一種防止含鉛玻璃鉛離子溶出的鈍化設(shè)備的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種防止含鉛玻璃鉛離子溶出的鈍化設(shè)備，包括盛有鈍化熔鹽的鈍化熔鹽槽、包裹在鈍化熔鹽槽外部的保溫殼體、及位于保溫殼體和鈍化熔鹽槽之間的電加熱系統(tǒng)；將含鉛玻璃完全浸沒(méi)于鈍化熔鹽中，使含鉛玻璃表面的鉛離子被鈍化熔鹽中的鋅離子置換至鈍化熔鹽中，再被鋅塊置換成鉛。本實(shí)用新型的鈍化設(shè)備體積小、單位能耗低、對(duì)環(huán)境污染少、自動(dòng)化程度高、能夠一次連續(xù)制備鉛離子溶出率低的含鉛玻璃，使得綜合成本降低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種防止含鉛玻璃鉛離子溶出的鐘化設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及含鉛玻璃的加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種防止含鉛玻璃鉛離子 溶出的純化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 含鉛玻璃是一種含有氧化鉛的娃酸鹽玻璃，是W二氧化娃、氧化鉛、氧化棚、氧化 鐘、氧化領(lǐng)等為基本成分的玻璃系統(tǒng)。某些由氧化鉛和二氧化娃組成的二元玻璃系統(tǒng)中，氧 化鉛含量甚至可W達(dá)到80%，仍然能夠穩(wěn)定地形成玻璃。根據(jù)玻璃中饑0含量的多少，可將 含鉛玻璃分為S類(lèi)：高鉛玻璃，PbO含量> 30 %，密度> 3 . Og/cm3，折射率> 1.560;中鉛玻 璃，PbO含量^ 24 %，密度^ 2.90g/cm3，折射率^ 1.545;低鉛玻璃，捷克規(guī)定饑0含量^ 7 %， 而英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定ZnO、BaO、化0、K20單一組分或者總組分> 10 %，密度> 2.40g/cm3,折射率大于1.52。
[0003] 含鉛玻璃具有其他玻璃沒(méi)有的一些優(yōu)點(diǎn)，如:具有吸收放射性射線的功能、折射率 高、表觀晶奎光澤度好的特點(diǎn)、軟化溫度低易于烙化成型等;使用時(shí)強(qiáng)初耐用，力學(xué)特性和 熱學(xué)特性大致上與丙締樹(shù)脂相同，耐沖擊性也極為優(yōu)越;加工容易，可W進(jìn)行裁斷、切割、研 磨、穿孔等機(jī)械加工、膠接、層壓加工;透明性高，美觀大方的暗褐色透明板，可作為普通玻 璃不能實(shí)現(xiàn)的大尺寸透明屏蔽板。因 W上優(yōu)點(diǎn)，含鉛玻璃被廣泛用于制造光學(xué)玻璃、電真空 玻璃、低溫封接玻璃、防福射玻璃、鉛晶質(zhì)玻璃、火石類(lèi)光學(xué)玻璃、低烙玻璃、延遲線玻璃、高 折射微珠玻璃及藝術(shù)器皿玻璃等，還可W用于處理固體放射性核廢料。含鉛玻璃在醫(yī)學(xué)領(lǐng) 域又稱(chēng)醫(yī)用X射線防福射鉛玻璃板，主要用于X射線診斷機(jī)房、CT、ECT、陽(yáng)T、CT-陽(yáng)T等機(jī)房W 及X射線攝影防護(hù)室、防護(hù)口、防護(hù)屏上的觀察窗，W及核醫(yī)學(xué)操作時(shí)的防護(hù)屏等。此外，由 于含鉛玻璃在制備時(shí)，烙化溫度低，成型容易，因此能夠制造出形狀復(fù)雜的玻璃制品，同時(shí) 由于含鉛玻璃有較優(yōu)越的光學(xué)性能，能夠廣泛用于裝飾材料領(lǐng)域。
