KỸ THUẬT SẴN CÓ TỐT NHẤT TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT THỦY TINH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
NGÀNH QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG
MÔN NGĂN NGỪA Ô NHIỄM CÔNG NGHIỆP
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI
KỸ THUẬT SẴN CÓ TỐT NHẤT TRONG
NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT THỦY TINH
Cán bộ giảng dạy : PGS. TS. LÊ THANH HẢI
Nhóm thực hiện : TẠ THANH LAN – MHV: 1280100053
ĐÀO THỊ NGỌC MAI – MHV: 201210020
ĐẶNG MỸ THANH – MHV: 1280100073
Lớp : QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG
Khoá : 2012
TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2013
MỤC LỤC
1
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BAT – CẤU TRÚC BAT TRONG NGÀNH
CÔNG NGHIỆP THỦY TINH 7
1.1 Tổng quan về BAT 7
1.2 Cấu trúc BAT trong ngành công nghiệp thủy tinh 8
PHẦN II: THÔNG TIN CHUNG VỀ NGÀNH THỦY TINH 9
2.1 Giới thiệu chung 9
2.1.1 Lịch sử hình thành 9
2.1.2 Phân loại thủy tinh 11
2.1.2.1 Phân loại thủy tinh theo công dụng 11
2.1.2.2 Phân loại thủy tinh theo thành phần hóa học 11
2.1.3 Ứng dụng của thủy tinh 13
2.2 Nguyên liệu sản xuất thủy tinh 14
PHẦN III: QUI TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG
CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP THỦY TINH 17

3.1 Qui trình sản xuất thủy tinh 17
3.2 Các vấn đề môi trường của ngành công nghiệp thủy tinh 20
PHẦN IV: KỸ THUẬT ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT THỦY TINH 21
4.1. Các lò nung nóng chảy thường sử dụng trong sản xuất thủy tinh 21
4.2. Qui trình kỹ thuật sử dụng trong từng lĩnh vực sản xuất thủy tinh 24
PHẦN V: BAT TRONG NGĂN NGỪA Ô NHIỄM NGÀNH CÔNG NGHIỆP
SẢN XUẤT THỦY TINH 29
5.1. Lựa chọn kỹ thuật nung nóng chảy 29
5.2. Kỹ thuật kiểm soát sự phát thải NO
X
30
5.2.1. Thay đổi quá trình đốt cháy 31
5.2.1.1. Giảm tỉ lệ không khí/nhiên liệu 31
5.2.1.2. Giảm nhiệt độ quá trình cháy 31
5.2.1.3. Phân theo giai đoạn quá trình cháy 32
2
5.2.1.4. Tuần hoàn khí thải 33
5.2.1.5. Hệ thống đốt ít phát thải NO
x
32
5.2.1.6. Chọn lựa nhiên liệu đốt 32
5.2.2. Công thức lượng cần dùng 33
5.2.3. Thiết kế lò đặc biệt 33
5.2.4. Qui trình FENIX 34
5.2.5. Giảm hóa chất bằng nhiên liệu 35
5.3 Quản lý năng lượng 35
5.3.1 Kỹ thuật nung nóng chảy và thiết kế lò nung 35
5.3.2 Sử dụng thủy tinh vụn 36
5.4. Các kết luận BAT trong ngành công nghiệp sản xuất thủy tinh 36
PHẦN VI: CASE STUDY – CÔNG TY CÔ PHẦN BÓNG ĐÈN PHÍCH

NƯỚC RẠNG ĐÔNG 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO 40
3
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
QLMT quản lý môi trường
PTBV phát triển bền vững
BVMT bảo vệ môi trường
TN – TN tài nguyên thiên nhiên
CN công nghiệp
XH xã hội
4
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 – Hình ảnh thổi thủy tinh thế kỷ 9 9
Hình 2.2 – Sản xuất thủy tinh Crown 10
Hình 3.1 – Quy trình sản xuất thủy tinh 18
Hình 3.2 – Quy trình sản xuất từ thủy tinh dẻo đến sản phẩm dân dụng 19
Hình 3.3 – Tóm tắt qui trình sản xuất thủy tinh 19
Hình 4.1 – Lò tái sinh 21
Hình 4.2 – Mặt cắt của lò tái sinh 22
Hình 4.3 – Lò thu hồi nhiệt truyền thống 23
Hình 4.4 – Quy trình định dạng thủy tinh trong khuôn thổi 25
Hình 4.5 – Quá trình thổi và cán thủy tinh 26
5
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 – Nguyên liệu sản xuất thủy tinh 14
Bảng 2.2 – Hóa chất nhuộm màu thủy tinh 15
Bảng 3.1 – Các vấn đề môi trường phát sinh trong ngành CN thủy tinh 20
6
PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ BAT – CẤU TRÚC BAT TRONG NGÀNH

CÔNG NGHIỆP THỦY TINH
1.3 TỔNG QUAN VỀ BAT
Best Available Techniques (BAT) – Kỹ thuật sẵn có tốt nhất:
- Kỹ thuật được áp dụng hiệu quả và tiên tiến nhất trong quá trình phát triển những
hoạt động và phương pháp vận hành khả thi.
- BAT là áp dụng những kỹ thuật cụ thể nhằm cung cấp cơ sở cho giá trị phát thải
cho phép nhằm phục vụ cho mục đích ngăn ngừa ô nhiễm, hạn chế phát thải và tác
động đến môi trường ở những nơi không áp dụng được.
(Nguồn: IPPC, 2000).
BAT đề cập đến những công nghệ sản xuất hiện có tốt nhất trong việc bảo vệ môi
trường nói chung, có khả năng triển khai trong các điều kiện thực tiễn về kinh tế, kỹ
thuật, có quan tâm đến chi phí trong quá trình nghiên cứu, phát triển và triển khai bao
gồm: thiết kế, xây dựng, bảo dưỡng, vận hành và loại bỏ công nghệ.
BAT còn giúp đánh giá tiềm năng áp dụng sản xuất sạch hơn.
(Nguồn: UNIDO, 1992).
Thứ bậc ưu tiên các nội dung trong thực hiện BAT:
1. Sử dụng công nghệ phát sinh ít chất thải;
2. Sử dụng ít hợp chất nguy hại hơn;
3. Tái sinh và tái sử dụng chất phát sinh cho chính quy trình đó hay cho bất cứ nơi
nào phù hợp;
4. Những quy trình, phương tiện, phương pháp đang được phát triển có thể áp dụng
thành công cho quy trình công nghiệp hiện có;
5. Cải tiến và thay đổi công nghệ;
6. Bản chất, tác động và lượng chất thải phát sinh cần quan tâm;
7. Thời hạn thử nghiệm vận hành những hoạt động mới hoặc hiện hữu;
8. Thời hạn cần để giới thiệu kỹ thuật sẵn có tốt nhất;
9. Mức tiêu thụ tài nguyên và nguyên liệu (kể cả nước) sử dụng cho quy trình sản
xuất và hiệu suất năng lượng của chúng;
7
10. Nhu cầu cần ngăn ngừa hay giảm thiểu tác động toàn diện của các phát thải ra môi

