来自100%回收玻璃形成材料的钠钙玻璃的制作方法

文档序号:13707110阅读:512来源:国知局
本公开涉及制造钠钙玻璃的方法。所公开方法用回收玻璃作为玻璃形成材料。本公开还描述通过所公开方法制造的钠钙玻璃容器。公开的背景和概述钠钙玻璃(Soda-limeglass),还称为钠钙硅(soda-lime-silica)玻璃,普遍用于制造玻璃容器和其它制品。这种玻璃由通过玻璃形成材料提供的三种主要氧化物成分构成,所述三种主要氧化物成分为:二氧化硅(SiO2)、苏打(Na2O)和石灰(CaO)。还可较少量存在其它氧化物。这些另外的氧化物可包括一种或多种氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化钾(K2O)、氧化铁(Fe2O3)、氧化钛(TiO2)、三氧化硫(SO3)和硒、钴、铬、锰和铅的氧化物。典型的钠钙玻璃组合物可例如包含约60重量%至约75重量%二氧化硅、约10重量%至约18重量%苏打、约5重量%至约15重量%石灰,和任选约0-2重量%氧化铝(Al2O3)、约0-4重量%氧化镁(MgO)、约0-1.5重量%氧化钾(K2O)、约0-1重量%氧化铁(Fe2O3)、约0-0.5重量%氧化钛(TiO2)和约0-0.5重量%三氧化硫(SO3)。通过使主要或玻璃形成材料和任选的次要或添加材料的批次熔融,然后冷却所得熔体,可制造钠钙玻璃。玻璃形成材料为由此钠钙玻璃衍生其主要氧化物内含物(即,二氧化硅、苏打和石灰内含物)和由此得到的无定形物理态的材料。一般有两种类型的玻璃前体或玻璃形成材料:(1)纯原材料(砂、苏打灰和石灰岩),和(2)回收玻璃或在工业上所称的“碎玻璃”。传统上,用于制造钠钙玻璃的主要或玻璃形成材料批次可包含通常10-40重量%且至多80重量%的一些碎玻璃,其余为纯原材料。已证明使用较大量碎玻璃和较少量纯原材料由于很多原因难以实施,包括有限的颜色选择、在熔炉中的不稳定熔体温度和难以在熔炉中得到碎玻璃和纯原材料的均匀混合。如果使用,次要添加材料提供具有更稳定品质的钠钙玻璃。例如,添加材料可能够提供较佳美观性,例如颜色和/或其它物理品质,例如防种(即,气泡)和“氧化还原”值调节。它们不包括钠钙玻璃的主要氧化物成分玻璃形成材料。一些值得注意的次要添加材料包括着色剂、脱色剂、澄清剂、氧化剂和还原剂。可用着色剂和脱色剂提供具有多种颜色的钠钙玻璃,包括燧石色(无色)、琥珀色、绿色和蓝色。可用澄清剂防止钠钙玻璃中混入气泡。这些试剂通过在其冷却和硬化之前从钠钙玻璃熔体去除不溶性气泡(一般为氧气)起作用。氧化剂和还原剂可用于根据需要控制钠钙玻璃熔体的“氧化还原值”。本公开的一般目的在于提供制造其中100重量%的玻璃形成材料为碎玻璃的钠钙玻璃的方法。本公开体现能够彼此分开实施或彼此组合实施的许多方面。根据本公开的一个方面,食品和饮料玻璃容器由100重量%选自工业后碎玻璃、消费后碎玻璃及其组合的回收内含物构成。根据本公开的另一个方面,制造钠钙玻璃容器的方法包括制备包含碎玻璃的钠钙玻璃批次的步骤。碎玻璃通过颜色预分选。另外,碎玻璃组成钠钙玻璃批次中存在的100重量%的玻璃形成材料。制造钠钙玻璃容器的方法还包括使钠钙玻璃批次熔融成钠钙玻璃熔体和由钠钙玻璃熔体形成中空玻璃容器的步骤。根据本公开的又一个方面,制造钠钙玻璃的方法包括制备包含碎玻璃的钠钙玻璃批次的步骤。碎玻璃通过颜色预分选。另外,碎玻璃组成钠钙玻璃批次中存在的100重量%的玻璃形成材料。制造钠钙玻璃的方法还包括使钠钙玻璃批次熔融成钠钙玻璃熔体,由钠钙玻璃熔体形成钠钙玻璃,使钠钙玻璃退火和冷却钠钙玻璃的步骤。