[0004] 雖然，含鉛玻璃中隨著Pb2+含量的增加，玻璃的密度、折射率、色散、介電常數(shù)、對(duì)X 射線和T射線吸收系數(shù)等性能指標(biāo)會(huì)提高；其硬度、高溫粘度、軟化溫度、化學(xué)穩(wěn)定性等指 標(biāo)則降低，使玻璃成型料性變長(zhǎng)、表面光澤增加、敲擊聲清脆。但是化0是一種玻璃網(wǎng)絡(luò)中間 體，既可作為玻璃網(wǎng)絡(luò)外體，又可作為玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體，當(dāng)PbO含量高時(shí)，鉛離子(Pb 2+)容易 極化變形，或其配位數(shù)降低而游離在玻璃表面，居于玻璃的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之外，成為玻璃網(wǎng)絡(luò)外 體，即鉛離子溶出。
[0005] 含鉛玻璃雖然應(yīng)用廣泛，但是含鉛玻璃在高溫的烙化制備過(guò)程中鉛離子(Pb2+)會(huì) 揮發(fā)，并隨著煙氣進(jìn)入大氣而造成大氣污染，同時(shí)在使用過(guò)程中會(huì)有鉛離子(Pb 2+)慢慢地溶 出（如安裝在醫(yī)院里的防護(hù)屏在一定的環(huán)境下(水和空氣同時(shí)存在的情況下)會(huì)加速溶出）， 鉛離子(Pb 2+)溶出后會(huì)附著在玻璃的表面，表面的鉛離子(Pb2+)接觸到人體、水體等，會(huì)產(chǎn) 生污染。由于鉛對(duì)人體有害，在一些場(chǎng)合開(kāi)始逐步限制含鉛玻璃制品的使用，如含鉛的低溫 封接玻璃在歐美已經(jīng)限制或禁止使用，在中國(guó)GB19778-2005中規(guī)定扁平容器鉛離子允許溶 出量為0. Smg/血2。
[0006] 目前防止鉛離子溶出主要是采用兩種途徑:一是將含鉛玻璃用在與人接觸少的產(chǎn) 品中；二是在現(xiàn)有含鉛玻璃表面貼膜，但是貼膜后的玻璃不美觀、透光性能降低，長(zhǎng)時(shí)間使 用膜會(huì)產(chǎn)生脫落，而且往往是先加工玻璃后貼膜，玻璃邊緣膜不容易貼合緊密，仍會(huì)有鉛離 子污染的風(fēng)險(xiǎn)存在。現(xiàn)有途徑和設(shè)備都未能在根本上解決鉛離子溶出的問(wèn)題。
[0007] 因此，一種能夠防止含鉛玻璃鉛離子溶出的純化設(shè)備是本領(lǐng)域亟需的。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，提供一種防止含鉛玻璃鉛 離子溶出的純化設(shè)備，包括盛有純化烙鹽的純化烙鹽槽、包裹在純化烙鹽槽外部的保溫殼 體、及位于保溫殼體和純化烙鹽槽之間的電加熱系統(tǒng)。
[0009] 所述純化烙鹽槽內(nèi)底部設(shè)有放置若干鋒塊的位置。
[0010] 所述純化烙鹽槽是不誘鋼鋼槽。
[0011] 所述保溫殼體是氧化侶保溫纖維材料層。
[0012] 所述保溫殼體是氧化侶保溫纖維材料層。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0014] 本實(shí)用新型防止含鉛玻璃鉛離子溶出的純化設(shè)備體積小、對(duì)環(huán)境污染少、自動(dòng)化 程度高、能夠制備鉛離子溶出率低的含鉛玻璃，使得綜合成本降低。本實(shí)用新型純化設(shè)備得 到的含鉛玻璃表面的鉛離子(Pb 2+)溶出大大降低，同時(shí)提高含鉛玻璃表面鋒離子(Zn2+)、巧 離子(Ca2+)和儀離子(Mg 2+)的含量，使得純化后的含鉛玻璃能夠滿(mǎn)足更苛刻的使用要求，也 就大大擴(kuò)展了含鉛玻璃的應(yīng)用范圍，使得純化后的含鉛玻璃能夠應(yīng)用于一些原來(lái)不能應(yīng)用 