trường và các rủi ro của chúng;
11. Nhu cầu ngăn ngừa tai nạn và hậu quả cho môi trường;
12. Sự thông qua.
(Nguồn: UNIDO, 1992)
1.4 CẤU TRÚC BAT TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP THỦY TINH
Hoạt động sản xuất mô tả trong Hướng dẫn này được gọi là công nghiệp thủy tinh,
bao gồm tám lĩnh vực sản xuất thủy tinh, đó là: vật chứa đựng bằng thuỷ tinh, thuỷ tinh
phẳng, kết cấu thủy tinh dạng sợi liên tục; thuỷ tinh gia dụng, thủy tinh đặc biệt (bao gồm
cả thủy tinh nước); sợi vô cơ (với hai phân ngành: sợi thuỷ tinh và sợi đá); gốm sợi; và
nguyên liệu thuỷ tinh.
Tài liệu này bao gồm bảy chương và một số phụ lục có chứa các thông tin bổ sung.
Bảy chương và bốn phụ lục là:
1. Thông tin chung về ngành thủy tinh
2. Quy trình và kỹ thuật được ứng dụng
3. Mức phát thải và tiêu thụ hiện nay
4. Kỹ thuật cần xem xét trong việc xác định BAT
5. Kết luận BAT
6. Kỹ thuật mới
7. Kết luận và kiến nghị
8. Phụ lục 1 Ví dụ về dữ liệu khí thải
9. Phụ lục 2 Ví dụ cân bằng lưu huỳnh
10. Phụ lục 3 Giám sát
11. Phụ lục 4 Quy chế của các nước thành viên
8
PHẦN II
THÔNG TIN CHUNG VỀ NGÀNH THỦY TINH
2.3 GIỚI THIỆU CHUNG
2.3.1 Lịch sử hình thành
Các giai đoạn lịch sử của quá trình hình thành và phát triển ngành thủy tinh:
- Các loại thủy tinh có nguồn gốc tự nhiên, gọi là các loại đá vỏ chai, đã được sử

dụng từ thời kỳ đồ đá để làm các con dao cực sắc. Chúng được tạo ra trong tự
nhiên từ các nham thạch (magma) núi lửa.
Hình 2.1 – Hình ảnh thổi thủy tinh thế kỷ 9
- Việc sản xuất thủy tinh lần đầu tiên hiện còn lưu được chứng tích là ở Ai Cập
khoảng năm 2000 trước công nguyên, khi đó thủy tinh được sử dụng như là men
màu cho nghề gốm và các mặt hàng khác.
- Trong thế kỷ 1 trước công nguyên, kỹ thuật thổi thủy tinh đã phát triển. Trong thời
kỳ đế chế La Mã rất nhiều loại hình thủy tinh đã được tạo ra, chủ yếu là các loại
bình và chai lọ. Thủy tinh khi đó có màu xanh lá cây vì tạp chất sắt có trong cát
được sử dụng để sản xuất nó. Thủy tinh ngày nay nói chung cũng có màu hơi ánh
xanh lá cây, sinh ra cũng bởi các tạp chất như vậy.
- Từ thế kỷ 7 và thế kỷ 8, các đồ vật làm từ thủy tinh đã được tìm thấy trên đảo
Torcello gần Venice.
- Khoảng năm 1000 sau Công nguyên, một đột phá quan trọng trong kỹ thuật sản
xuất thủy tinh đã được tạo ra ở Bắc Âu, khi thủy tinh sô đa được thay thế bằng
thủy tinh làm từ các nguyên liệu có sẵn như bồ tạt thu được từ tro gỗ. Từ thời điểm
này trở đi, thủy tinh ở khu vực phía bắc châu Âu có sự sai khác rõ nét với thủy
tinh ở khu vực Địa Trung Hải, là khu vực mà sô đa vẫn được sử dụng chủ yếu.
- Thế kỷ 11, tại Đức, phương pháp mới chế tạo thủy tinh tấm đã ra đời bằng cách sử
dụng các quả cầu để thổi, sau đó chuyển nó sang thành các hình trụ tạo hình, cắt
9
chúng khi đang còn nóng và sau đó dát phẳng thành tấm. Kỹ thuật này đã được
hoàn thiện vào thế kỷ 13 ở Vênidơ.
- Đến thế kỷ 12, thủy tinh đốm (thủy tinh với các vết màu, thông thường là màu do
kim loại) đã không được sử dụng rộng rãi nữa.
- Đến thế kỷ 14, trung tâm sản xuất thủy tinh là Vênidơ, ở đó người ta đã phát triển
nhiều công nghệ mới để sản xuất thủy tinh và trở thành trung tâm xuất khẩu lớn về
các đồ đựng thức ăn, gương và nhiều đồ xa xỉ khác bằng thủy tinh Sau đó, một
số thợ thủy tinh của Vênidơ đã chuyển sang các khu vực khác như Bắc Âu và việc
sản xuất thủy tinh đã trở nên phổ biến hơn.