根据本公开的再一个方面,玻璃容器包括提供容器的钠钙玻璃壁,所述容器具有主体、在主体一端的沿圆周封闭的基底和在沿圆周封闭基底对面的主体的另一端的口。钠钙玻璃壁具有包含约60-75重量%SiO2、约10-18重量%Na2O和约5-15重量%CaO的主要氧化物内含物的玻璃组合物。钠钙玻璃壁玻璃组合物的这种主要氧化物内含物只来源于碎玻璃。附图简述通过以下说明、随附权利要求和附图,可最好地理解本公开及其另外的目标、特点、优势和方面,其中:图1说明可根据本发明所公开的制造方法的例示性实施方案产生的玻璃容器10的例示性实施方案;并且图2为说明制造图1中所示的玻璃容器10和很多其它种类的玻璃容器的例示性方法的流程图。优选实施方案详述图1说明可通过下述方法产生的钠钙玻璃容器10(下文称为“玻璃容器”或“容器”)的例示性实施方案。玻璃容器10包括具有玻璃组合物的钠钙玻璃壁12。钠钙玻璃壁12提供容器10,容器10具有纵轴A、在容器10的一个轴端以轴向封闭的基底10a、从轴向封闭的基底10a以轴向延伸的主体10b和在基底10a对面的容器10的另一个轴端的口10c。因此,钠钙玻璃容器10是中空的。在所例示的实施方案中,钠钙玻璃壁还为容器10提供颈部10d,颈部10d可从主体10b轴向延伸,可一般为锥形,并且可终止于口10c。然而,容器10不必包括颈部10d。主体10b可例如终止于口10c,例如在钠钙玻璃罐实施方案中。主体10b可具有横向于轴A的任何合适的横截面形状,只要主体10b沿圆周封闭。玻璃容器10和很多其它类似容器可由以上所示主要玻璃形成材料和任选的次要添加材料形成。术语“碎玻璃”在本公开中广泛用于表示以前制造的玻璃和可由于玻璃先前使用、储存和/或加工存在的任何污染物。例如,可发现的一些污染物包括泥土、残余粘合剂、容器内含物染剂等。玻璃形成材料不包括已常规用于制造钠钙玻璃的任何纯原材料,例如砂、苏打灰和石灰岩。100重量%碎玻璃用作玻璃形成材料有几个生态学意义,包括每制造容器10的较低能耗、与以前玻璃形成方法比较减少原材料矿物使用和减少每制造容器10的温室气体排放。在本发明所公开的方法中,所用的玻璃形成材料组成100重量%碎玻璃。换句话讲,主要玻璃形成材料包括碎玻璃且基本没有纯原材料。本文所用的术语“基本没有纯原材料”不排除偶然携带一些痕量纯原材料或允许使用其的最少一些以避免违反字面含义。现在参考图2,制造玻璃容器10的方法20可包括制备钠钙玻璃批次(步骤22),使钠钙玻璃批次熔融成钠钙玻璃熔体(步骤24)和由钠钙玻璃熔体形成限定容器10的形状的玻璃壁12(步骤26)。该方法20可用于制造多种尺寸和形状的玻璃容器10。例如,这种方法可用于制造饮料瓶(包括啤酒瓶和白酒瓶)以及罐和设计在其内部容纳一些内含物的其它玻璃容器。可通过使提供主要玻璃形成材料的碎玻璃聚集和任选将次要添加材料加到玻璃批次中制备钠钙玻璃批次(步骤22)。大多数碎玻璃可以碎玻璃块、碎片、片等提供,其最大尺寸可以为约70mm至90mm直径,大多数碎玻璃粒径为10mm至70mm直径范围,而纯玻璃批次的颗粒一般具有小于2mm的直径。为了在批次内提供更彻底分布,可使添加材料与较小粒径碎玻璃预混,然后可将该混合物在熔炉上游加到较大碎玻璃中。更具体地讲,一些碎玻璃部分可以粉末形式或其它小形式提供,例如粒径接近次要添加材料的形式。玻璃形成材料由100重量%碎玻璃构成。次要添加材料可包括着色剂、脱色剂、澄清剂、氧化剂、还原剂或不贡献钠钙玻璃的主要氧化物内含物的任何其它添加剂。