examination of defects in container glass due to … mihailova_351-358.pdfi. mihailova, p....

8
Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 44, 4, 2009, 351-358 EXAMINATION OF DEFECTS IN CONTAINER GLASS DUE TO CRYSTAL INCLUSIONS I. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva University of Chemical Technology and Metallurgy 8 Kl. Ohridski, 1756 Sofia, Bulgaria E-mail: [email protected] ABSTRACT The present study aims to determine the nature and origin of foreign crystal inclusions in container glass produced within the period July November 2008. A crystal-optical method, X-ray diffraction analysis (XRD) and electron probe microanalysis (EPMA) were applied. Several types of inclusions (defects) were found and studied and characterized by their specific chemical and mineral composition, and crystal structure: inclusions with tridymite-cristobalite content and structural relationships between the phases, which result from interaction between melt glass and dinas refractory; chamotte inclusions with main phases mullite and quartz; inclusions of high alumina refractory bricks; inclusion of unmolten chromite from the glass batch; inclusions with main phases corundum and silicon metal, formed as the result of a reaction between the glass mass and metal aluminum particles accidentally present in the cullet, etc. The complex investigation of the inclusions showed that they have different origins. There are reasons to argue that the origin of the most foreign crystal inclusions is definitely related to pieces of the refractory brick lining (walls and arch) of the melting furnace and contami- nations from the cullet. Keywords: defects, container glass, inclusions, crystal phases. Received 05 September 2009 Accepted 10 November 2009 INTRODUCTION Identification of defects in glass is of great practi- cal interest and a matter of importance in the economics of glass production [1]. For each type of glass the foreign inclusions are rough defects, which affect negatively not only the outer appearance of the products, but lead to cracks in the glass because of the created tensions around them. Obviously, the presence of inclusions in glass prod- ucts should be investigated in detail in order to deter- mine their origin. Only then it will be possible to iden- tify and take adequate measures for elimination of the causes leading to formation of defects. Various laboratory techniques used to identify solid inclusions, such as stones cords, and knots in glass are described. Examples of typical defects from raw ma- terial, refractory, devitrification and miscellaneous sources are presented [2-4]. Glass recycling is necessary to protect natural and energy resources. To use cullet in high quantities (more than 70 % for container glass), the cullet has to follow some strong demands [5]. Nevertheless, from time to time, some metallic inclusions in the final products appear [3, 4], which leads to disposal of the tainted ar- ticles. The found chemical compositions of the metallic shining inclusions show a large variety and their ap- pearance can not be related to their composition [6]. In the glass recycling sector, the presence of glass ceramic fragments mixed with glass resulting from waste collection, can negatively affect the production process and the overall quality of the final recycled product. Glass ceramics are characterized by a melting point higher than that of glass and cannot melt during the furnace cycle [7|. As a consequence, the final products can break during the manufacturing or handling pro- cess or can show some defects. Such problems dramati-

Upload: others

Post on 27-Feb-2020

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: EXAMINATION OF DEFECTS IN CONTAINER GLASS DUE TO … Mihailova_351-358.pdfI. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva 351 Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy,

I. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva

351

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 44, 4, 2009, 351-358

EXAMINATION OF DEFECTS IN CONTAINER GLASS DUETO CRYSTAL INCLUSIONS

I. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva

University of Chemical Technology and Metallurgy

8 Kl. Ohridski, 1756 Sofia, Bulgaria

E-mail: [email protected]

ABSTRACT

��������������� ������������������� ��� ������������������������� ������������������ ������� ����������

������������������������������������������� � ���� �������!�" � ������� ����� � ������#"$%&� ����������������

����� � ������#'()�&������ ��������*���� ��������������������#������&����������� ��������� ����� � ����+�����

�������������������� �� �������� ������������!� ������� �������,���������������������� ������ ���������� ��

���� ����� ��������������������� ���!��������������������� ������������������ ��� ������ ������ ����-��� ���

��������������� ����� ���������� ���. �+-� ������������������ ���� � ���� ���������/�-� ������������������

������������������ ���� ��-���������������� ����� ����������� ������������� �!�������� ������������� ��� ����

������������ ���� ��� ����� �� ������� ������� ������ ���������������������!���������������0�������� ������

��������������������� ������ ��������������������������� ����� ������� ����� ��������������������������������� �

�������������������������� ���������������������� ���������/��������#� ���� ��� ���&����������������� ��� ������ ��

� ������������������

1�������,�������!���� ������� ��!����������!����� ���� ����

Received 05 September 2009

Accepted 10 November 2009

INTRODUCTION

�������������������������� ��������� ����������

�����������������������������������������������

�� �������������������������������� ������������ �

��������������� ������������������������� ���������

���������������������������������������������

������������� ������������������������������������

������ ������������������������������������� ��������

��������������������� �����������������������������

������������� ���� �����������������������������������

��������������!������������������������������

����������� ��������������������

"����� ������� ������!��������� �� ��������

���������������������������������������������� ���

��������������#$��������������������������������

������� ���������� �������������� ��������������

���������������������%�&��

'���� �������� � ������������ ��������������

������� ������������(����������������� ��!��������

)��������*+�,������������ ���-�����������������

������������� ���������.���/���������������������

�������������������������������������������������

������0��&��������������������������������������

��������(���������������������������������������

������ � ���������� ����� �� ������������ ��������

�����������������������������������������1��

������� ������������ ����������������������� ���

��������� ��������$�������� ������������ ���������

��������������� ��������������������������������

�������������!�������� �������������������������

'���� �������� ��� ��������2��� ��� ������� �����

�� �������������� ���������������������� ����

��������������*3���4�������!�����������������������

������������� ��������������� ��������� ����

���������������������������5������������������

Page 2: EXAMINATION OF DEFECTS IN CONTAINER GLASS DUE TO … Mihailova_351-358.pdfI. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva 351 Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy,