- Sau thế kỷ 14, công nghệ thủy tinh Crom bắt đầu phát triển cho đến giữa những
năm 1800. Trong công nghệ này, ống thổi thủy tinh có thể xoay tròn, khoảng 4 kg
thủy tinh lỏng tại phần cuối của ống thổi được xoay tròn cho đến khi nó được làm
phẳng thành đĩa, đường kính khoảng 1,5 m. Đĩa sau đó được cắt thành tấm chữ
nhật.
Hình 2.2 – Sản xuất thủy tinh Crown
- Khoảng năm 1688, công nghệ đúc thủy tinh đã được phát triển, dẫn tới việc sử
dụng thủy tinh như một vật liệu thông dụng.
- Năm 1827, sự phát minh ra máy ép thủy tinh cho phép sản xuất hàng loạt các đồ
vật từ thủy tinh rẻ tiền hơn.
- Những năm đầu của thập niên 1900, phương pháp ống xy lanh trong sản xuất thủy
tinh được phát minh bởi William J. Blenko.
- Thủy tinh nghệ thuật được tạo ra bằng cách dùng axít hoặc các chất ăn mòn khác
khắc hình ảnh trên bề mặt thủy tinh sau khi được thổi hay đúc. Trong những năm
1920, phương pháp mới để khắc axít theo khuôn đã được phát kiến, theo đó các
tác phẩm nghệ thuật được khắc trực tiếp trên khuôn, vì thế mỗi một lượt đúc đã
tạo ra hình ảnh trên bề mặt thủy tinh. Điều này làm giảm chi phí sản xuất và kết
10
hợp với việc sử dụng rộng rãi của các loại thủy tinh màu, đã tạo ra các sản phẩm
thủy tinh rẻ tiền trong những năm 1930.
(Nguồn: Ebook, (2010), Bài giảng “Công nghệ thủy tinh”)
2.3.2 Phân loại thủy tinh
2.3.2.1 Phân loại thủy tinh theo công dụng
Phân loại thủy tinh theo công dụng gồm có:
- Vật chứa đựng bằng thuỷ tinh: là lĩnh vực lớn nhất của ngành công nghiệp thủy
tinh, chiếm khoảng 60% tổng sản lượng thủy tinh. Trong đó, lĩnh vực nước giải
khát chiếm khoảng 75% tổng sản phẩm của lĩnh vực này;
- Thuỷ tinh phẳng;
- Kết cấu thủy tinh dạng sợi liên tục;
- Thuỷ tinh gia dụng;

- Thủy tinh đặc biệt (bao gồm cả thủy tinh nước);
- Sợi vô cơ (với hai phân ngành: sợi thuỷ tinh và sợi đá);
- Gốm sợi;
- Nguyên liệu thuỷ tinh.
2.3.2.2 Phân loại thủy tinh theo thành phần hóa học
Phân loại thủy tinh theo thành phần hóa học gồm có:
- Gốm thủy tinh;
- Thủy tinh hữu cơ;
- Thủy tinh vô cơ;
Gần như toàn bộ các nguyên tố hóa học trong bảng hệ thống tuần hoàn có mặt trong thủy
tinh. Tuy nhiên theo thành phần hóa thủy tinh vô cơ có thể chia làm 5 loại: Thủy tinh đơn
nguyên tử, thủy tinh ôxyt, thủy tinh halogen, thủy tinh khancon, thủy tinh hỗn hợp.
- Thủy tinh đơn nguyên tử: Là loại thủy tinh chứa có một loại nguyên tố hóa học.
Đó là các nguyên tố thuộc nhóm 5,6 trong bảng hệ thống tuần hoàn như: S, Se, As
và P. Ngoài ra, người ta còn cho rằng có thể chế tạo được cả thủy tinh từ telur và
ôxy. Để có được thủy tinh từ lưu huỳnh ta làm lạnh nhanh lưu huỳnh nóng chảy:
Làm lạnh đến nhiệt độ phòng sẽ được sản phẩm giống cao su nhưng trong suốt và
không tan trong H
2
S; đến -11
0
C nó sẽ đông cứng có chiết suất 1,998. Selen nóng
chảy trong điều kiện làm lạnh nhanh cho thủy tinh sẫm màu có chiết suất n = 2,92.
11
Muốn thu được As và P ở trạng thái thủy tinh phải tiến hành nhiều bước phức tạp
hơn.
- Thủy tinh Oxit: Là thủy tinh từ ôxyt hoặc các ôxyt. Chúng được chia thành lớp.
Trong mỗi lớp lại gồm nhiều nhóm. Để xác định một lớp thủy tinh nào đó người ta
chú ý đến các ôxyt tạo thủy tinh khi các ôxyt này được đưa vào thành phần thủy
tinh với tư cách là một cấu tử chủ yếu. Đó là các ôxyt B

2
O
3
, SiO
2
, GeO
2
, P
2
O
5
.
Ngoài ra còn tính đến các ôxyt có thể tạo thành thủy tinh trong điều kiện làm lạnh
thật nhanh các mẫu nhỏ như: As
2
O
3
, Sb
2
O
3
, TeO
2
, V
2
O
5
hoặc các ôxyt chính nó
không có khả năng tạo thủy tinh nhưng khi liên hợp với những cấu tử nhất định,
khả năng tạo thủy tinh của nó tăng lên như: Al

2
O
3
, Ga
2
O
3
, Bi
2
O
3
, TiO
2
, MoO
3
,
WO
3
. Do vậy ta có các lớp thủy tinh: Silicat, borat,germanat, telurit, aluminat…
Mỗi lớp thủy tinh lại chia thành các nhóm tùy thuộc vào kiểu ôxyt Me
m
O
n
. Trong
thực tế có nhiều thủy tinh chứa đồng thời 2 hoặc 3 ôxyt tạo thủy tinh. Khi gọi tên
các thủy tinh ôxyt, trước hết gọi tên lớp rồi đến tên nhóm. Tên lớp theo tên muối
của ôxyt tạo thủy tinh cơ bản còn các ôxyt tạo thủy tinh khác có tận cùng bằng O
và xếp theo chiều tăng nồng độ % mol. Ví dụ: Thủy tinh boroalumosilicat
natrikalicanxi: B
2

