【文章內(nèi)容簡介】 始直徑的比值可算出氣體混合物中的各百分比。 以下是一家公司對這種方法的具體運用，用氣體吸收法對玻璃氣泡中可能存在的化學(xué)成分進行回收，通過測量特定的吸收液對玻璃氣泡吸收扣體積的改變，可以確定該化學(xué)成分在玻璃氣泡中的含量。 儀器和設(shè)備 主要儀器設(shè)備有① 5ml 醫(yī)用注射器 3 只并附鋼針；②一次性塑料杯 2 只；③玻璃蓋片 2片、細長金屬絲一根，長鐵釘（磨尖）一個；④ 40倍放大鏡一臺（最大量程 6mm） ；⑤游標卡尺一臺。 吸收劑的配制； ⑴ CO2吸收劑 的配制： 10gKOH 溶于 10ml 蒸餾水中； ⑵ O2 吸收劑的配制： 25g 焦性沒食子酸，溶于煮沸過的 2%硝酸50ml。使用時與吸收 CO2用的 KOH 溶液 1： 1混合，該溶液呈淡黃色，當(dāng)溶液變成暗渾，不易觀察里邊的氣泡時就廢掉，使用時重新配制； ⑶ CO 吸收劑：氧化銅氨溶液（最好預(yù)先配制并至少保持 2天以上） ⑷分析純甘油 12 瓶。 操作步驟 ①將凡士林均勻的涂抹在 5ml 的注射器推送桿外壁，緩慢的將推送桿順時針旋轉(zhuǎn)入注射器身，使其接觸面均勻透亮。裝針時將注射器嘴涂上少量凡士林以加強密封性。注射器裝好后進行試漏，以吸入 KOH 溶液時不產(chǎn)生空氣泡為宜。將三種吸收液吸入已備好的注射器中備用。 ②將分析純甘油注滿一次性塑料杯（注意倒入時盡量使甘油不產(chǎn)生氣泡），將蓋玻片推蓋在塑料杯上，推入時應(yīng)趕盡空氣泡為宜。 ③將氣泡放入塑料杯中（試樣帶入氣泡時重新趕走氣泡），用鐵釘刺破玻璃氣泡，使游離出來的氣泡在甘油中浮起，迅速測量其氣泡直徑 D0（大于 6mm用游標卡尺，測量時用 x,y 軸切線測量）間隔 3min 再次測量氣泡直徑 D1，如果氣泡直徑很快減少說明氣泡中有 SO2氣。 ④ 測量直徑后用 CO2注射器將氣泡吸入，并將氣泡在該吸收液中來回翻動，保持 3min 后，將氣泡重新推入蓋玻片下測其直徑D2。 ⑤ 同樣辦法測量 O CO氣體直徑 D D4。 計算氣泡中各種氣體化學(xué)成分計算公式如下： VSO2 =(D03 D13)247。D 03100% VCO2 =(D13 D23)247。D 03100% VO2 =(D23 D33)247。D 03100% VCO =(D33 D43)247。D 03100% VN2 =1 VSO2 VCO2 VO2 – VCO 這樣通過以上的測試，我們由可以結(jié)合生產(chǎn)實際分析出氣泡的類別和找出發(fā)泡原因，并根據(jù)原因采取針對必的措施，改善玻璃中氣泡缺 陷，使玻璃生產(chǎn)質(zhì)量提高。 五、 浮法玻璃中氣泡的消除 玻璃液中各類氣體的存在形式主要有四種狀態(tài)： 1） 可見氣泡； 2）溶解于玻璃液中的不可見氣體； 3）與玻璃液中某種組分形成了化學(xué)結(jié)合的不可見氣體； 4）吸附于玻璃熔體表面的氣體。 一般來說，玻璃液中在硅酸鹽形成和玻璃形成過程中產(chǎn)生的大量氣體在這兩個過程結(jié)束后已大部分逸散，大約還有著玻璃液體體積 10%的少量氣體以可見的氣泡和不可見的溶解或化學(xué)結(jié)合氣體的形式殘留在玻璃液中，而其中又以不可風(fēng)的溶解或化學(xué)結(jié)合態(tài)氣體為主。 玻璃生產(chǎn)中通過澄清過程要消除的是玻璃液中的可見氣泡而不是全 部氣體，不管采用什么手段，但是要達到這一目的的主要途徑有二： 1） 氣泡的逸出，即玻璃液中溶解或結(jié)合態(tài)氣體進入可見氣泡后使氣泡逐漸長大上升逸出。 2） 氣泡的消失，即玻璃液中的可見氣泡逐漸溶解于玻璃液內(nèi)而消失。 原料中析出的氣體，窯內(nèi)氣氛，熔體中的氣體，隨溫度、分壓、氣氛和玻璃組成所產(chǎn)生的各種氣體在熔體中的溶解和析出現(xiàn)象，加之各種的意外情況和別的因素，例如雜質(zhì)和雜件掉入熔池中，耐火材料（ C 和氣孔等），以及操作不當(dāng)?shù)鹊挠绊?，使制品殘留的氣泡會有大小多少之分，那么不管何種因素起主導(dǎo)作用， 氣泡的形成、變化、消失、再出現(xiàn)的過程，是氣體在玻璃熔體中溶解和擴散的結(jié)果?？梢娏私飧鞣N氣體在玻璃熔體中的特性和行為方式，對減少玻璃中氣泡是很重要的。 