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 44, 4, 2009

352

��������������������������������������������������

���������������� ��!����������� ���������������

�������� ���� ��������2�������� �� �����������

�����������������������������������������������

������������ ������������������������ �������

�6���4������ ���������������� ��������������

��������� ���� �!����������� ������� ���� ��

����������� ���� ������������������� �������� ���

����� ���������������������������������������

��������������������2�������������� ��������(��������

������������ ��2�� � ������� ������������� �����

���������������������!�����������������������������

������������������������������� �����7�����

(����������������������������������������

��������������� ����� ���� ��������� ���������� ��

�������� �����(��� ����������� ����������� ����� ��

������ ���������������������� ����8�����9���

���� �������������������������������������������

������������������������������������� ��������$�����

������������������������������������������������

������� ��������������������������$������������������

����������������� �������������������������2���

�� �����(��� ������������������� ����������� ���

���������������������������������������������

��������������������������������������������������

������� ��������(���������������������������������

���������������������������������������������

���������������������������:������������������

�������������������

EXPERIMENTAL

;�������������������������������!�������������

������������������ ����������� ��������������

<����������������������������(�����������������������

�������������������������������������4���������

�����������������������������������������������

���������������������������� ��������������������

����������������

(����$�������������������������������������

������$���������������������������������������

�� ������ � �����������������������������������

��������������������������������������=���=%��=0�

=&����=.��4�����������������������������������

��������������5�����=��������� ��������������� ����

���������� ��������������2����%+$�+$.�����>���

���������������� ������ � ���������������������

����������� �����������������������

(��� ��������� ���������� ����������������

������������� ���������������5�����=%���������������

��������������������������2�����+$1�������������

����� ��������(�������� ����������������� �� ��

������������������ ���������������������������

���������������������������(������������������������

�������� ������/� �������� 2���� ����� ��������

5�����=0���������������������� ����� ��������

������� ������ � ���������������������������������

����������!�������������(���=&����������������

�����������������������������$����������������

������(������$���������������� ��������������������

�������������������2����� �� ����������+����0+

��������������������� ����������������������������

����2�������������������������������������������

�������������������������������� ��������(�������

���������������������������� ������� ����������

�����4���������������������������$����������������

�������������������������������� ����������������

��������������� ��� ��������������������� ������

������������������������� ����5�����=.�������!���

����������������������� ����� ��������������2���

��.�$�%����

?���������������������������������� ������

�������������� ����������������������������������

���� ��������������(��������������������������

���������������������������������)������������-

�����������������������������������������������

�2�������� ��� ������� �������2����� ������������

(������������������������ ����������������������

��������������������������� ��������������������

�������������������� ������� ����������������

���������������������������������������������������

���������5������������������������������������������

���������������������������$���������������������

�����������������������������������������������

���������������������������������������������������������

������������������������������� ������������

��������������������@�����������������������������

������������������������������������������� ������

�������������������������������������� ����������

��������������� �������������(�������2�� ����������

A4B "4A������;���C������D�������������������

��������������$�������

Page 3: EXAMINATION OF DEFECTS IN CONTAINER GLASS DUE TO … Mihailova_351-358.pdfI. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva 351 Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy,

I. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva

353

:�������������������������������� �����:�

����������������(EF�?1%�������������;�GH���

���������%I�������������������� �����+���6+J��(��

��������������������������:������������������

������������������� ������$�����������������

��������������������@;=@�>�/����%�%���D;@=5�K

���������������;���������=���������=��

B������������������������������������������

�����������������������������������������������

���������� ��� �������� ����������� ���������� ��

������������������������������$���������� ���������

����������� )#@?4�K�#����������������������-

���� �������� ������������������D# A�K�D5?�10*+�

�!������������������ �������������������������#=5�

RESULTS AND DISCUSSION

��������������������������K�������������

���������������=�������������������������������

�������L� ����� ���������������� �� ����������� ��

��� ���������������������������������������������

����������� �� ������������������������)�� ���-�

;����������������������������������������������

(�������2������������0�M����%6�M���B�����������

��������������������������������� ���������������

���������������� ���N�������������)���� ��-�������

������������������ ����������������������������

)�����-��������� �����2����������������������������

(�����!���������������������������������� �������

��������(�������������������������������������������

��������������� ����������������� �������������

������������(������ ��������������������������������

������&&�M�����0.+�M���(�����������������������

������������������������������������������������

������������ ������������������������������������

5� %�����������������2��������������)�����������

����������-� �� �����������������������N�����������

�����������������������������������������������

������������������� ����������$����������������

�����������������������!����������������������

���������������������������������������������

���������������������������������(�������������:�

��������������������������������������������

������������������)@=��07��&%.-��������������)@=�

&%��&+�-�����������=��K��� ��%�

;��������������������������������������������

������������������������������!���2� ��������

���� ���������������������������������������������

������� �������������������2�����������������������

����������������������������������������������������

�������������������5������������������������������

������������� ����� �����������< �������������������

����������������������������������������������������

2������������ ���������5���������������������

������������������������������ ����������������>�

�����������������������������������2��������������

���������������������������������������� ��������

��������������������������%���(������������!���2

Fig. 1. Spear-shaped aggregations of tridymite in fine-grained cristobalite mass. Crossed polarizers view.

Fig. 2. XRD data of sample D1.

20 30 40 50 60 70 80

� �� ��

��

� �

��

Inte

nsity

, a.u

.

2 Theta angle, o

� - Cristobalite�� - Tridymite

Page 4: EXAMINATION OF DEFECTS IN CONTAINER GLASS DUE TO … Mihailova_351-358.pdfI. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva 351 Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy,