O
3
< Al
2
O
3
< SiO
2
. Tên nhóm thì xếp tên các nguyên tố theo thứ
tự hóa trị từ thấp đến cao.
- Thủy tinh halogen: Hai halogen có khả năng tạo thủy tinh là BeF
2
và ZnCl
2
. Trên
cơ sở BeF
2
tạo được nhiều loại thủy tinh Fluorit. Người đầu tiên cho biết BeF
2
có
khả năng tạo thủy tinh là Goldschmidt. Nếu BeF
2
dạng tinhkhiết thì xu hướng kết
tinh của nó là nhỏ nhất nhưng nó hút ẩm mạnh nên để tăng độ bền hóa, BeF
2
không được vượt quá 30 – 40% mol. Từ các Fluorit khác có thể đưa vào thủy tinh
như AlF
3
, SrF
2

, BaF
2
, MgF
2
. Các Fluorit kim loại kiềm làm giảm đáng kể độ bền
hóa của thủy tinh nên không dùng. Những đặc tính giá trị nhất của thủy tinh
Berifluorit là bền đáng kể đối với tác dụng của các bức xạ cứng như cực tím,
rơngen, gama. Bền đối với các chất ăn mòn mạnh như HF, F
2
. Cho qua tốt các tia
rìa quang phổ. Chiết suất của nó thấp hơn so với chiết suất của các loại thủy tinh
khác và xấp xỉ chiết suất của nước ~ 1,33. Thủy tinh Berifluorit dẫn điện. Từ Cl
-
chỉ có thể đưa đến trạng thái thủy tinh một hợp chất duy nhất là ZnCl
2
nhưng hệ
số giãn nở nhiệt của nó rất cao (323.10
-7
).
- Thủy tinh Khancon: Là các loại thủy tinh đi từ các hợp chất của lưu huỳnh, selen
và telur. Các sulfid có khả năng tạo thủy tinh là: GeS
2
, As
2
S
3
.Các selenid có khả
năng tạo thủy tinh: As
2
Se

3
, GeSe
2
, P
2
Se
3
. Chuyển các telurit vào trạng thái thủy
tinh rất khó, thường kết hợp với các selenid và sulfide. Tất cả các thủy tinh
12
khancon đều không trong suốt và nhanh chóng kết tinh, do đó muốn đạt trạng thái
thủy tinh phải làm lạnh thật nhanh, khoảng 200
0
C/giây và chúng rất dễ nóng chảy.
Thủy tinh khancon thể hiện độ dẫn điện như chất bán dẫn nên được dùng trong
lĩnh vực bán dẫn. Thời gian sau này người ta đã tạo được các điều kiện kỹ thuật
cần thiết để đạt được các thủy tinh khancon có nhiệt độ nóng chảy cao ~ 1700
0
C từ
các hệ: Ni – Ge – Se ; Mn – Ge – Se ; Ni – Zn – Se; Ni – Ge – S ; Zn – Ge – Se.
- Thủy tinh hỗn hợp: Đi từ hỗn hợp các chất có khả năng tạo thủy tinh:
+ Ôxyt – halogen : PbO – ZnF
2
–TeO
2
; ZnCl
2
– TeO
2
+ Ôxyt – khancon : Sb

2
O
3
– As
2
S
3
; As
2
S
3
– As
2
O
3
– MemOn (MemOn: Sb
2
O
3
,
PbO, CuO)
+ Halogen – Khancon: As – S – Cl; As – S – Br; As – S – I ; As – Te – I; As -
S – Cl – Br – I
2.3.3 Ứng dụng của thủy tinh
Một số ứng dụng điển hình của thủy tinh:
- Cùng với sự phát triển của thiên văn học, sinh vật học, động vật học, thực vật học,
y học… Công nghệ thủy tinh phát triển đảm bảo cung cấp các chi tiết quang học
phức tạp, các thiết bị chứa đựng rẻ, thực tế và vệ sinh.
- Việc phát minh ra bóng đèn đã đánh dấu tầm quan trọng của thủy tinh trong ngành
kỹ thuật điện chân không. Ngoài bóng đèn còn các loại đèn ống, bình cho ngành

điện tử, màn hình tivi, máy vi tính…
- Thủy tinh được sử dụng rộng khắp trong sản xuất kính lọc, kính hấp thụ hoặc cho
qua các bức xạ cứng, đèn tín hiệu, thiết bị quang học…
- Sự phát triển kỹ thuật rơngen, vật lí hạt nhân đòi hỏi phải có loại thủy tinh hoặc
cho qua hoặc hấp thụ tia rơngen, tia neutron…
- Vào nửa đầu thế kỷ 20 công nghiệp quang học mở đầu đòi hỏi cung cấp các loại
thủy tinh làm các chi tiết khác nhau cho công nghiệp và nghiên cứu khoa học
(quang phổ kế, kính thiên văn…).
- Những năm sau này phát triển loại thủy tinh đặc biệt có độ bền axit, độ bền kiềm
cao phục vụ cho các ngành công nghiệp hóa, sản xuất ra các thiết bị cho phòng thí
nghiệm và sử dụng trong sản xuất thiết bị chưng cất, trích ly, xyclon thủy lực.
13
- Thủy tinh còn có ý nghĩa trong ngành xây dựng, sản xuất ra những tấm panen có
khối lượng thể tích nhỏ, độ bền cao, cách nhiệt cách âm tốt. Thủy tinh màu còn
giúp sản xuất ra những tấm panen màu sắc trang trí bên ngoài các công trình.
- Sợi thủy tinh cùng với tính cách nhiệt, cách âm, cách điện… kết hợp với chất dẻo
hữu cơ tạo ra một loại sản phẩm mới – thủy tinh thép, bền như thép nhưng nhẹ
hơn 4 lần. Thủy tinh thép thay thế gỗ, kim loại đen, kim loại màu. Sợi thủy tinh sử
dụng làm cáp sợi quang, trong ngành dệt với nhiều mặt hàng khác nhau.
- Bằng các biện pháp nhiệt, hóa, người ta làm bền thủy tinh và tăng độ bền uốn đến
giá trị 100 – 200kG/mm
2
. Đó là các loại thủy tinh an toàn dùng trong xe ô tô, máy
bay an toàn …
- Nghiên cứu cấu trúc của thủy tinh giúp phát triển loại thủy tinh đặc biệt: Kính
laze,kính lọc quang học, kính có khả năng hấp thụ nhỏ trong ngành điều khiển từ
xa … Giúp cho sự phát triển các ngành khoa học kỹ thuật.
- Trong ngành điện kỹ thuật các loại thủy tinh cách ly có tính chất tốt hơn cả loại sứ
cách ly tốt nhất, hay các loại thủy tinh bán dẫn trên cơ sở dùng V
2

