石英砂对超白玻璃熔制性能有何影响

　　超白玻璃因透过率可达91.5%以上而广泛应用于太阳能光伏电池、电子信息显示、高档玻璃家具及高档汽车玻璃等行业中。超白玻璃中的铁含-6量控制在150×10-6以下，因此对玻璃中配合料的成分铁含量要求很高，石英砂含量占玻璃配合料的60%以上，对总的铁含量起决定性的作用，同时石英砂是玻璃配合料中最难熔的，决定着玻璃的形成速度，所以石英砂的选择至关重要。

　　目前普通浮法玻璃生产的硅质原料铁含量普遍在500×10-6以上，玻璃的熔制工艺与之相匹配，随着超白玻璃铁含量的降低，玻璃液的导热系数是普通玻璃的3～4倍，造成玻璃液的上下温差小，对流较少，造成玻璃的熔制困难，在生产中会出现未熔石英的情况。选用生产上采购的3种低铁石英砂进行熔制实验，分析3种石英砂对超白玻璃的熔制的影响。

　　实验室进行熔制的超白玻璃配方设计如表1所示。氧化物原料的引入为：SiO2由石英砂引入，CaO和MgO由白云石和方解石引入，Al2O3由氢氧化铝引入，R2O由纯碱引入，澄清剂选用芒硝。

　　按照超白玻璃配方进行精确计算、称量各种原料，将配合料混合均匀，加入铂金坩埚中放置在高温炉中进行熔制，熔制工艺曲线所示。混合均匀的配合料在1350℃加料，保温30min，随后升温至1470℃保温3h，降温至1400℃浇注成块状样品，在575℃进行退火处理。

　　将生产线使用的种石英砂按A、B、C进行标识，3种石英砂的铁含量均在80×10-6，将3种石英砂进行粒度筛分，粒度分布如表2所示。建材行业标准JC/T529-2000平板玻璃用硅质原料优等品标准：+710μm≤0.5%；+500μm≤5.0%；-106μm≤5.0%，可以看出：3种石英砂在+710μm颗粒控制上满足要求，A、C两种石英砂在+500μm粒度控制上满足要求，B种石英砂超过5%的控制线种石英砂均超过优等品的控制线熔化性能

　　按照熔制工艺3种石英砂的熔制情况见表3。A种石英砂熔制后有少量的未熔物；B种石英砂熔制情况较好，未发现未熔物的出现；C种石英砂熔制情况最差，在熔制后的样品上发现有较多的未熔物。

　　A、C熔制后的样品未熔物显微照片如图2所示。图2（a）为A石英砂熔制后的未熔物，图2（b）为C种石英砂熔制后的未熔物，经过分析后，未熔物均为未熔石英。

　　综合上述现象，在该工艺条件下，A、C两种石英砂熔制样品均有未熔石英出现，且未熔石英的量C种较多，而B种石英砂熔制后没有未融石英。由文献[1]可知，石英颗粒的熔解消失所需时间可由公式估算，玻璃的形成过程非常复杂，形成速度与玻璃组成、石英颗粒大小、熔化温度、配合料制备及投料方式有关。在除石英砂外其他条件相同的条件下，不同石英砂出现熔制情况的差别，因此，对石英砂主要性能形貌和粒度进行分析。

　　在对不同石英砂形貌的研究中，为了便于观察，选择+500μm粒度的大颗粒进行显微图片的分析，如图3所示，可以看出3种的石英砂形貌不相同。图3（a）为A种石英砂，尖角较多，表面有裂痕；图3（b）为B种的石英砂形貌，可以看出相对A种石英砂有棱角，但是较少，表面有裂纹；图3（c）为C种石英砂，棱角不明显且表面光滑。

　　在3种石英砂的研究过程中，选择3种石英砂+500μm粒度进行与纯碱的热重分析，3种石英砂大颗粒TG-DTG曲线可以看出，三种石英砂在750℃开始有明显的失重，在800℃失重最大值，随后开始下降，持续到1000℃左右。图4（a）所示的A种石英砂热重分析和图4（b）所示的B种石英砂在950℃附近有一个较明显的失重速率峰，而图4（c）所示的C种石英砂却没有，这可能是由于850℃后纯碱的熔融，有裂纹的表面与纯碱熔液的接触面积大，反应速度快有关。由DTG曲线种石英砂反应的失重比例，为A种最大，B种次之，C种为最小，可认为形貌棱角多，表面裂纹多的石英砂粒更易于反[2]应，这与姜宏研究认为的石英砂的形貌以棱角形最佳，棱角形的表面积大，与助溶剂的接触机会多，在混合、运输过程中不易分层相符合。

　　对XRD进行分析，结果如表4所示。由表4可以看出，300μm粒度以下的产物以-石英为主，且在XRD曲线上基底较高，应该有玻璃相的形成；300μm粒度以上的产物中有Na2SiO3存在，与纯碱的反应应为持续进行中。

　　根据XRD的分析结果，选择+500μm粒度（图6（a））、212～300μm粒度（图6（b））和-106粒度（图6（c））进行与纯碱的热重反应。由图6可以看出，+500粒度段反应在750℃开始有明显的失重，在800℃失重最大值，随后开始下降，持续到1000℃左右；212～300μm粒度段和-106μm粒度段反应在650℃开始了失重，在接近800℃的时候达到最大，同时在850℃停止失重。可以看出在212～300μm和-106μm两种颗粒段与纯碱反应温度和趋势相同，结合XRD测试结果，300μm粒度段以下的反应产物和反应速度基本是相同的。

　　林建等研究认为：过多的细粉会加剧细粉结团，而未参加结团的细粉则会提早反应，造成粗颗粒（包括团聚颗粒）在高温时的难熔。在对不同粒度石英砂纯碱的热重及XRD分析，发现300μm以下粒度段和-106μm粒度段有相似的反应速度及趋势，针对这样的情况，在对石英砂的熔制情况进行分析时，应把300μm以下的粒度计算出来作为一种指标去分析。针对进行实验的3种石英砂的300μm以下粒度占比分析时，A种为72.96%，B种为63.31%，C种为84.25%。可以分析得出，B种石英砂虽然+500μm的颗粒较A、C两种的多，但在300μm以下的粒度较少，在熔制过程中情况较好，而A、C两种石英砂由于300μm以下粒度较多，在大颗粒少的情况下依然出现了未熔物的情况，且C种石英砂未熔物更多的现象。

　　在实验熔制工艺条件下，B种石英砂更易于超白玻璃的熔制。通过对形貌的实验分析，形貌有棱角且表面有裂纹的更易于熔制过程中的反应进行。经过对石英砂粒度的热重和XRD分析，300μm以下粒度段和-106μm粒度段的反应具有相似的规律，因此在熔制过程中应考虑在300μm以下的粒度控制。

　　2、石英砂加工提纯技术创新；3、高纯石英砂原料选择与加工技术新进展；4、石英坩埚市场需求及对石英砂的需求分析；

　　6、光伏玻璃用超白砂技术要求与市场分析；7、半导体用石英材料技术要求与市场分析；8、工业硅行业现状及高品质工业硅清洁生产关键技术；

　　10、石英砂加工及检测设备应用新进展；11、石英砂酸洗技术、药剂与装备；