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 44, 4, 2009

354

���������������������������������2�������� ��������

������������������ ���������������� ���������

;������������������������������������

�������������� ��� ����� �������� ������ ���� ���

������������������=%������������2�������������

����������������������������������������!���2����

���������(����������������� �������������������������

������� ������������O���2� �������������� ��

��� ������������������������������������� �� ���

��������������������������������������(�����������

������������� ������������� ������ ���������� ��

������=%����� ��0�

4������ � �� ������� ��%�� �0�������� ������

������������������ ������������������������������

����������������������������������������������

������������������������������������������������

(����������������������������������������������

������������������������������������������� ��

!���2� ������������� ����������������������������

���������������� ��� ������� ������������������

����������������2�������������������������� ����

������������� ������������ �����������������������

������������������������������2����������������

������������ ������������������������������������

���� �� ���������������������

(���:�������������������������������� ��

��������������������������������������������

�������������������������������L���������)@=���.�

+**1-P�!���2�)@=��&1��+&.-P�����������)&%��&+�-���

��������)@=��&1��%�%-�

=��������������!�������������������������

���������� ��������������������������������������

�����������#@?4��������������(�����������������

������������������������������������ ���� ���������

������������������������������������������(������

(��� ��� ������������� ��� ����5� %�K�4�

% 0

������������������������������������������������

�������������)����-����������)�������-��(��������

������������������������������������������������

4�% 0������������������������ �� ����$����������

�+���76�,��(������������������������������������

������������������ ������������� �������������

��4�% 0�����������������������L�������������� ��

�������(����������������������������������

Fig. 3. Needle shaped mullite crystals in sample D2. Passingplane-polarized light view.

Fig. 4. Sample D3 a) natural size; b) observed under amagnifying glass.

��

��

������

������ ������

����� �������������

������ ��������������

���� ��������������

(�������#@?4����������������������

����������������������������� ����

Page 5: EXAMINATION OF DEFECTS IN CONTAINER GLASS DUE TO … Mihailova_351-358.pdfI. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva 351 Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy,

I. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva

355

����������������� �����������K������� �����������

���������/% ��Q

% ��; ��? ��(�����!��������� �

����������������������!������������������������������

����5� %�4�

% 0��B�����������������������������

������ ��������������������������������������� ��

�����������������

=��������������!�������������������=0�)�� ��&-

����������������$���������!������������������

������������������� ������������������ ��������

��;����������������$������2�������������������

����������������������;�% &�

;����������������������� � ������� ����� ����

������������������������ ��������������������������

�������� ������ ����������������������������������

����������������� ���2����������������������

����������������������������������������������� �������

��� ��������� �������������������� ��� ���� �����

���������������������������������������������������

��������������� ����������&���B���������������

�����������������������������������������$�������

���������������K������ ����������������������

�������������������������������������������

�� ��.�������� ����2�� ���������������=&������

������������ ���������(���:���������������������

���������� �����������������L�������������)@=��%*�

�&+%-������������)@=��&1��%�%-��=�����������

������������������ ��1��(�����������������������������

���������������� ����������������������������

�����������������������������������������������$�

�������<���������������2���������������������

�������������������(����%������������������ ���L

�����������������) ��������������$���������-�

���������������������������������������������� ��*

Fig. 5. Inclusion of type D4.

20 30 40 50 60 70

��

Inte

nsity

, a.u

.

2 Theta angle, o

� - Silicon� - Corundum

Fig. 6. XRD data of sample D4.

Page 6: EXAMINATION OF DEFECTS IN CONTAINER GLASS DUE TO … Mihailova_351-358.pdfI. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva 351 Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy,

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 44, 4, 2009

356

����� ������������������ �� � ��������� ������=&

������ ���� ���������� �� ����(��� ��� 2��� ��� �������

��������������� ��� ����������� �����������������

��������������������;������� ������������������

������������������������������������=&����������

������������������ ��������������������������$���

������$ ���������>�����������������������������

�$������������������������������������ ��������

�������������������� ����������������������������

�����������������������������������$�����(����

���� ������������������������������� �����������

��������������������������������������� ����

�������������������������������������������!����

��������� �������������� � �����������?��� �� ���

� !��"���#$���#���

#��%�������&����%���

'(��

�$���#���#��%�������&�

$������������&����%���

'(��

�$���#���#��%�������&�

$���#�)����������%���

'(��

*����� ����

� ������

+�

� ������

����

� ������

+�

� ������

����

� ������

+�

� ������

��� ����� ����� ����� ����� � �

,-� �� �� ����� ����� � �

��� ������ ����� ������ ����� � �

�� ������ ����� ������ ��(�� ������� ��

.� �� �� ����� ����� � �

��� ����� ����� ����� ���(� � �

�� (����� ����� (����� ����� � �

+� ������� � ������� � ������� �

(����%����#@?4�����������������������������������=&�

Fig. 7. Microstructure of sample D4. Reflected light.

