石英砂在(zai)超白玻(bo)璃(li)熔制過程中(zhong)起主要的(de)(de)(de)作用，通過對3種不同顆粒度(du)配比石(shi)英(ying)砂(sha)(sha)的(de)(de)(de)熔制結果(guo)分析，進(jin)行了石(shi)英(ying)砂(sha)(sha)的(de)(de)(de)形貌、粒度(du)等研究(jiu)，認為石(shi)英(ying)砂(sha)(sha)形貌棱(leng)角多、表面(mian)有(you)裂紋更(geng)易于玻(bo)璃(li)熔制反(fan)應，對石(shi)英(ying)砂(sha)(sha)中(zhong)細粉粒度(du)的(de)(de)(de)控(kong)制應擴(kuo)大考(kao)慮至-300μm粒度(du)段，以保(bao)證玻(bo)璃(li)熔制的(de)(de)(de)正(zheng)常。

超白玻璃因透過率可達91.5%以上，而廣泛應用于太陽能光伏電池、電子信息顯示、玻璃家具及汽車玻璃等行業中。超白玻璃中的鐵含量控制在150×10^-6以(yi)下，因此對(dui)玻(bo)(bo)璃(li)中配(pei)合(he)料(liao)(liao)的(de)成分鐵含(han)量要(yao)求很高(gao)，石英(ying)(ying)砂含(han)量占玻(bo)(bo)璃(li)配(pei)合(he)料(liao)(liao)的(de)60%以(yi)上，對(dui)總(zong)的(de)鐵含(han)量起決定性的(de)作(zuo)用(yong)，同(tong)時石英(ying)(ying)砂是玻(bo)(bo)璃(li)配(pei)合(he)料(liao)(liao)中較難熔的(de)，決定著玻(bo)(bo)璃(li)的(de)形(xing)成速度(du)，所以(yi)石英(ying)(ying)砂的(de)選(xuan)擇(ze)至關(guan)重要(yao)。

目前普通浮法玻璃生產的硅質原料鐵含量普遍在500×10^-6以上，玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)(de)熔(rong)制(zhi)工藝(yi)與(yu)之相(xiang)匹配，隨著超白玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)鐵含量的(de)(de)降低，玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)液的(de)(de)導熱(re)系數(shu)是普通玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)(de)3-4倍(bei)，造(zao)(zao)成(cheng)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)液的(de)(de)上下溫差小，對流較少，造(zao)(zao)成(cheng)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)(de)熔(rong)制(zhi)困難(nan)，在生(sheng)產(chan)(chan)中會出現未熔(rong)石(shi)英(ying)的(de)(de)情況。選用生(sheng)產(chan)(chan)上采(cai)購的(de)(de)3種(zhong)低鐵石(shi)英(ying)砂進行熔(rong)制(zhi)實(shi)驗，分析3種(zhong)石(shi)英(ying)砂對超白玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)(de)熔(rong)制(zhi)的(de)(de)影響。

1 實驗

1.1 玻璃組分(fen)設(she)計(ji)

實驗室進行熔制的超白玻璃配方設計如表1所示。氧化物原料的引入為：SiO₂由石英砂引入，CaO和MgO由白云石和方解石引入，Al₂O₃由氫氧化鋁引入，R₂O由純堿引入，澄(cheng)清(qing)劑選(xuan)用芒硝。

表1超白玻(bo)璃(li)配方設(she)計

成分	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	R2O	其他
含量%	72.58	8.37	3.5	1.02	13.98	0.55

1.2 玻璃熔制工藝

按照超(chao)白(bai)玻璃(li)配方(fang)進行(xing)計算、稱量各種原料(liao)(liao)，將配合料(liao)(liao)混(hun)合均勻，加入(ru)鉑(bo)金坩堝中放(fang)置在高(gao)溫(wen)(wen)爐(lu)中進行(xing)熔制，熔制工藝曲(qu)線如圖(tu)1所(suo)示。混(hun)合均勻的配合料(liao)(liao)在1350℃加料(liao)(liao)，保(bao)溫(wen)(wen)30min，隨后升溫(wen)(wen)至1470℃保(bao)溫(wen)(wen)3h，降溫(wen)(wen)至1400℃澆注成(cheng)塊(kuai)狀樣(yang)品，在575℃進行(xing)退火處(chu)理。

1.3 石英(ying)砂原(yuan)料(liao)選擇

將生產線使用的3種石英砂按A、B、C進行標識，3種石英砂的鐵含量均在80×10^-6，將3種石英砂進(jin)行(xing)粒度篩分，粒度分布如表(biao)2所示(shi)。