O
5
, S, Se, U, Sb
… trong thành phần, đã mở rộng nghĩa thủy tinh ban đầu, không chỉ bó hẹp là sản
phẩm silicat, mà còn là một loại thủy tinh vô cơ.
2.4 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT THỦY TINH
Phân loại nguyên liệu sản xuất thủy tinh theo nguyên liệu chính và nguyên liệu phụ:
Bảng 2.1 – Nguyên liệu sản xuất thủy tinh
NGUYÊN LIỆU THÀNH PHẦN
Nguyên vật liệu
chính
SiO
2
, cát thạch anh ( chứa nhiều tạp chất vô hại như Al
2
O
3
, CaO, MgO,
K
2
O, Na
2
O)
TiO
2
và MnO
2
, Cr
2
O

3
, B
2
O
3
…
ZnO, BaO, MgO, CaO, PbO.
14
Nguyên vật liệu
phụ
Các chất nhuộm màu ion: hợp chất mangan Mn
2+
, Mn
3+
; hợp chất chứa
Crom Cr
3+
, Cr
6+
; các hợp chất chứa Fe, Fe
2+
, Fe
3+
…
Các chất nhuộm màu phân tử: Selen, hợp chất CdS, hợp chất lưu huỳnh,
…
Các chất nhuộm màu khuếch tán keo: hợp chất vàng, hợp chất bạc,…
Các chất khử bọt (hợp chất Flo, hợp chất amoni, nitrat kết hợp với
As
2

O
3
(Sb
2
O
3
), Na
2
SO
4

Chất khử màu (chất khử màu vật lý như selen, NiO, CoO)
(Nguồn: Ebook, (2010), Bài giảng “Công nghệ thủy tinh”)
Bảng 2.2 – Hóa chất nhuộm màu thủy tinh
Hóa chất nhuộm
màu phân tử
Nguyên liệu Màu
1. Selen
2. Hợp chất CdS

3. Hợp chất lưu
huỳnh
(Các polysulfit
kiềm và các sulful
kim loại nặng, đặc
biệt là sắt )
Selen với sulfua cadmi (CdS) theo tỉ lệ: Selen
0,8 – 1,2% , CdS 2 – 3% có thể tạo ra ngọc rubi
selen màu đỏ rực.
Selen kim loại khoảng 0,05 – 0,2% có phụ gia

As
2
O
3
0,1 – 0,2% trong điều kiện ôxy hóa
nhuộm thủy tinh màu hồng rosalin.
Kết hợp với selen tạo một giải màu từ vàng đến
da cam đến đỏ sẫm.
Đạt màu đen dùng 1,2% Fe
2
O
3
.
Màu hồng đến đỏ
Màu vàng sáng
Màu nâu đến đen
Hóa chất nhuộm
màu ion
Nguyên liệu Màu
15
1. Hợp chất
mangan
Mn
3+
Mn
2+
2. Crôm
Cr
6+
Cr

3+
3. Sắt
Fe
3
O
4
Fe
2
O
3
4. Coban
5. Đồng
CuO
6. Các nguyên tố
hiếm
Ce, Nd , Dy, Pr
Ce
2
O
3
Nd
2
O
3
Pr
2
O
3
Dy
2

O
3
MnO
2
, KMnO
4
.
2 – 3kg/100kg cát cho màu tím sáng.
4 – 7kg/100kg cát cho màu tím trung bình đến
tím đậm.
K
2
Cr
2
O
7
hoặc BaCrO
4

Lượng Cr
2
O
3
> 2% trong thủy tinh sẽ kết tinh
các tinh thể Cr
2
O
3
dạng đĩa nhỏ ánh lục tối.
Co

3
O
4
, Co
2
O
3
, CoO
Màu hơi xanh chỉ cần dùng 0,002% CoO.
Màu akvamarin dùng 0,5 – 1,5 kg CuO/100kg
cát.
Màu xanh skalice (màu của muối sulfat đồng
ngậm 5 phân tử nước) phải dùng đến 1 – 2kg
CuO/100kg cát.
Màu tím đến tím đỏ
Màu vàng yếu hay nâu
nhạt
Màu vàng
Màu xanh
Màu lục xám
Màu vàng đến vàng đậm
Màu xanh dương (màu
xanh coban)
Màu xanh da trời ánh
xanh non (màu
akvamarin)
Màu vàng
Màu tím
Màu xanh lá cây
Màu đỏ nâu