物理溶解度 惰性氣體和對熔體不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)作用的其它氣體，如He ,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn 和 N2等氣體。主要表現(xiàn)為物理溶解。常壓下，物理溶解的氣體量是化學(xué)溶解的 103104倍，物理溶解度的改變，分離出來的氣體量很小，且動能過弱，不足以形成新的沖破極大鍵力的微泡。 物理溶解度 Ci =LPi （實踐中用本生溶解系數(shù) α BU=Ci/Pi ） 混合氣體與熔體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，平衡關(guān)系符合享利定律：在給定溫度下，某一氣體在液相中的濃度 Ci與它的氣相分壓 Pi成比例，式中 L為溶解度系數(shù)。 與化學(xué)溶解度相比，常壓下，物理溶解的氣體量小得太可憐了。壓力不變，溫度對于物理溶解度就比較敏感：從 1300℃升到1480℃始的時間， N2 的溶解度從 104（ Ncm3 /cm3glass） 增至 104即增加 54%；如若從 1480℃降至 1300℃，則又可排出 104（ Ncm3 /cm3glass） ,從標準狀態(tài)折算到 1300℃ 時為104（ Ncm3 /cm3glass） ，含 32 個φ 。足以證明，溫度對于氣泡大小和氣泡中某種氣體的分壓產(chǎn)生極大的影響。 物理溶解度還與堿含量有關(guān)系，物理溶解度隨著堿含量的增加而減少；含堿不變，物理溶解度又堿離子在玻璃中所占體積的增加而增大，以及氣體原子或分子或分子直徑的增大而減少 ,這是一般的規(guī)律，而分子大的氣體，如 N 2，它與堿離子濃度大小沒有關(guān)系，分子小的氣體，如 He,Ne 的物理溶解度隨堿含量或網(wǎng)絡(luò)外離子（ R2O 和 RO）含量的減少而線性的增加。 一些主要是化學(xué)溶解的氣 體， O2， SO2， CO2， H2O 等，在玻璃熔體中的物理溶解度，大致與 N2 接近。 13001400℃時，在 104之間。對溫度的敏感性，也與 O2一樣。 ， 1． 水的溶解度 在所有殘存于玻璃制品里的氣體中， H2O占據(jù)較大的比率，這與爐氣、配合料中含有水以及水在玻璃熔體中的溶解有關(guān)。在前人的研究中指出，“水蒸氣在玻璃熔體中的溶解度與水蒸汽分壓平方根有關(guān)”。 CH2O=LPH2O0。 5 水在硅酸鹽熔體中，不是以 H2O分子，而是一開始就分開為兩 半，以 H質(zhì)子和 OH 氫氧 根離子狀態(tài)熔解的。 在石英玻璃中， H+質(zhì)子首先與玻璃中的硅氧結(jié)合而產(chǎn)生了水解反應(yīng)。 （ Si0Si ） +(H++OH) ( Si0H)+(OHSi ) 在堿硅酸鹽玻璃中，是 H+質(zhì)子與硅氧鍵（ Si0）鍵結(jié)合，或說成由 H+質(zhì)子取代 R+堿離子的置換反應(yīng)。 （ Si0R） +（ H++OH） ( Si0H)+R+0H 所以水在玻璃液中的溶解度一般隨溫度的增加而略有增加，隨含堿量的增加而增大。 氣體在硫酸鹽玻 璃中的溶解量 氣體 CO2 O2 H2O SO2 小計 1 重量 % Cm3/g 2 Cm3/cm3 5 9 4 3 物理 1044 104 倍數(shù) 104 492 2． CO2的溶解度 浮法平板玻璃中，配合料有大量的碳酸鹽，在配合料 H2O， N2，O2 基 本排盡之時，在較高溫度下，碳酸鹽才會分解，使初熔階段的熔體 CO2 的濃度很大，這與初熔時堿量高有關(guān)，并容易產(chǎn)生過飽和現(xiàn)象。與爐氣對比，熔體中的 CO2不足以達到與爐氣中的 CO2平衡，必然會在初熔和初澄清的階段達到過飽和。雖然 CO2 的溶解度比不上 H2O 和 SO2，但幾乎每只氣泡中都含有 CO2氣體，生產(chǎn)中，常用 CO2含量來判斷氣泡形成時間的長短。 CO2在玻璃液中溶解形成真隙式碳酸鹽基團，溶解度隨堿含量及有效非橋氧的增加而增大；隨著溫度的增加而減少，其反應(yīng)式為： CO2+ Si0= SiC03 的溶解度 目前，平板浮法玻璃工業(yè)和日用玻璃工業(yè)，目前大多數(shù)企業(yè)仍是用硫酸鹽作為經(jīng)濟實惠、效能顯著的澄清劑。 