[发明专利]制造玻璃所用配合料的制备方法

说明书

本发明涉及可用于制造玻璃的某些材料的制备方法。

在本发明的上下文中，“配合料”(batch materials)应理解为意思是指所有可以用作玻璃炉进料的组合物的材料、可玻璃化的材料、天然矿石或合成产品、来自碎玻璃型的回收材料等。同样，“玻璃”应理解为意思是指最广泛含义上的玻璃，也就是说任何玻璃基质、玻璃陶瓷或陶瓷材料。术语“制造”应理解为意思是指熔化配合料的必要步骤和可能所有旨在精炼/调节熔融玻璃以使之具有最后形状的后续和辅助步骤，所述最后形状特别是指以平板(窗用)玻璃、中空玻璃(烧瓶和瓶子)、矿棉形态玻璃、(玻璃棉或岩石棉)用于隔绝热量和声音形态的玻璃、或可能是甚至用于增强的所谓纺织纱形态的玻璃。

本发明特别涉及用于制造如下玻璃的配合料，所述玻璃中含较高含量的碱金属，特别是钠，如用于制造平板玻璃的硅-钠-钙型玻璃。当前最常用来提供钠的配合料是碳酸钠Na₂CO₃，是一种并非没有缺点的选择方案。这是因为，一方面该化合物只提供钠作为玻璃中的组成元素，在熔化过程中所有含碳部分分解并以CO₂形态释放出来。另一方面，因为这种配合料是由Solvay工艺法从氯化钠和石灰得到的合成产物，该工艺包括一系列制造步骤而且不是非常节能，因此与其他配合料相比价格昂贵。

这就是为什么人们提出各种解决方法来采用硅酸钠而不是碳酸钠作为钠源的理由，这种硅酸钠可能是以事先准备好的碱金属(Na)和碱土金属(Ca)的混合硅酸盐方式提供的。使用这种中间产物的优点是共同提供了几种玻璃成份并且避免了碳分解阶段。该产物有可能加快配合料的整体熔化，并有利于其在熔化过程中的均匀化，如专利FR-1,211,098和FR-1,469,109所指出的。但是，该方法在制备这类硅酸盐方面存在问题，并且没有提出一种令人完全满意的合成方法。

因此，本发明的目的是开发一种用于制造这种硅酸盐的新方法，该方法具有特别适用于工业生产的可接受的可靠性、效率和成本。

本发明的主题首先是一种基于碱金属如Na、K和/或基于碱土金属如Mg、Ca和/或基于稀土元素如Ce的硅酸盐化合物的一种制造方法，所述硅酸盐化合物可以取将碱金属、碱土金属和稀土元素之中至少两种元素相结合成混合硅酸盐的形式，特别是将碱金属与碱土金属和/或稀土元素结合的硅酸盐。这种方法的要点在于通过转化氧化硅和NaCl、KCl或CeCl₄型的碱金属和/或碱土金属和/或稀土元素的一种或多种卤化物(特别是氯化物)来合成这些化合物，(并且在含有一些硅酸混合物的情况下，也可选择卤化物，特别是碱土金属氯化物)，这种转化所需的热输入，至少部分是通过浸入式燃烧嘴提供的。

在本发明的构架中，作为碱金属和/或碱土金属的来源，部分或全部金属卤化物可被硫酸盐或者甚至是硝酸盐所替代。特别可以是硫酸钠Na₂SO₄。因此，这些不同的起始材料(卤化物、硝酸盐、硫酸盐)在本发明中被视为等同物。

术语“氧化硅”在此应被理解为意思是指任何主要含有氧化硅(硅氧化物)SiO₂的化合物，即使其可能含有其他元素或少量其他化合物，特别是当使用沙子型天然材料时。

“浸入式燃烧嘴”的表述在此应被理解为意思是指所配备的燃烧嘴，用来产生“火焰”或由这些火焰生成的燃烧气在发生转化的反应器内扩展，大量物质在其中经历转化反应。通常它们放置在与侧壁相平或者稍高于侧壁或者稍高于所用反应器的底部(我们在此处意指的火焰，即使其严格说起来不象是顶部燃烧嘴那样的“火焰”，为更简化起见也称为火焰)。

这样本发明导致了一个特别明智的技术解决方案，使之能够在工业规模上开发经由Gay-Lussac和Thénard提出的一种化学转化反应，即涉及在高温下，将NaCl与氧化硅在水的存在下按下式发生的直接转化生成碳酸钠的反应。

其原理在于通过形成硅酸盐来提取碳酸钠，因为这两相不能融和，该平衡总是向NaCl分解的方向移动。

当用硫酸钠代替NaCl时，该反应为下式：