(Nguồn: Ebook, (2010), Bài giảng “Công nghệ thủy tinh”.)
PHẦN III
16
QUI TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA
NGÀNH CÔNG NGHIỆP THỦY TINH
3.1 QUY TRÌNH SẢN XUẤT THỦY TINH
Việc đầu tiên phải làm trong quy trình sản xuất thủy tinh là chuẩn bị nguyên liệu cát
silicat (cát thạch anh). Cát phải sạch và không lẫn sắt, để thủy tinh trong hơn, vì sắt lẫn
trong cát làm cho thủy tinh có màu xanh lục. Nếu không thể tìm thấy cát không có lẫn
sắt, người thợ có thể điều chỉnh hiệu ứng màu sắc của thủy tinh bằng việc bổ sung thêm
hóa chất mangan điôxít.
Bước thứ hai trong quy trình là bổ sung natri cacbonat (Na
2
CO3) và Canxi ôxít (CaO)
vào cát. Natri cacbonat (soda) làm hạ thấp nhiệt độ xuống mức cần thiết để chế tạo thủy
tinh. Tuy nhiên, chất này khiến thủy tinh có thể bị thấm nước. Vì vậy, canxi ôxít hoặc vôi
sống được bổ sung vào để khắc phục nhược điểm đó. Ôxít trong magiê và hoặc nhôm
cũng có thể được bổ sung, giúp thủy tinh bền hơn. Thông thường, các chất phụ gia này
chiếm tối đa khoảng 26% đến 30% hợp chất thủy tinh.
Tiếp theo, các chất hóa học khác được bổ sung để cải thiện tính năng của thủy tinh tùy
theo mục đích sử dụng. Đối với thủy tinh dùng để trang trí, hợp chất bổ sung thêm là chì
ôxít, tạo sự lấp lánh cho thủy tinh pha lê, đồng thời tạo độ mềm dẻo giúp dễ dàng cắt gọt
và hạ thấp mức nhiệt nóng chảy. Đối với thủy tinh dùng làm mắt kính, người sử dụng
thường bổ sung thêm lantan ôxít, vì nó có tính khúc xạ và sắt có trong hợp chất này giúp
hấp thụ nhiệt.
Chất hóa học tạo màu được bổ sung theo ý muốn. Như nói ở trên, mùn sắt trong cát thạch
anh làm cho thủy tinh có màu xanh lục. Vì thế, ôxít sắt hoặc ôxít đồng được bổ sung để
tăng độ xanh của thủy tinh. Hợp chất lưu huỳnh tác dụng tạo màu vàng, màu hổ phách,
nâu nhạt hoặc thậm chí màu đen, phụ thuộc vào định lượng cácbon hoặc sắt bổ sung.
Tiếp theo, hỗn hợp được đổ vào nồi nấu kim loại hoặc thùng chứa chịu nhiệt.

Hỗn hợp được nung nóng chảy để tạo thành chất lỏng. Để chế tạo thủy tinh thạch anh,
hỗn hợp được nung trong lò luyện bằng gas. Đối với các loại thủy tinh đặc biệt khác,
người làm cần sử dụng nồi nung hay lò nung điện. Nhiệt độ nung đối với cát thạch anh
không có phụ gia là 2.300
0
C, đối với cát có thêm natri cácbon (soda) là 1.500
0
C.
Hỗn hợp được làm đồng nhất và loại bỏ bong bóng (bọt tăm) trong hỗn hợp thủy tinh
lỏng. Người ta khuấy đều hỗn hợp để độ đặc đồng đều, và cho thêm các chất hóa học như
là natri sunfat, natri clorít hay antimon ôxít.
Thủy tinh nóng chảy được tạo hình bằng nhiều cách:
17
- Thứ nhất, rót thủy tinh nóng chảy vào khuôn và để nguội. Đây là phương pháp của
người Ai Cập, và là cách chế tạo thấu kính ngày nay.
- Thứ hai, thủy tinh nóng chảy được dồn vào một đầu của ống rỗng, sau đó vừa
xoay ống vừa thổi hơi vào ống. Thủy tinh được tạo hình bởi không khí thổi vào
trong ống, trọng lực kéo thủy tinh nóng chảy ở đầu ống xuống vào giúp tạo hình.
- Thứ ba, thủy tinh nóng chảy rót vào bình chứa thiếc tan chảy để tạo thành giá đỡ
và thổi thủy tinh bằng khí nitơ nén để tạo hình và đánh bóng. Thủy tinh chế tạo
theo phương pháp này gọi là thủy tinh đánh bóng. Đây là cách chế tạo các tấm
kính từ những năm 1950.
Trước khi hoàn tất, thủy tinh được làm nguội.
Thủy tinh được đun nóng để tăng cường độ bền. Quá trình này gọi là tôi luyện, giúp loại
bỏ các điểm tụ có thể sinh ra trong quá trình làm nguội thủy tinh. Một khi quá trình này
hoàn thiện, thì thủy tinh được phủ lớp mạ ngoài, cán mỏng hoặc xử lý bằng các phương
pháp khác để tăng cường độ bền và dẻo dai.
Hình 3.1 – Quy trình sản xuất thủy tinh
Hình 3.2 – Quy trình sản xuất từ thủy tinh dẻo đến sản phẩm dân dụng
Tóm tắt quy trình sản xuất thủy tinh: Nhìn chung, hầu hết các quy trình sản xuất thủy tinh

có thể tóm tắt thành 05 giai đoạn cơ bản theo sơ đồ sau:
18
Xử lý vật liệu
N
Tạo hình
Sản
Đóng gói
Hình 3.3 – Tóm tắt qui trình sản xuất thủy tinh
(Nguồn: Viện Môi trường và Tài nguyên – ĐH Quốc Gia – Khóa 2011, tiểu luận BAT
ngành CN sản xuất thủy tinh)
3.2 CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP THỦY TINH
Các vấn đề môi trường thường phát sinh trong ngành công nghiệp sản xuất thủy tinh
được tóm tắt trong bảng sau:
Bảng 3.1 – Các vấn đề môi trường phát sinh trong ngành CN thủy tinh
KHÂU SẢN XUẤT PHÁT SINH CHẤT THẢI
Chuẩn bị nguyên vật liệu
cho quá trình sản xuất thủy
tinh
- Hóa chất rơi vãi trong quá trình phối trộn nguyên vật
liệu;
- Bao bì chứa các nguyên vật liệu (hóa chất sử dụng trong
sản xuất thủy tinh).
Tạo silicat - Ô nhiễm nhiệt (phản ứng có khi lên đến 2000
o
C);
- Khí CO
2
sinh ra từ khâu tạo silicat;
- Hóa chất còn lại trong vật chứa chuyên dùng sau khi nap
liệu trong quá trình sản xuất.