建(jian)材行業標(biao)(biao)準JC/T 529-2000平板玻璃用硅質(zhi)原料優等(deng)品(pin)標(biao)(biao)準：+710μm≤0.5%；+500μm≤5.0%；-106μm≤5.0%，可(ke)以看(kan)出(chu)：3種石(shi)英(ying)砂在+710μm顆粒控(kong)制上滿足要求(qiu)(qiu)，A、C兩種石(shi)英(ying)砂在+500μm粒度控(kong)制上滿足要求(qiu)(qiu)，B種石(shi)英(ying)砂超過5%的(de)(de)控(kong)制線，而在-106um粒度段上，3種石(shi)英(ying)砂均超過優等(deng)品(pin)的(de)(de)控(kong)制線。

表2 3種石英砂的(de)粒度分布

	+710μm	+500μm	300-500μm	212-300μm	106-212μm	-106μm
A	0	1.64%	25.40%	28.99%	37.97%	6.00%
B	0	5.29%	33.40%	25.29%	30.21%	5.81%
C	0	2.06%	13.69%	25.80%	52.81%	5.64%

2 結果和討論

2.1 熔化性能

按照熔制(zhi)工藝3種(zhong)石(shi)英(ying)砂(sha)(sha)(sha)的熔制(zhi)情況(kuang)見表3。A種(zhong)石(shi)英(ying)砂(sha)(sha)(sha)熔制(zhi)后(hou)(hou)有(you)少量的未(wei)(wei)熔物；B種(zhong)石(shi)英(ying)砂(sha)(sha)(sha)熔制(zhi)情況(kuang)較好(hao)，未(wei)(wei)發現未(wei)(wei)熔物的出現；C種(zhong)石(shi)英(ying)砂(sha)(sha)(sha)熔制(zhi)情況(kuang)較差(cha)，在熔制(zhi)后(hou)(hou)的樣品上發現有(you)較多的未(wei)(wei)熔物。

表(biao)3 不(bu)同(tong)石英(ying)砂(sha)溶制情況

編號	石英砂	熔制情況
1	A	有少量的未熔物
2	B	熔制情況較好，無未熔物
3	C	熔制情況差，有較多的未熔物

A、C熔制(zhi)(zhi)后的(de)樣品未(wei)熔物顯微(wei)照片如圖2所示。圖2(a)為(wei)A石(shi)(shi)英砂(sha)熔制(zhi)(zhi)后的(de)未(wei)熔物，圖2(b)為(wei)C種石(shi)(shi)英砂(sha)熔制(zhi)(zhi)后的(de)未(wei)熔物，經過分析后，未(wei)熔物均為(wei)未(wei)熔石(shi)(shi)英。

綜合(he)上述現(xian)(xian)象，在該工藝條(tiao)件下，A、C兩(liang)種石(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)砂熔(rong)制樣品均(jun)有(you)未(wei)熔(rong)石(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)出(chu)現(xian)(xian)，且未(wei)熔(rong)石(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)的(de)(de)量C種較(jiao)多，而(er)B種石(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)砂熔(rong)制后沒有(you)未(wei)融石(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)。由文獻(xian)可(ke)知，石(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)顆粒的(de)(de)熔(rong)解消失所需時間可(ke)由公式估算，玻(bo)璃的(de)(de)形成過程非常(chang)復雜，形成速度與(yu)玻(bo)璃組成、石(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)顆粒大小(xiao)、熔(rong)化溫度、配合(he)料(liao)制備及投料(liao)方(fang)式有(you)關。在除石(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)砂外(wai)其他條(tiao)件相同的(de)(de)條(tiao)件下，不同石(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)砂出(chu)現(xian)(xian)熔(rong)制情況的(de)(de)差別，因此，對石(shi)(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)砂主要性能形貌和粒度進行(xing)分析。