的如衛(wèi)生、食品等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1所示為本實(shí)用新型純化設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2所示為用本實(shí)用新型純化設(shè)備純化含鉛玻璃的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 用本實(shí)用新型的純化設(shè)備來(lái)防止含鉛玻璃鉛離子溶出的設(shè)計(jì)思路和原理是：由于 含鉛玻璃內(nèi)部的鉛離子是穩(wěn)定存在的（即作為玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體），溶出的都是表面的鉛離子 (即作為玻璃網(wǎng)絡(luò)外體），因此用本實(shí)用新型的純化設(shè)備處理已經(jīng)制備好的含鉛玻璃，用純 化設(shè)備中純化烙鹽槽內(nèi)盛有的純化烙鹽中的鋒離子置換玻璃表面的鉛離子，通過(guò)用無(wú)害離 子置換玻璃表面的鉛離子，降低玻璃表面鉛離子的含量，從而達(dá)到降低鉛離子溶出率，進(jìn)一 步用巧離子、儀離子填補(bǔ)鉛離子的空隙，防止鉛離子進(jìn)一步溶出。
[0018] W下結(jié)合具體實(shí)施例，更具體地說(shuō)明本實(shí)用新型的內(nèi)容，并對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一 步闡述，但運(yùn)些實(shí)施例絕非對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限制。
[0019] 本實(shí)用新型提出的能夠防止含鉛玻璃鉛離子溶出的純化設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包 括純化烙鹽槽1、保溫殼體2和電加熱系統(tǒng)3。其中，純化烙鹽槽1是盛裝純化烙鹽的容器，采 用022Crl7Nil2Mo2不誘鋼制成;保溫殼體2包裹在純化烙鹽槽1外部，采用氧化侶保溫纖維 材料制成;保溫殼體2和純化烙鹽槽1之間有電阻絲構(gòu)成的電加熱系統(tǒng)3,為純化烙鹽槽1中 的純化烙鹽供給熱量，保證純化時(shí)所需要的溫度。純化烙鹽槽I內(nèi)裝有純化烙鹽4，純化烙鹽 是氯化鋒、氯化巧和氯化儀按摩爾比為(8-30): (3-9): (1-6)組成的混合物；同時(shí)在純化烙 鹽槽1內(nèi)的底部設(shè)有一些分區(qū)用于放置若干鋒塊7，置換到烙鹽中的化與鋒反應(yīng)，生成鉛單 質(zhì)和Zn 2+,鉛單質(zhì)沉積在純化烙鹽槽1底部，有利于純化的進(jìn)行。
[0020]使用上述純化設(shè)備防止含鉛玻璃鉛離子溶出，具體包括W下操作：
[0021 ] (1 )、在純化烙鹽槽1中裝入純化烙鹽4，底部放入若干塊鋒塊7，純化烙鹽4由氯化 鋒、氯化巧和氯化儀按摩爾比（8-30): (3-9): (1-6)混合而成;優(yōu)選氯化鋒、氯化巧和氯化儀 的摩爾比為（15-22): (5-7): (3-5 )，最優(yōu)選氯化鋒、氯化巧和氯化儀的摩爾比為18:6:4;
[0022] (2)、啟動(dòng)電加熱系統(tǒng)3,加熱純化烙鹽4至300-450°C;
[0023] (3)、將含鉛玻璃制品5完全浸沒(méi)在純化烙鹽4的液面線6 W下，在300-450°C (優(yōu)選 350-400°C，最優(yōu)選380°C)純化0.5-化(優(yōu)選2-地，最優(yōu)選化）；
[0024] (4)、取出含鉛玻璃制品5,冷卻至室溫，清洗去除玻璃表面的烙鹽，干燥即可。