19
Tạo thủy tinh - Ô nhiễm nhiệt (<1600
0
C);
- Hóa chất còn lại trong vật chứa chuyên dùng sau khi nap
liệu trong quá trình sản xuất;
- Các chất khí độc hại.
Khử bọt - Hóa chất (chất khử bọt);
- Chất khí độc hại.
Đồng nhất
Làm lạnh
Tạo hình sản phẩm + ủ, tôi
thủy tinh + gia công bể mặt
- Thủy tinh thừa;
- Các bao bì chứa hóa chất được sử dụng để tạo màu cho
sản phẩm thủy tinh.
PHẦN IV
KỸ THUẬT ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT THỦY TINH
4.3. CÁC LÒ NUNG NÓNG CHẢY THƯỜNG SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT
THỦY TINH
Phần này tóm tắt các kỹ thuật nấu chảy quan trọng nhất được sử dụng trong ngành công
nghiệp thủy tinh. Sự lựa chọn của kỹ thuật tan chảy sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng
đặc biệt là trên các công suất cần thiết, các loại thủy tinh, giá nhiên liệu, cơ sở hạ tầng
hiện có và hoạt động môi trường.
Lò tái sinh sử dụng hệ thống thu hồi nhiệt tái sinh thường được sử dụng trong sản xuất
thủy tinh. Vòi đốt nung nhiên liệu hóa thạch thường được đặt bên trong hoặc dưới các
ống dẫn khí đốt/khí thải. Nhiệt lượng trong khí thải thường sử dụng để gia nhiệt không
khí trước khi đốt, bằng cách chuyển khí thải qua một buồng chứa các vật liệu chịu nhiệt,
có thể hấp thụ nhiệt. Lò chỉ cháy trên một mặt tại một thời điểm. Sau khoảng hai mươi
phút, sự đốt cháy này được đảo ngược và khí đốt được chuyển qua các buồng trước đó đã

được đun nóng bằng khí thải. Một lò tái sinh có hai buồng tái sinh, trong khi một buồng
đang được làm nóng bằng nhiệt thải từ quá trình đốt cháy, thì buồng còn lại làm nóng sơ
bộ không khí vào. Nhiệt độ đã được đun nóng lên đến 1400°C có hiệu quả rất cao. Trong
các lò tái sinh nung chéo, ống thông nhiệt và thiết bị thu hồi được bố trí dọc theo thành
lò, và các buồng tái sinh được đặt ở hai bên lò. Lò tái sinh cuối cùng cũng có nguyên tắc
20
hoạt động tương tự, tuy nhiên hai buồng tái sinh nằm ở mỗi đầu của lò. Sự sắp xếp này
cho phép một hệ thống tái sinh hiệu quả chi phí hơn phần nào so với loại lò tái sinh nung
chéo nhưng có tính linh hoạt ít hơn để điều chỉnh nhiệt độ lò do đó ít được ưa chuộng.
Hình 4.1 – Lò tái sinh
Hình 4.2 – Mặt cắt của lò tái sinh
Lò thu hồi nhiệt truyền thống sử dụng bộ trao đổi nhiệt (gọi là thiết bị thu hồi) để thu
hồi lượng nhiệt của khí thải, thường được sử dụng trong các lò nung nhỏ. Nhiệt độ làm
nóng không khí được giới hạn khoảng 800
o
C trong thiết bị thu hồi bằng kim loại, và nhiệt
thu hồi như vậy là thấp hơn so với lò tái sinh. Khả năng nóng chảy cụ thể (mỗi đơn vị
diện tích của thiết bị nóng chảy) của lò thu hồi nhiệt là khoảng 30% thấp hơn so với lò tái
sinh. Các lò đốt được đặt dọc theo mỗi bên của lò, ngang với dòng chảy của thủy tinh, và
cháy liên tục từ cả hai phía. Loại lò này được sử dụng chủ yếu ở nơi quá trình vận hành
21
có tính linh động cao với yêu cầu kinh phí bỏ ra ban đầu thấp, đặc biệt là những nơi quy
mô hoạt động là quá nhỏ đến nổi không thể sử dụng hiệu quả lò tái sinh.
Hình 4.3 và 4.4 – Lò thu hồi nhiệt truyền thống
Lò nóng chảy bằng oxy liên quan đến việc thay đổi khí đốt bằng oxy (> 90% độ tinh
khiết). Việc loại bỏ phần lớn các nitơ từ việc đốt cháy khí quyển làm giảm khối lượng khí
thải khoảng hai phần ba. Vì vậy, lò đốt này có thể tiết kiệm năng lượng vì không cần thiết
để làm nóng nitơ trong khí quyển đến nhiệt độ của ngọn lửa. Sự hình thành NO
x
cũng

