Physico-chemical investigation of the behavior of sodium in the float glass process : Part 1 : Distribution of sodium and tin between the glass melt and the bath of molten tin

Abstract

The chemical equilibrium between a soda-lime-silica melt typifying float glass melts and molten tin is considered for the conditions prevailing in the float glass process. A consideration of the thermodynamic stability of the relevant oxides of the glass melt reveals that CaO, MgO, Al2O3, and SiO2 are not involved in the heterogeneous reactions occurring in the molten glass/liquid tin system, whereas sodium may be transferred from the glass melt to the metal phase, and tin may be oxidized and dissolved as SnO and SnO2 in the glass melt. Thermochemical information pertaining to the reaction of sodium and tin in the molten glass/liquid tin system has been compiled from the literature. From this data basis, the equilibrium distribution of sodium and tin between the glass melt and the liquid tin is calculated. The results are presented in the form of equilibrium diagrams. Additionally, it is shown that the exchange reactions Na2O(glass melt) + Sn(metal bath) = SnO(glass melt) + 2 Na(metal bath) and 2 Na2O(glass melt) + Sn(metal bath) = SnO2(glass melt) + 4 Na(metal bath) may be considered as electrochemical processes occurring simultaneously and statistically disordered with respect to time and reaction site at the molten glass/liquid tin interface. Certain indications suggest that the rate of these reactions is controlled essentially by the transport of the reaction partners. Das chemische Gleichgewicht zwischen einer Kalk-Natronsilicatglasschmelze mit einer dem Floatglas ähnlichen Zusammensetzung und einer Zinnschmelze wird unter den im Floatglasverfahren herrschenden Bedingungen untersucht. Eine Erörterung der thermodynamischen Stabilität der wichtigsten Oxide der Glasschmelze zeigt, daß CaO, MgO, AI2O3 und Si02 als „resistente Gruppen" anzusehen sind, die sich an den heterogenen Reaktionen im System Glasschmelze/Zinnschmelze nicht (direkt) beteiligen, während Natrium von der Glas- zur Zinnschmelze übertritt und umgekehrt Zinn oxidiert und als SnO und SnO2 in die Glasschmelze eingebaut wird. Zur Beschreibung des chemischen Verhaltens von Natrium und Zinn im Floatglasverfahren wird ein konsistenter Datensatz angegeben. Hiermit wird die Gleichgewichtsverteilung von Natrium und Zinn im Floatbad berechnet. Die Ergebnisse werden in Gleichgewichtsdiagrammen dargestellt. Weiterhin wird gezeigt, daß sich die Austauschreaktionen Na2O(Glasschmelze) + Sn(Metallschmelze) = SnO(Glasschmelze) + 2 Na(Metallschmelze) und 2 Na2O(Glasschmelze) + Sn(Metallschmelze) = SnO2(Glasschmelze) + 4 Na(Metallschmelze) als elektrochemische Prozesse beschreiben lassen, deren kathodische und anodische Teilreaktionen an der Elektrode Zinnschmelze/Glasschmelze nach Ort und Zeit statistisch ungeordnet gleichzeitig ablaufen. Es ist anzunehmen, daß die Geschwindigkeit der Austauschreaktionen durch den Transport der Reaktionsteilnehmer kontrolliert wird.