[0025] 該純化方法作用過(guò)程中，含鉛玻璃制品5表面的Pb2+被純化烙鹽4中的Zn2+置換至 純化烙鹽4中（見(jiàn)式1)，置換下來(lái)的Pb 2+進(jìn)一步與純化烙鹽槽1底部的鋒塊7反應(yīng)，生成Pb和 Zn2+ (見(jiàn)式2); Pb沉積在純化烙鹽槽1底部，而Zn2+進(jìn)入純化烙鹽4中，正好補(bǔ)充純化烙鹽4中 消耗的Zn2+,形成循環(huán)反應(yīng)，對(duì)外界無(wú)污染，烙鹽中的Pb 2+被鋒塊消耗，有利于純化過(guò)程的進(jìn) 行，只需根據(jù)鋒塊的剩余情況來(lái)定期補(bǔ)充鋒塊和清理交換后沉積在純化烙鹽槽1底部的鉛 即可。Pb 2+從玻璃表面被置換下來(lái)后，純化烙鹽4中的Ca2+和Mg2+填充Pb2+被置換后玻璃表面 的空隙，純化后的玻璃表面被化義 2+向2甘種離子完全填充，從而使玻璃表面更致密，減 少了玻璃內(nèi)部化溶出的可能。
[0026] 之所W選用Zn2+,是因?yàn)镻b2+和Zn2+的性能接近，用Zn 2可W很容易地將玻璃表面游 離的Pb2+置換出來(lái)；但是鉛離子原子直徑大（Pb2+半徑0.11化m)，鋒離子直徑?。╖n 2+半徑 0.074nm)，置換到玻璃表面的化h無(wú)法完全填充鉛離子留下的空隙，因此還需要用別的離子 進(jìn)一步填充鉛離子的空隙，來(lái)選用化和Mg 2+來(lái)填充原因有四個(gè)方面:第一，Zn2+極化率高， 極化所需能量大，進(jìn)一步填充剩余空隙很困難，需要外界提供更多的能量，而化h和Mg 2+化 學(xué)性質(zhì)與化h接近，但極化率低，所需能量小，用運(yùn)兩種離子去填補(bǔ)鋒離子替代鉛離子產(chǎn)生 的空隙更為容易；第二，Ca 2+和Mg2+都是二價(jià)離子，不會(huì)造成玻璃表面價(jià)態(tài)失衡，保證玻璃表 面電化學(xué)平衡；第=，運(yùn)兩種二價(jià)離子具有積聚作用，與大氣及水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速度慢 (而其它離子則不具有該特性，如鋼離子和鐘離子在玻璃表面會(huì)產(chǎn)生風(fēng)化現(xiàn)象）；第四，運(yùn)兩 種原料價(jià)格低，來(lái)源廣泛，生產(chǎn)使用更經(jīng)濟(jì)。
[0027] 化2+(玻璃表面)+化2+(烙鹽)一化2+(玻璃表面)+化2+(烙鹽）式1 [00 2引Pb2+(烙鹽)+化(金屬)一化2+(烙鹽)+化(金屬）式2
[0029] 本實(shí)用新型使用上述純化設(shè)備對(duì)一系列含鉛玻璃制品進(jìn)行純化處理，并對(duì)純化后 的含鉛玻璃的性能做了測(cè)試，具體工藝參數(shù)和結(jié)果見(jiàn)表1。比較例1和2是按照上述純化方法 用本實(shí)用新型的純化設(shè)備對(duì)同樣的含鉛玻璃進(jìn)行處理，只是調(diào)整處理過(guò)程的參數(shù)不在上述 純化方法的參數(shù)范圍內(nèi)；比較例3是用本實(shí)用新型純化設(shè)備處理前的含鉛玻璃。
[0030] 表1純化方法中的參數(shù)及純化后含鉛玻璃的性能
[0031]
[C
[0033] 由表1中的結(jié)果可W看出，用本實(shí)用新型純化設(shè)備得到的含鉛玻璃表面化h含量有 明顯的降低，最低可降至9mol%，表面化含量有明顯升高，最高可升至75mol% ,Ca2+和Mg2+ 含量可有明顯的升高，最高均可升至13mol %;而比較例1-3的含鉛玻璃表面Pb2+含量都在 75mol% W上，明顯高于實(shí)施例1-6的，Zn2+Xa2+和Mg2+含量遠(yuǎn)低于實(shí)施例1-6,說(shuō)明鉛離子溶 出很多，比較例帥的Ca 2+和Mg2+含量跟實(shí)施例1-6沒(méi)有差異，是因?yàn)楸容^例帥純化溫度較 高，純化時(shí)間較長(zhǎng)，在溫度較高的情況下，Ca 2+和Mg2+容易形成玻璃網(wǎng)絡(luò)外體，但Zn2+不容易 將化2 +置換出來(lái)，因此，仍然無(wú)法有效降低鉛離子的溶出。