摘要 研究了電石渣替代方解石、白云石用于生產鈉鈣瓶罐玻璃，并對經濟效益進行了初步分析。實驗結果表明：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，具有較好的經濟效益和社會效益。
關鍵詞 電石渣 瓶罐玻璃 替代 效益
1引言
電石渣是工業生產乙炔、聚氯乙烯、聚乙烯醇等產品排放的廢渣，每生產1 t電石約產生1.2 t電石渣。電石渣呈堿性，不加以處理，將污染環境。目前，電石渣多用于生產水泥，本試驗對電石渣用于生產鈉鈣瓶罐玻璃進行了研究。
2實驗研究
2.1 原料
電石渣：取自貴州有機化工廠。含水約30％，經烘干后備用。
硅 砂：取自貴陽青巖。
白云石：取自貴州惠水。
長石、螢石、純堿、硝酸鈉等：取自貴陽第二玻璃廠。
各原料化學成分及電石渣物理性質分別見表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瓶罐玻璃生產中的應用，并考慮生產廠家采用自動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 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
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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。且由于幾乎沒有CaNa2(CO3)2等一類的低共熔物生成，使配合料的熔化有可能趨于困難，故而實驗時選取的玻璃熔制溫度高，保溫時間較長，分別按熔制溫度為1450℃保溫4h和5h、1500℃保溫4h和5h進行對比實驗。
熔制過程中通過挑料拉絲進行比較，觀察玻璃的熔制情況。玻璃的熔制情況的觀察結果見表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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玻璃無色，粘度大，氣泡多，
1# 泡徑大，無浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，
玻璃中有明顯條紋。
玻璃無色，粘度、氣泡量及泡徑較
2# 1#小，無浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，玻
璃中有較明顯條紋。 |
玻璃無色，粘度較大，氣泡較多且泡徑較小，無浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，玻璃中有較明顯條紋。
玻璃無色，粘度較小，氣泡較少且泡徑較小，無浮渣，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，熔制溫度偏低、保溫時間偏短時的玻璃熔制效果較差；同樣條件下，2#樣玻璃的熔制質量比1#樣好。
工業生產中熔制玻璃是在玻璃池窯中進行，玻璃液在池窯中的流動翻滾有
利于氣泡的排出，而本實驗的玻璃熔制試驗是在實驗室高溫試驗爐中進行，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間偏短，Na2O和澄清劑含量偏少，勢必進一步加劇玻璃熔制質量差的結果。
表6 1500℃時玻璃的熔制情況
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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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玻璃無色，粘度較小，氣泡較少、
1# 泡徑較小，無浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，
玻璃中有條紋。
玻璃無色，粘度小，氣泡少、泡
2# 徑小，無浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，玻
璃中有很少條紋。 |
玻璃無色，粘度小，氣泡少且泡徑小，無浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，玻璃中有較少條紋。
玻璃無色，粘度很小，基本無氣泡且泡徑小，無浮渣，玻璃液侵蝕坩堝，玻璃中基本無條紋。 |
1.4 玻璃的理化性能分析及討論
本實驗采用與工廠瓶罐玻璃產品進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，化學穩定性采用粉末法，通過測定耐酸性（1mol/L的HCl中煮沸3h）、耐堿性（1N的NaOH中煮沸3h）和耐水性來評定。對比玻璃樣品取自貴陽第二玻璃廠。測定結果見表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，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，但仍符合相關標準要求。之所以如此，估計與玻璃組成有關。考慮到玻璃的熔制是在實驗室試驗電爐內進行，2#樣玻璃成份中Na2O含量高達16.8%，實際生產中可以適當降低Na2O含量，從而提高玻璃的化學穩定性。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 經濟效益初步分析
初步估算，加工好的電石渣到廠價約為60元／t，加工好的方解石到廠價約為90元／t。生產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，若以電石渣全部替代方解石用于生產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有害的Fe2O3等雜質，可用于生產高白料玻璃，若按高白料玻璃計算效益更為可觀。而電石渣的資源化利用，既治理污染，又保護環境，所產生的社會效益更是不言而喻。
4 結語
(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) 在實驗室條件下，玻璃中CaO全部由電石渣引入時，玻璃的化學穩定性有所下降，但仍符合要求。實際生產中可以通過調整玻璃組成來提高化學穩定性。
(3) 在瓶罐玻璃生產中利用電石渣，治理污染，保護環境，具有較好的環境效益、經濟效益和社會效益。
5 參考文獻
1 西北輕工業學院.玻璃工藝學.北京:中國輕工業出版社,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,玻璃測試技術編寫組.玻璃測試技術.北京:中國建筑工業出版社,1987.
第一作者曹建新，男，1956年生，1982年畢業于貴州工學院化工系，副教授。本文作者還有邱華、吳學恒、張先英。
浙公網安備 33038102331908號
