Assessment of the melting behavior of batches containing boron oxide carrier raw materials

Jatmiko, Widiya; Conradt, Reinhard

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-50673

Assessment of the melting behavior of batches containing boron oxide carrier raw materials = Charakterisierung des Schmelzverhaltens von Gemengen mit boroxidhaltigen Rohstoffen

Jatmiko, Widiya (Author)

2014

VerantwortlichkeitsangabeWidiya Jatmiko

ImpressumAachen 2014

UmfangXVII, 129 S. : Ill., graph. Darst.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Conradt, Reinhard (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-05-15

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-50673
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/444932/files/5067.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Glas (Genormte SW) ; Gemenge (Genormte SW) ; Borax (Genormte SW) ; Schmelzen (Genormte SW) ; Leitfähigkeit (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Ulexit (frei) ; Glaswanne (frei) ; Gemengecharakterisierung (frei) ; Schmelzverhalten (frei) ; glass (frei) ; batch (frei) ; furnace (frei) ; B2O3 (frei) ; alkali-free (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
pacs: 81.05.Kf

Kurzfassung
Die Betrachtung der Reaktionskinetik im Gemenge wird durch geeignete Charakterisierungsmethoden vom Mikrobereich bis hin zum 10-kg-Maßstab durchgeführt. Physikalische und chemische Reaktionen der einzelnen Rohstoffen sowie binärer und ternärer Mischungen der Rohstoffe werden mit der Hilfe der konventionellen DTA-TG charakterisiert. Um die Laborergebnisse auf eine reale Glaswanne übertragen zu können, ist es nötig, die Experimente in größerem Maßstab durchzuführen. Die im Institut verfügbaren Methoden sind thermisch-optische Untersuchung mittels Beobachtungsofen (30 g Proben), modifizierte Batch-Free-Time (50 g Proben), Conductometrie (200 g Proben) und Schmelzversuche im 10-kg-Maßstab (4 kg Gemenge; 7 kg geschmolzene Glasscherben bei 1200°C). In der vorliegenden Arbeit werden alkalfreie- und borhaltige Gemengesysteme untersucht. Gemengen im eutektischen CaO-Al2O3-SiO2 (CAS) und verschiedenen CaO-MgO-Al2O3-SiO2 E-glassystemen mit variierendem Boroxidgehalt werden charakterisiert. Es wird gezeigt, dass sich die Methoden auch für diese Gemenge eignen. Das unterschied ist die Bildung von Erstschmelze nicht einem rasch aufschmelzenden Rohstoff wie Soda; ausschlaggebend ist vielmehr die eutektische Temperatur des Oxydsystems. In einer anschließenden Studie wird die Einsetzbarkeit von alternativen Boroxidträgern in Gemengen verschiedener borhaltiger Gläser diskutiert, da sich konventionelles Boraxpentahydrat auf der Liste der SVHC (Substance of Very High Concern) innerhalb von REACH (Registration, Evaluation, Authorization of Chemicals) befindet. Aufgrund unzureichender Versuchdaten eines durchgeführten industriellen Schmelzversuchs mit dem Borträger Ulexit konnte kein wesentlicher Unterschied im Schmelzverhalten und im Wärmebedarf im Vergleich zum konventionellen Gemenge festgestellt werden, obwohl man kinetische Vorteile des Gemenges mit Ulexit in den Laborexperimenten beobachten kann. Allerdings wurden bei der Analyse des Elektrofilterstaubes an der Wanne erhöhte Primäremissionen festgestellt, da das Ulexit als feingemahlener Rohstoff in das Gemenge eingebracht wird.

The kinetic aspects of batch melting related to grain size, primary melt formation, gas liberation, and quartz dissolution can only be characterized by performing laboratory experiments, whereas the thermodynamic aspects can be quantified theoretically. One approach to close the gap between laboratory and industrial practice is scaling up experiments from the milligram to the kilogram range. In the micro scale (less than 150 mg sample), physical and chemical reactions of one component, as well as binary and ternary systems, can be observed through the differential thermal analysis (DTA), coupled with the thermo-gravimetry instrument (TG). Experiments at the mesoscale are: thermal-optical observations (30 g batch), conductometry (200 g batch), modified batch-free time (50 g batch and 250 g cullet), and kilogram 10 kg tests in which 4 kg batch and 7 kg cullet are involved. The present study aims to investigate whether these methods could be applied to free alkali and B2O3 containing glass batches. The investigated system were the eutectic CaO-Al2O3-SiO2 (CAS) and CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS) based E-glass combined with various B2O3 content. The onset of melting or primary melt formation in free alkali glass batches is generated by its eutectic melting, while in soda-lime-silica batch, the onset of melting corresponds to physical melting of soda ash. The last part of the present paper is feasibility study of alternative B2O3 carriers applied in boron containing glass batches. Conventional borax pentahydrate is one of the substance in the list of SVHC (Substance of Very High Concern) under EU REACH (Registration, Evaluation, Authorization of Chemical substances) regulation. For borosilicate batches, no significant impact is observed between the conventional and alternative B2O3 carrier. Ulexite as alternative B2O3 carrier shows kinetic advantages in E-glass and insulation wool glass in terms of early onset of melting and short foaming decay, respectively. However, these advantages could not be seen during industrial trial in insulation wool glass melter tank, due to insufficient ulexite data. Both borax pentahydrate and ulexite batches demonstrate similar behavior in respects to energy consumptions. Furthermore, since ulexite is beneficiated in finely ground powder, it contributes to higher emission level after filtration in an electrostatic precipitator equipment.

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