Auflösungsverhalten tonerdehaltiger Rohstoffe in der Glasschmelze

Abstract

The dissolution of hydrated alumina, γ-alumina, felspar, nepheline syenite and Calumite in binary and ternary melts of increasing alumina contents were investigated for various times and temperatures. The effects of various aluminous raw materials on seed count, homogeneity and viscosity of soda-lime-silica melts were investigated and, in addition, the concentration distributions of Al2O3 and CaO in the glass-solid interface zone were also measured and led to quantitative conclusions concerning the process of dissolution and the depth of penetration of the raw material. With higher temperatures and longer times there was an increase in depth of diffusion of alumina for all the raw materials. At short times and lower temperatures transport of the dissolved alumina away from the interface by diffusion predominated but the density induced convection becomes more important at higher temperatures and longer times. The concentration profiles showed, especially for hydrated alumina and γ-alumina, in the region of the original interface an increase in calcium concentration contrary to the general overall trend of the distributions. On the other hand alumina enrichment was observed in the opposite direction, in the melt. On étudie le comportement des matières premières alumineuses telles que l'hydrate d'alumine, l'alumine γ, le feldspath, la syénite néphélinique et la calumite lorsqu'elles se dissolvent dans des fontes de silicates binaires et ternaires et que l'on augmente la teneur en Al2O3 en fonction de la température et de la durée de fusion. L'influence de l'introduction de différentes matières alumineuses sur la teneur en bulles, l'homogénéité et la viscosité de fontes de verres sodocalciques est étudiée et l'on enregistre ensuite la distribution des concentrations en Al2O3 et CaO à la zone de contact entre la matière première alumineuse et le verre, dans le but d'obtenir des indications quantitatives sur l'évolution du processus de dissolution et sur la profondeur de pénétration des matières premières utilisées. Lorsque les températures et les durées de fusion augmentent, on note une augmentation parallèle de la profondeur de diffusion de Al2O3 dans toutes les matières premières. Alors que, pour des durées de fusion réduites et des températures plus basses, l'enlèvement des matières premières alumineuses dissoutes de la surface de contact se produit surtout par diffusion, l'effet de la convection par densité se fait sentir davantage lorsque la température et le temps de séjour augmentent. Les courbes de concentration font ressortir, en particulier pour l'hydrate d'alumine et l'alumine γ, une augmentation de la concentration en calcium dans la tone de la surface de contact originelle, augmentation qui s'oppose aux chutes de concentration généralement relevées. On observe par contre que la fonte de verre s'enrichit en oxyde d'aluminium. Die Untersuchung des Auflösungsverhaltens der Tonerderohstoffe Tonerdehydrat, γ-Tonerde, Feldspat, Nephelin-Syenit und Calumite erfolgt in Silicatschmelzen binärer und ternärer Zusammensetzungen mit steigendem Al2O3-Gehalt in Abhängigkeit von Schmelztemperatur und Haltezeit. Es wird der Einfluß auf den Blasengehalt, die Homogenität und die Viskosität von Kalk-Natronglasschmelzen bei Einsatz verschiedener Tonerdeträger untersucht und im Anschluß daran die Konzentrationsverteilung von Al2O3 und CaO in der Kontaktzone Tonerderohstoff-Glas aufgenommen, um quantitative Aussagen über den Auflösungsfortschritt und die Eindringtiefe der eingesetzten Rohstoffe zu erhalten. Mit höheren Schmelztemperaturen und längeren Haltezeiten ist dabei eine Zunahme der Diffusionstiefe von Al2O3 bei allen Rohstoffen festzustellen. Während bei kurzen Schmelzzeiten und niedrigeren Temperaturen der Abtransport der aufgelösten Tonerderohstoffe von der Kontaktfläche vorwiegend durch Diffusion erfolgt, macht sich mit zunehmender Temperatur und Haltezeit der Einfluß der Dichtekonvektion stärker bemerkbar. Die Konzentrationsprofile zeigen besonders für Tonerdehydrat und γ-Tonerde im Bereich der ursprünglichen Kontaktfläche eine entgegen dem insgesamt bestehenden Konzentrationsgefälle ansteigende Calciumkonzentration. Demgegenüber werden in entgegengesetzter Richtung in die Glasschmelze Aluminiumoxidanreicherungen beobachtet.