giảm đáng kể. Nhìn chung, lò đốt bằng oxy cũng được thiết kế giống như thiết bị nóng
chảy, với nhiều vòi đốt ở hai bên và có duy nhất một ống thoát khí. Tuy nhiên, lò nung
22
được thiết kế cho quá trình đốt cháy oxy không sử dụng hệ thống thu hồi nhiệt để làm
nóng oxy trước khi cung cấp cho thiết bị.
Lò điện bao gồm một hộp lót chịu lửa được hỗ trợ bởi một khung thép, với các điện cực
được lắp ở 2 bên, ở trên hoặc thường là ở dưới lò. Năng lượng cho quá trình nóng chảy
được cung cấp bởi nhiệt điện trở thông qua thủy tinh nóng chảy. Tuy nhiên cần phải sử
dụng nhiên liệu hóa thạch mỗi khi lò khởi động. Hầu hết các lò điện được trang bị hệ
thống túi lọc và thu gom nguyên liệu để tái sử dụng trong lò nung. Kỹ thuật này thường
được áp dụng trong các lò nhỏ, nhất là trong sản xuất thủy tinh đặc biệt. Có một giới hạn
kích thước với khả năng kinh tế của lò điện, phụ thuộc vào chi phí điện năng so với các
nhiên liệu hóa thạch. Việc thay thế nhiên liệu hóa thạch trong lò loại bỏ sự hình thành của
các sản phẩm cháy.
Lò điện kết hợp với nung nhiên liệu hóa thạch có hai phương pháp chính để sử dụng
loại lò này, một là sử dụng chủ yếu là nung nhiên liệu hóa thạch và tăng cường thêm năng
lượng điện, hoặc là nhiệt điện là chủ yếu với sự hỗ trợ của nhiên liệu hóa thạch. Tỷ lệ của
từng loại đầu vào có thể thay đổi theo từng kỹ thuật. Tăng cường năng lượng điện là một
phương pháp bổ sung thêm nhiệt cục bộ cho các lò nung chảy thuỷ tinh bằng cách
chuyển một dòng điện qua các điện cực đặt ở hông (điện cực ngang) hoặc thông qua phía
dưới (các điện cực theo chiều dọc) của bể. Chủ yếu là, các điện cực hình thanh được sử
dụng, nhưng các tấm điện cực cũng được áp dụng trong ngành công nghiệp thủy tinh. Kỹ
thuật này thường được sử dụng trong lò nung nhiên liệu hóa thạch trong ngành công
nghiệp thủy tinh.
Lò nung gián đoạn theo mẻ được sử dụng trong trường hợp số lượng thủy tinh yêu cầu
nhỏ hoặc thay đổi loại thủy tinh sản xuất nhiều, khi đó lò nồi hoặc thùng ngày được dung
để nung nguyên liệu theo từng mẻ cụ thể. Một lò nồi thường làm bằng gạch chịu lửa cho
các bức tường bên trong, gạch silicat cho đỉnh vòm và gạch cách nhiệt cho tường ngoài.
Về cơ bản, một lò nồi bao gồm phần thấp hơn để làm nóng khí đốt (hoặc một hệ thống tái
sinh hoặc một hệ thống thu hồi nhiệt), và phần trên mà giữ nồi và được dùng như là

buồng nung tan chảy. Có hai loại lò nồi: mở và kín. Lò mở không có nắp lò và mở cửa
cho không khí của lò. Lò kín được bao bọc và cửa duy nhất là thông qua các lỗ thu thập.
Thiết kế lò nóng chảy đặc biệt được sản xuất để nâng cao hiệu quả và thực hiện các vấn
đề môi trường, hạn chế phát thải NO
x
. Các loại lò nung chảy tích hợp các tính năng khác
nhau nhằm mục đích cho phép nhiệt độ ngọn lửa thấp hơn. Nổi tiếng nhất của loại lò
nóng chảy này là LoNOx và Flex Melter.
4.4. QUI TRÌNH KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG TỪNG LĨNH VỰC SẢN XUẤT
THỦY TINH
23
Vật chứa bằng thủy tinh là một lĩnh vực đa dạng và gần như tất cả các kỹ thuật nấu
chảy mô tả ở trên đều được tìm thấy trong lĩnh vực này. Kỹ thuật nung nóng chảy điển
hình nhất và sử dụng rộng rãi cho ngành công nghiệp sản xuất vật chứa bằng thủy tinh là
lò tái sinh đốt cuối, do khả năng nung tan chảy cao và tính linh hoạt cần thiết phù hợp với
nhu cầu thị trường và hiệu quả năng lượng tốt.
Quá trình tạo hình được thực hiện theo hai giai đoạn, đầu tiên tạo hình các khoảng trống,
hoặc là bằng cách nhấn với pittông, hoặc bằng cách thổi bằng khí nén, và cuối cùng đúc
bằng cách thổi để có được thành hình dạng rỗng. Hai quá trình này gọi là "nhấn và thổi"
hoặc "thổi và thổi". Có năm giai đoạn cơ bản trong sản xuất chai tự động được thể hiện ở
hình dưới:
Hình 4.5 – Quy trình định dạng thủy tinh trong khuôn thổi
Thủy tinh phẳng được sản xuất gần như độc quyền với lò tái sinh. Nguyên tắc cơ bản
của quá trình nổi là để đổ thủy tinh nóng chảy vào một bể thiếc nóng chảy, và để tạo
thành tấm thuỷ tinh dài với các bề mặt trên và dưới song song dưới ảnh hưởng của trọng
lực và sức căng bề mặt. Các tấm thuỷ tinh được tôi luyện trong các lò nhiệt luyện, dần
dần làm mát thủy tinh để giảm áp lực dư. Lớp phủ ngoài có thể áp dụng để cải thiện hiệu
suất của sản phẩm (ví dụ: sự phát xạ của kính ở mức thấp).
24
Hình 4.6 và 4.7 – Quá trình thổi và cán thủy tinh

Thủy tinh dạng sợi có kết cấu liên tục được sản xuất bằng cách sử dụng lò thu hồi nhiệt
hay lò đốt bằng oxy. Thuỷ tinh chảy từ lò vào buồng đốt trước đến tấm lót. Thủy tinh
được đưa ra ngoài bằng cách úp các tấm lót để tạo thành các sợi liên tục. Các sợi đi qua
một con lăn hoặc vành đai, phủ một lớp phủ dung dịch nước cho từng sợi. Các sợi đã
được phủ dung dịch được tập hợp lại với nhau thành bó để chế biến tiếp.
Thủy tinh gia dụng là một lĩnh vực đa dạng liên quan đến một loạt các sản phẩm và quy
trình. Từ các vật dụng pha lê phức tạp làm bằng tay đến các vật dụng lớn hơn, các
phương pháp cơ giới dùng cho việc sản xuất hàng loạt bộ đồ ăn. Hầu như tất cả các kỹ
thuật nóng chảy mô tả ở trên được sử dụng trong lĩnh vực này. Các quá trình hình thành
25