在高溫下 1100℃， S03本身具有以下平衡式： S03 S02+1/2O2 在 1100℃以上 S03氣體完全分解了， 硫在還原條件下，以 S2的形式溶解取代非橋氧并形成復(fù)雜的多硫化物： H2S+ Si0 SiS+ H20 硫在氧化條件下，則以 S03的形式與非橋氧配位后形成填隙 SO42陰離子 SO3+ Si0 Si SO4 因此可以看出硫的溶解度與氧化還原條件及堿性都有很大的關(guān)系，硫化物及硫酸鹽的溶解度都隨玻璃液中含堿量的增加而增大， S2溶解度隨溫度的升高而增大，而 SO3則正好相反。 含硫酸鹽熔體中的 SO3溶解度，對爐氣中 SO2和 O2的分壓是很敏感的，取便這些分壓有小微小的變化，也會引起較為明顯的反應(yīng)，同時，如果原料中的 SiO2含量增大， SO3就減少，它們在一定范圍內(nèi)是線性關(guān)系的。 SO3隨溫度的增加溶解度減少的很快，隨溫度的降低，溶解度增大。 其溶解度與玻璃液中的多價陽離子以及溫度都有很大的關(guān)系，如與玻璃中鐵的關(guān)系： 2FeO+1/2 O2 Fe2O3 也就是說，氧化還原情況對氧的溶解情況有很大的影響。 氮氣在玻璃液中的飽和溶解度很低，其溶解度與別的氣體相比來說是很低的，因為在玻璃中它一般是物理溶解。 以上幾種氣體在玻璃液中的溶解度常數(shù)大小相差很大，實際上也反映了各種氣體溶解于玻璃液中量的大?。? SO3 H2O O2 CO2 N2 氣泡的表面張力與氣泡內(nèi)的壓力 玻璃液中的氣泡的形成與消 失都與氣泡的表面張力有很大的關(guān)系， PB= PA+PH+ Pδ PB— 氣泡內(nèi)壓， PA— 硅氧鍵力， PH— 液體靜壓， Pδ — 由表面張力形成的壓力 Pδ =2δ /r δ — 熔體的表面張力， r— 氣泡半徑 某種成分玻璃的表面張力 表一 t ℃ 500 600 700 800 900 1000 1037 1100 dyn/cm 353 349 345 341 337 333 2 329 t ℃ 1150 1200 1250 1300 1400 1500 1550 δ dyn/cm 327 325 323 321 317 313 311 玻璃表面張力的加和系數(shù) 表二 組分 SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O Fe2O3 CoO NiO TiO2 i 按表二先計算出 900℃的表面張力，（達因 /厘米），因為線性關(guān)系，每升高 100℃降 4 個單位，便可求得不同溫度下，玻璃的表面張力，列于表一。 δ = +++++ +=337 (dyn/cm) 直徑為 1181。m的新生氣泡，在 104P的粘度下，對成分 10 的玻璃而言，的相對溫度為 1037℃，可求出表面張力形成的內(nèi)壓力 Pδ 值。 δ = Dyn/cm=103N/m r==106 m Pδ =2103/106=(bar) 如果直徑為 1mm的氣泡，則 Pδ 為 泡內(nèi)擴散，必須克服 Pδ 才行。初生或新生氣泡極其微小，要長大是不易的道量是很明顯的。是在于還要克服液層靜壓力（ 1m 深處為 ），克服沖破硅氧鍵力（ PA=105bar ）的緣故。 因此，熔解于玻璃液里的氣體，常常容易擴散到大的氣泡中，使之增大上升逸出，而微小氣泡，則不能增大。通常氣泡直徑小于10181。m 以下時，氣泡內(nèi)壓力急劇增大，象這樣微小的氣泡就很容易在玻璃液中溶解而消失。 所以我們可以認為：表面張力在加速氣泡擴大而浮升逸出過程中作用可能并不太大，但對加速小氣泡縮小直至最終的消失卻是很明顯，實際上這是一種 正反饋的作用，即： 泡壓 泡中氣體向熔體擴散加快 氣泡直徑 這種正反饋加速了氣泡的縮小直至消失，所以生產(chǎn)實踐中很難看到 以下的氣泡可能跟這一因素有關(guān)。 玻璃液中的氣體一般有以幾種存在形式，它可能是可見的氣泡，可能是呈溶解狀態(tài)，也可能是與玻璃組份形成化學(xué)的結(jié)合的，后二者是不可見的。還有吸附在玻璃表面上的氣體。 被溶解的氣體體積較吸附在玻璃表面上的氣體體積要大百倍，氣泡中的氣體量是也不會大于溶解氣體總量的 1%?？梢哉J為 ，自玻璃液中析出的全部氣體幾乎都是物理溶解和化學(xué)結(jié)合的（化學(xué)溶解），一般地說，氣體在液體中的溶解度隨著溫度的升高而降低。 玻璃的澄清過程是指排除可見氣泡的過程，從形式上看，此過程是簡單的流體力學(xué)過程，實際上它是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。