2.2 形貌對熔制性能的影響

在(zai)對(dui)不(bu)(bu)同石(shi)(shi)英(ying)砂形貌的研究中，為(wei)了便于(yu)觀察(cha)，選(xuan)擇+500μm粒(li)度的大顆(ke)粒(li)進行(xing)顯微(wei)圖片的分析，如圖3所示，可以看出3種(zhong)(zhong)的石(shi)(shi)英(ying)砂形貌不(bu)(bu)相同。圖3(a)為(wei)A種(zhong)(zhong)石(shi)(shi)英(ying)砂，尖角(jiao)較多，表面(mian)有(you)裂痕；圖3(b)為(wei)B種(zhong)(zhong)的石(shi)(shi)英(ying)砂形貌，可以看出相對(dui)A種(zhong)(zhong)石(shi)(shi)英(ying)砂有(you)棱(leng)角(jiao)，但是較少，表面(mian)有(you)裂紋(wen)；圖3(c)為(wei)C種(zhong)(zhong)石(shi)(shi)英(ying)砂，棱(leng)角(jiao)不(bu)(bu)明顯且(qie)表面(mian)光滑。

在3種(zhong)石(shi)英(ying)砂(sha)的(de)(de)(de)研究過程(cheng)中，選擇3種(zhong)石(shi)英(ying)砂(sha)+500μm粒(li)度進行與純堿的(de)(de)(de)熱重(zhong)分析，3種(zhong)石(shi)英(ying)砂(sha)大顆粒(li)TG-DTG曲(qu)線如(ru)圖(tu)(tu)4所示。由(you)圖(tu)(tu)4可以看出(chu)，三種(zhong)石(shi)英(ying)砂(sha)在750℃開始有明顯(xian)的(de)(de)(de)失(shi)重(zhong)，在800℃失(shi)重(zhong)較(jiao)大值，隨后開始下(xia)降，持續(xu)到(dao)1000℃左右(you)。圖(tu)(tu)4(a)所示的(de)(de)(de)A種(zhong)石(shi)英(ying)砂(sha)熱重(zhong)分析和圖(tu)(tu)4(b)所示的(de)(de)(de)B種(zhong)石(shi)英(ying)砂(sha)在950℃附近有一個(ge)較(jiao)明顯(xian)的(de)(de)(de)失(shi)重(zhong)速(su)率峰，而圖(tu)(tu)4(c)所示的(de)(de)(de)C種(zhong)石(shi)英(ying)砂(sha)卻(que)沒有，這可能是由(you)于850℃后純堿的(de)(de)(de)熔融(rong)，有裂(lie)紋的(de)(de)(de)表面(mian)與純堿熔液的(de)(de)(de)接觸面(mian)積大，反應(ying)速(su)度快有關。

由DTG曲(qu)線可(ke)以看出，3種石英(ying)砂反應(ying)的(de)(de)失重比例，為A種較(jiao)大(da)，B種次之，C種為較(jiao)小(xiao)，可(ke)認(ren)為形(xing)貌(mao)棱(leng)角(jiao)多(duo)，表(biao)(biao)面裂紋(wen)多(duo)的(de)(de)石英(ying)砂粒更(geng)易于反應(ying)，這與姜宏研究(jiu)認(ren)為的(de)(de)石英(ying)砂的(de)(de)形(xing)貌(mao)以棱(leng)角(jiao)形(xing)較(jiao)佳(jia)，棱(leng)角(jiao)形(xing)的(de)(de)表(biao)(biao)面積大(da)，與助溶劑的(de)(de)接(jie)觸機(ji)會多(duo)，在混合、運輸過程中(zhong)不易分層相(xiang)符合。

2.3 粒度對熔制(zhi)性能的影響

選擇A種的石英(ying)砂進(jin)行詳細的粒(li)度(du)進(jin)行篩(shai)分。選擇不同粒(li)度(du)進(jin)行與純堿(jian)900℃熔制XRD分析，如圖5所示。

對XRD進行分析，結果如表4所示。由表4可以看出，300μm粒度以下的產物以α-石英為主，且在XRD曲線上基底較高，應該有玻璃相的形成；300μm粒度以上的產物中有Na₂SiO₃存在，與純(chun)堿的反應應為(wei)持續進行(xing)中。

表4 XRD結果分析

序號	粒度/μm	XRD分析結果
1	+500	Na2SiO3，α-石英
2	300-500	Na2SiO3，α-石英
3	212-300	α-石英
4	106-212	α-石英
5	-106