如果使用次要添加材料,则钠钙玻璃批次可由至少98重量%(优选至少99重量%)碎玻璃和剩余部分的次要添加材料构成。至少一些添加材料可以为回收材料。例如,至少一些碳内含物可来自回收碳。在另一个实施例中,硫酸钠和/或硒可来自从来自玻璃制造设施的滤尘回收的材料,例如来自干洗器下游的静电沉淀器。在又一个实施例中,至少一些铁或铝内含物可来自回收炉渣。在这些情况下,玻璃批次的回收内含物可超过99%。碎玻璃可以为消费后或工业后回收玻璃。术语“消费后”回收玻璃包括来自城市或商业回收努力的玻璃,包括例如来自瓶、玻璃制品、窗和太阳能电池板的玻璃。术语“工业后”回收玻璃包括生产玻璃,例如来自制造玻璃容器10的相同玻璃生产厂的内部废玻璃、来自另一家玻璃生产厂的外来废玻璃或来自一些其它工业配置的玻璃。大多数碎玻璃可以其最大尺寸可为约70mm至90mm直径的碎玻璃块或碎片提供。在一个优选的实施方案中,至少一些碎玻璃作为粉末提供。碎玻璃优选基于颜色预分选,从而污染物水平不超过一定量。容许预分选碎玻璃的一个实施方案包括:40-50重量%绿色玻璃、40-50重量%无色玻璃、5-15重量%琥珀色玻璃、0-2重量%蓝色玻璃和其它有色玻璃及小于100克/吨非钠钙容器玻璃。另外,此实施方案的预分选碎玻璃优选包含小于1000克/吨有机物,包括可溶性有机物(例如糖)和可见游离有机物(例如塑料片)。更具体地讲,预分选碎玻璃优选包含小于500克/吨可见游离有机物。碎玻璃的颜色一般为其氧化还原值和玻璃中某些化合物(氧化物)的存在和特性/量的函数,这在本领域很好理解的。具体玻璃的氧化还原值基本是当熔融态时其氧化/还原态的量度。用于定量氧化还原值的一种接受技术描述于Simpson和Myers,“TheRedoxNumberConceptandItsUsebytheGlassTechnologist”(氧化还原值概念及其通过玻璃技术人员的使用),GlassTechnology,第19卷,第4期,Aug.4,1978,第82-85页。一般而言,将具有0和以上的氧化还原值的熔融玻璃认为是“氧化的”,将具有负氧化还原值的熔融玻璃认为是“还原的”。下表1描述在玻璃制造工业中日常遇到的流行玻璃颜色的一些实例,包括其一些特定色调。预分选碎玻璃提供具有SiO2、Na2O和CaO的其主要氧化物内含物及其无定形物理性质的钠钙玻璃壁12的玻璃组合物。钠钙玻璃壁12的玻璃组合物包含约60-75重量%SiO2、约10-18重量%Na2O和约5-15重量%CaO。在碎玻璃中还可包括混入所制造的钠钙玻璃壁12的玻璃组合物中的在玻璃制造工业中典型的少量其它氧化物或杂质。这些物质可通过碎玻璃以至多约2.0重量%的量存在于钠钙玻璃壁12组合物中。可存在的一些常见的另外的材料包括Al2O3、MgO、K2O、Fe2O3、TiO2、BaO、SrO、SO3和硒、钴、铬、锰和铅的氧化物。还可存在刚提到的那些以外的其它材料。如果使用,使次要添加材料与玻璃形成材料混合,以影响钠钙玻璃壁12的美观和其它物理品质。在此使用的术语“物理品质”是指能够在不以显著方式改变其玻璃组合物的主要氧化物含量的情况下得到的钠钙玻璃壁12的品质。例如,可将某些次要添加材料加到钠钙玻璃批次中,以影响制造的钠钙玻璃壁12的颜色和澄清而不改变其玻璃组合物的主要氧化物含量。次要添加材料优选以粉末形式提供,以促进与碎玻璃容易混合。着色剂和脱色剂为将影响钠钙玻璃壁12的颜色的次要添加材料。着色剂为在钠钙玻璃壁12中产生燧石色以外的颜色的化合物,且脱色剂为掩蔽颜色的化合物。