![Page 43: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/43.jpg)
Antimony oxide – Sb2O5 • เชนเดยวกบ arsenic oxide, ส�ม�รถนำ�ไปรวมกบส�ร oxidant ได
เชนกน • กลไกก�รเกดปฏกรย� fining กมลกษณะคล�ยกบของ arsenic oxide
• ดงน�น ท�งหมดน�จงคล�ยกบ arsenic fining, ซงจะปลดปลอยออกซเจนทอยในรปแกสออกม�
![Page 44: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/44.jpg)
Tin oxide – SnO2 • สำ�หรบ แกวทปร�ศจ�ก alkali เชน ผลตภณพแกวสำ�หรบจอ LCD ซง
มอณหภมในก�รหลอมสงม�ก เปน fining agent ทมคว�มตองก�รม�กกว� arsenic oxides หรอ antimony oxides• fining gas ทถกปลดปลอยออกม�จ�กปฏกรย� ตอไปน�
• โดยทวไป Nitrates ถกใชเพอรกษ�สภ�วะของ tin ใหอยในสภ�วะ 4+ ในระหว�งก�รหลอม จ�กก�รสงเกตจะพบว�ออกซเจนจะถกปลดปลอยในชววงอณหภม 1,500-1,630°C
![Page 45: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/45.jpg)
Halogenides (Sodium Chloride, NaCl) • สำาหรบแกวบางชนด, ซงสามารถหลอมไดทอณหภมสงเทานน (เชน
borosilicate glasses), การนำา sodium sulfate ไปประยกตใชงานมผลคอนขางนอย เพราะ fining gases จะปลดปลอยทอณหภมเมอแกวมความหนดจนไปถงความหนดมาก• แตในของ NaCl ทใชเปน fining agent นอกจากนยงเปนกลม halogenide
salts (NaCl, NaBr, NaI, KCl, KBr, KI) ซงใชเปนวตถดบสำาหรบสวนผสม อาจจะถกจำากดดวยความสามารถในการละลายไดของเกลอในการหลอมแกวทได• อณหภมของ fining จะขนกบชนดของแกว และจำานวน fining agent ทเตม • สงสำ�คญ ในการใช NaCl เปน fined ในแกว, การปลอย Cl ทเปนพษตอสง
แวดลอม จากการหลอมทอยในรปของ HCl-gas ซงเปนสาเหตของปญหาตางๆ ตามา (การปลอยแกสทเพมขน, การกดกรอนตอวสดทนไฟหรอวสดทใชทำาแมพพม)
![Page 46: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/46.jpg)
ฟองแกสในแกว และจดกำ�เนดของฟองแกส• ในกรณของระดบทยอมรบไมไดสง สาเหตเนองจากเกดฟองแกสขนาดใหญ หรอจำานวนของ
bubbles/seed ทมากจนยอมรบไมไดในแกว มนจงเปนสงทสำาคญเพอหาสาเหตหรอจดกำาเนดของปญหาดงกลาว • ขอมลทสำาคญคอ: • ขนาดของฟองแกส (size of bubbles), • การกระจายตว (distribution) / ตำาแหนงของฟองแกส ในผลตภณฑ, • แรงดนของฟองแกสทอยภายใน และการแตกตวของแกส (gas composition), • ระดบพนฐาน และชนดของฟองแกสทพบโดยทวไปในผลตภณฑ• บางครงฟองแกสจะเกดการแตกตว (บางครงเกดหยดเลกๆ ทหนาแนนในผลตภณฑ)
ซงสามารถใชกลองจลทรรศนสงเกตได• ขอมลพนฐานทงหมดน เปนการหาสาเหตของปญหาทเกดขนและสามารถอธบายและ
แกไขได (อาจเลอกการวเคราะหจำานวนฟองแกสทมจำานวนมากอยางเดยวกเพยงพอ)
![Page 47: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/47.jpg)
Conclusions - 1/2 • ในการหลอมแกวของอตสาหกรรม ปฏกรยาทเกดขนมากมายอาจมา
จากสวนผสมของแกวทหลอม (dehydration, solid-state reactions, formation of primary molten phases, decompositions, dissolution of sand grains เปนตน) • การหลอมแกว เปนกระบวนการทใชพลงงานสง เราจงตองการลด
จำานวนพลงงานลง• จลศาสตรของการหลอมแกวเปนการหาความสามารถในการหลอม
ของทราย ซงตองใชเวลานานในการหลอม• ขนาดของอนภาคทเหมาะสม, รปแบบของการหลอมเบองตน, การ
ถายเทความรอนทเพมขน, สงเหลานสามารถชวยใหการหลอมแกวเพมขนรวมถงอตราการหลอมของทรายดวย
![Page 48: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/48.jpg)
Conclusions - 2/2 • ปฏกรยาทเกดขนทงหมดในการหลอมแกวจะนำาไปสรปแบบของแกวทมฟอง
แกสจำานวนมาเกดขนในการหลอม ซงจะตองมกระบวนการกำาจดฟองแกส ซงเราเรยกวา กระบวนก�ร fining • กระบวนการ fining สามารถแบงออกเปน primary fining (การโต
ของฟองแกส) และ secondary fining (refining) (การกำาจดฟองแกสทคงเหลอ) • ประสทธภาพของแกวทไดจะขนกบชนดของ fining agent ทใชและ
ความหนดของแกวทหลอมทอณหภม fining • การเลอก fining agent จะขนกบความตองการชวงของ fining (และ
ขนกบชนดของผลตภณฑแกว) •Redox ทแสดงในสตรชวยเพมประสทธภาพใหกบกระบวนการ fining,
และจะตองควบคมอยางระมดระวงเปนพเศษ
![Page 49: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/49.jpg)
References and further reading • Book “Introduction to Glass Science and Technology”, J. Shelby (RSC publishing, 2nd edition 2005) • Book “Fundamentals of Inorganic Glasses”, A. Varshneya (Elsevier, 1993) • Glass Technology journals (e.g. European Journal of Glass Science and Technology) • NCNG’s Glass Technology course and handbook 2013 • Proceedings of GlassTrend meetings and seminars (www.glasstrend.nl) • Proceedings of “Glass Problem Conferences” (Wiley, every year) • Youtube video: Production of Glass Bottles - How it's made
![Page 50: Chapter 1.3 properties of glass crystalline mixtures](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062401/58efb41c1a28ab802a8b45ff/html5/thumbnails/50.jpg)
Home assignment
•Thank you for your attention •Questions ?