根據XRD的(de)分析結果，選擇+500μm粒(li)度(圖(tu)(tu)(tu)6(a))、212-300μm粒(li)度(圖(tu)(tu)(tu)6(b))和(he)-106μm粒(li)度(圖(tu)(tu)(tu)6(c))進行與純堿的(de)熱重反(fan)(fan)應(ying)。由圖(tu)(tu)(tu)6可以看出(chu)，+500μm粒(li)度段反(fan)(fan)應(ying)在(zai)750℃開(kai)始有明顯的(de)失(shi)重，在(zai)800℃失(shi)重較大(da)值，隨后(hou)開(kai)始下降，持續到1000℃左右(you)；212-300μm粒(li)度段和(he)-106μm粒(li)度段反(fan)(fan)應(ying)在(zai)650℃開(kai)始了失(shi)重，在(zai)接近800℃的(de)時(shi)候(hou)達到較大(da)，同時(shi)在(zai)850℃停止失(shi)重。可以看出(chu)在(zai)212-300μm和(he)-106μm兩種顆粒(li)段與純堿反(fan)(fan)應(ying)溫度和(he)趨勢相(xiang)同，結合(he)XRD測試結果，300μm粒(li)度段以下的(de)反(fan)(fan)應(ying)產物和(he)反(fan)(fan)應(ying)速度基本是(shi)相(xiang)同的(de)。

林(lin)建(jian)等研究(jiu)認(ren)為(wei)：過(guo)多(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)粉(fen)會(hui)加劇細(xi)粉(fen)結(jie)團(tuan)，而(er)(er)未(wei)參加結(jie)團(tuan)的(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)粉(fen)則會(hui)提早(zao)反應(ying)，造成粗顆粒(li)(li)(包括團(tuan)聚顆粒(li)(li))在(zai)高溫時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)難熔。在(zai)對(dui)(dui)不同(tong)粒(li)(li)度(du)(du)(du)石英(ying)(ying)(ying)砂純堿的(de)(de)(de)(de)(de)熱重及XRD分(fen)析(xi)，發現300μm以(yi)下(xia)粒(li)(li)度(du)(du)(du)段和-106um粒(li)(li)度(du)(du)(du)段有相似的(de)(de)(de)(de)(de)反應(ying)速(su)度(du)(du)(du)及趨(qu)勢，針對(dui)(dui)這樣的(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況，在(zai)對(dui)(dui)石英(ying)(ying)(ying)砂的(de)(de)(de)(de)(de)熔制情(qing)況進行分(fen)析(xi)時(shi)，應(ying)把300um以(yi)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)(li)度(du)(du)(du)計(ji)算出(chu)來作為(wei)一(yi)種(zhong)(zhong)指標去分(fen)析(xi)。針對(dui)(dui)進行實驗的(de)(de)(de)(de)(de)3種(zhong)(zhong)石英(ying)(ying)(ying)砂的(de)(de)(de)(de)(de)300μm以(yi)下(xia)粒(li)(li)度(du)(du)(du)占比(bi)分(fen)析(xi)時(shi)，A種(zhong)(zhong)為(wei)72.96%，B種(zhong)(zhong)為(wei)63.31%，C種(zhong)(zhong)為(wei)84.25%。可以(yi)分(fen)析(xi)得出(chu)，B種(zhong)(zhong)石英(ying)(ying)(ying)砂雖然+500μm的(de)(de)(de)(de)(de)顆粒(li)(li)較A、C兩種(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)多(duo)(duo)，但在(zai)300μm以(yi)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)(li)度(du)(du)(du)較少，在(zai)熔制過(guo)程(cheng)中情(qing)況較好(hao)，而(er)(er)A、C兩種(zhong)(zhong)石英(ying)(ying)(ying)砂由于300μm以(yi)下(xia)粒(li)(li)度(du)(du)(du)較多(duo)(duo)，在(zai)大(da)顆粒(li)(li)少的(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況下(xia)依然出(chu)現了(le)未(wei)熔物的(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況，且C種(zhong)(zhong)石英(ying)(ying)(ying)砂未(wei)熔物更多(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)現象。

3 結論

在(zai)實(shi)驗(yan)熔(rong)制工藝條件下，B種(zhong)石英(ying)砂(sha)更易于超白玻(bo)璃的(de)(de)熔(rong)制。通過對(dui)形貌的(de)(de)實(shi)驗(yan)分析(xi)，形貌有(you)棱(leng)角(jiao)且表(biao)面(mian)有(you)裂(lie)紋的(de)(de)更易于熔(rong)制過程中(zhong)的(de)(de)反應進行。經過對(dui)石英(ying)砂(sha)粒(li)度的(de)(de)熱(re)重和XRD分析(xi)，300μm以下粒(li)度段和-106μm粒(li)度段的(de)(de)反應具有(you)相似的(de)(de)規律，因此在(zai)熔(rong)制過程中(zhong)應考慮在(zai)300μm以下的(de)(de)粒(li)度控制。