Page 7: EXAMINATION OF DEFECTS IN CONTAINER GLASS DUE TO … Mihailova_351-358.pdfI. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva 351 Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy,

I. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva

357

������������ ���������������������������������.���1��

�������������������*���6�������������������7���(��

����� ��� ���� �������������� ������� ����������

��������� ��� �$�����K������� �����=��� �� ���� ���

���������$�����������������������)������-����!���2

����������������� ������� ����������(���������

�����������(���� ���R���� �%+���A������ �$�����

�����������:������������������������������ ���

��$��������������������������� ����� �������

����������&.+J;�����������������������������%���

(���#@?4���������� ������������������

�������������=.�����������������������++�,�5� %�

4�������������������������������������������������

������������������������������������������������

���������������������������������������������������

��������������K��������������������������

����������� ���� ���������������

CONCLUSIONS

=��������� ������ �� ���������� ����� � ��������

������������������������������������������������

���������������������$�����L

• �����������������������������������������������������������������������������������������

������������������������P

• ;�����������������������������������������!���2P

• �������������� �����������������������P• ����������������������������������� ���

����P

• ������������������������� ��������������������������������������������������������

���� ����������������������������<�������������

������������������������P

• ;�����������������������������������5�

%�

(������������������$����������������������

��������������������������������(��������������������

���������������������������������������������� ��

�����������K������������������� ���������������

������;�����������������������������������������������

���������� ������������������������������������������

����������4������������������������������������

�����������������!�����������������������������

��������� ��������������������������� �������������

�������������������������������������������������������

���������������� ��(�������$��������������������������

�������������������� ��������������������(������

����������������������5� %�����������������������

���������������������������������������

(����������������� ������������� ��������

�������� �����������������������������������������

��������������������������������� �)�����������-��

���������� �������������������������������������

(����������������������������������������������

������!������� ��� ���� � ������������������ �� ������

���������

REFERENCES

���;��;����?����S�D��?��@������5��������������

�������5��������'����(����� ���5�����������76+�

%��D����>��������D��/��;������5�����������761��11.�16+�

0��'��B���������?����� �@�����������'�������������@���

������R"'T/;/'�;��!���4�������776���*%K67�

&��@��B���������'��B�����������������4���� ���

5�������������#��������������'���� �������'��

4'�B��>��2�����767�

.��F����;���;���������S�F������� ������7*6��.7�17�

1��=��5�������#��(��������5��(����������>��B�������L

@����������������#5'�;����������@� �����777�

*��@���������77*�>��@��������D��/��;������5�����

���� �77*�� �76K%+&�

6��>��R������'��B�����'���K;������(����� ���(��

4�������;������5�������>������������ R��%++%�

0*%�

7��'��B���2���5��5��������>����?� ����������%++1�

1%*K107�

�+��5��5��������'��B���2���F��@����>����?� ��

�����S�F������������%++1��&6K.7�

����4�����������5��5������������'��B���2���>���

?� �����������%++6��..*�.1&�

�%�� 4�� F����� '�� ������<����� F������� 2

�������������������������������� �� ������ �

�������������(��������5�����7*6��)���B�� ���-�

�0��5��B�������B��G�����B��5�������=��5�������

F������� 2� ���<����� �� ������ �� �

�����������(��������5�����7*6��)���B�� ���-�

�&��R�� B���� ��G�'�� B������F�� B�������� ��L�/�/�

F������ )#��-�"�������������2������� ������

5����2����?�����7*1��)���F�����-�

Page 8: EXAMINATION OF DEFECTS IN CONTAINER GLASS DUE TO … Mihailova_351-358.pdfI. Mihailova, P. Djambazki, D. Koleva 351 Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy,

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 44, 4, 2009

358

�.��4��G����������������������'�����������R"'��%++0�

�1��4��G��������R��5���������'����5����(������

� ��%++%���K���

�*��A��5���������"��� ����������������������

����=������'��������'����4��7�&��7*.��F����'�������

B���������F��0����7*.�

�6��;��@��2����F��#��� ����=��5�������'����5����(������

����&��%++.���.7K�1&�

�7��=��5����������C� ����� ��(��#��?�������D��@����

;�������5������16��%++*���+�*��+%+�

%+��R�#��(�����=�G��R�����(�����������������������

��� ������������������������7.0��5�����������F���

'��������B��������%%����7.%�

%���R��@������������"��� ����������������������

����=��������'��������'����4�� 7�&��7*.��F���

'��������B���������F��0����7*.