合适的着色剂的实例可包括例如铁氧化物(例如FeO和/或Fe2O3)、铬氧化物(例如CrO或Cr2O3)、钴氧化物(例如CoO或Co2O3)、镍、铜、硒、锰、钛和/或硫、铁和碳的组合。可由这些着色剂促进的一些不同颜色在上文列于表1中。合适的脱色剂的实例可包括例如硒、锰、二氧化锰和氧化铈。硒和锰二者均能以低浓度用于中和由于铁杂质在玻璃中经常存在的淡绿色。然而,在较高浓度下,硒和锰分别开始促进粉红色(桃红色)和紫色。澄清剂为帮助防止在钠钙玻璃壁12中形成气泡或种子的次要添加材料。澄清剂的一个实例包括金属硫酸盐(例如硫酸钠(Na2SO4))和碳的组合。当钠钙玻璃熔体中存在时,硫酸钠和碳反应以产生二氧化硫(SO2)和二氧化碳(CO2)。SO2和CO2二者均为不溶于玻璃熔体的气体。因此,这些气体通过熔融钠钙玻璃上升,并遇到一般由氧气(O2)构成的较小不溶性气泡。SO2气体与O2气体反应以形成三氧化硫(SO3),三氧化硫可溶于钠钙玻璃熔体,而CO2气体拾起(picksup)O2气体,并将其带到释放它们的玻璃熔体的表面。氧化剂和还原剂为分别使钠钙玻璃熔体的氧化还原值更“氧化”或“还原”的次要添加材料。如果需要,可在钠钙玻璃批次中包含这些添加材料,以改变将由碎玻璃预分选产生的钠钙玻璃熔体的氧化还原值。氧化剂的一些实例包括硫酸钙(CaSO4)、硝酸钠(NaNO3)和硝酸钾(KNO3),而还原剂的一些实例包括黄铁矿(FeS2)和石墨。另外,一些添加材料可充当澄清剂和氧化剂/还原剂二者。例如,硫酸钠和碳组合充当澄清剂,也可分别使钠钙玻璃熔体的氧化还原值更氧化和更还原。钠钙玻璃批次可在一个或多个炉中熔融,以产生钠钙玻璃熔体(步骤24)。设定炉温,以确保根据已知实践适当地熔融玻璃批次。例如,为了产生钠钙玻璃熔体,可在炉中在低于典型的玻璃批次(具有30-40重量%碎玻璃)的熔体温度(常常在约1400℃和约1500℃之间)约50℃的温度下在约2至4小时的典型停留时间下使玻璃批次熔融。在达到其熔融形式之后,钠钙玻璃熔体可从炉流到精炼器中,在此对其进行调节,且然后流到一个或多个前炉。然后,可通过玻璃吹制程序由钠钙玻璃熔体形成钠钙玻璃容器10(步骤26)。位于一个或多个前炉下游端的进料器例如可测量钠钙玻璃熔体块,并将其递送到玻璃成形机。然后,可通过压吹方法、吹吹方法或任何其它合适方法使块在单独工段机形成钠钙玻璃壁12。一旦形成,就开始使钠钙玻璃壁12冷却,以保持其所需形状,且然后在一个或多个退火炉中退火。钠钙玻璃壁12可在约550℃和约600℃之间的温度的退火炉的热端部分退火约30分钟至约90分钟,且然后在冷端部分逐渐冷却到约65℃和约130℃之间。可在成形后的任何时间将各种热端、冷端、防反射和/或玻璃增强涂层中任一种应用到钠钙玻璃壁12的外部。实施例制备包含100重量%碎玻璃作为玻璃形成材料的钠钙玻璃批次。所用碎玻璃作为多种不同类型的玻璃混合物提供。具体地讲,提供的碎玻璃包含以下混合物:40-48重量%绿色玻璃、42-50重量%无色玻璃、6-14重量%琥珀色玻璃和0-2重量%蓝色玻璃。提供的碎玻璃还包括小于250g/吨乳白色玻璃、小于1000g/吨有机物、小于100g/吨塑料、小于25g/吨陶瓷、小于5g/吨磁性金属和小于5g/吨非磁性金属。因此,已公开完全达到前述所有目的和目标的用于制造钠钙玻璃的方法。现已结合目前优选的实施方案呈现本公开内容,并讨论供选方案和修改。鉴于以上描述,本领域的技术人员将很容易想到其它供选方案和修改本身。
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