Pb2 +溶出率也由未處理前的 1.5mg/dm2 (比較例3)降至0.6mg/dm2W下，符合國(guó)標(biāo)規(guī)定(0.8mg/dm2 W下）且優(yōu)于現(xiàn)有國(guó)標(biāo) 標(biāo)準(zhǔn);比較例1和2也有明顯的降低，在國(guó)標(biāo)規(guī)定的值W內(nèi)，表明采用本實(shí)用新型純化設(shè)備處 理含鉛玻璃均可達(dá)到國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。鑒于比較例1和2的數(shù)值明顯比實(shí)施例1-6的高，因此W實(shí)施 例1-6覆蓋的數(shù)值范圍作為優(yōu)選方案。另外，用本實(shí)用新型純化設(shè)備得到的含鉛玻璃抗彎強(qiáng) 度基本能達(dá)到90MPaW上，而比較例1-3的玻璃抗彎強(qiáng)度均在SOMPaW下，明顯低于實(shí)施例1-6的。
[0034] 將本實(shí)用新型的純化設(shè)備應(yīng)用于含鉛玻璃的實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，用 本實(shí)用新型純化設(shè)備的防止含鉛玻璃鉛離子溶出的純化工藝能夠減少50% W上的鉛離子 進(jìn)入大氣，對(duì)環(huán)境污染少、自動(dòng)化程度高，純化后的含鉛玻璃鉛離子溶出率低，能夠減少 63% W上(最多減少97%)的鉛離子溶出，使得綜合成本降低。用本實(shí)用新型的純化設(shè)備含 鉛玻璃的方法可W使含鉛玻璃表面的鉛離子含量(Pb 2+)大大降低，而鋒離子(Zn2+)、巧離子 (Ca2+)和儀離子(Mg 2+)的含量升高(達(dá)到80% W上）。因此，本實(shí)用新型的純化設(shè)備市場(chǎng)潛力 和應(yīng)用前景巨大，滿(mǎn)足了和擴(kuò)展了鉛玻璃的使用要求，有益于推廣應(yīng)用。
[0035] W上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，運(yùn)些改 進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種防止含鉛玻璃鉛離子溶出的鈍化設(shè)備，其特征在于，包括盛有鈍化熔鹽的鈍化 熔鹽槽、包裹在鈍化熔鹽槽外部的保溫殼體、及位于保溫殼體和鈍化熔鹽槽之間的電加熱 系統(tǒng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述鈍化設(shè)備，其特征在于，所述鈍化熔鹽槽內(nèi)底部設(shè)有放置若干鋅 塊的位置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述鈍化設(shè)備，其特征在于，所述鈍化熔鹽槽是不銹鋼鋼槽。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述鈍化設(shè)備，其特征在于，所述保溫殼體是氧化鋁保溫纖維材料 層。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述鈍化設(shè)備，其特征在于，所述保溫殼體是氧化鋁保溫纖維材 料層。
【文檔編號(hào)】C03C21/00GK205473386SQ201620171561
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月7日
【發(fā)明人】陳福, 續(xù)芯如, 賈立丹, 馮建業(yè), 周琳琳, 李曉杰, 韓影
【申請(qǐng)人】秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計(jì)院