石英砂在超白玻璃熔制過(guò)程中起主要的作用，通過(guò)對(duì)3種不同顆粒度配比石英砂的熔制結(jié)果分析，進(jìn)行了石英砂的形貌、粒度等研究，認(rèn)為石英砂形貌棱角多、表面有裂紋更易于玻璃熔制反應(yīng)，對(duì)石英砂中細(xì)粉粒度的控制應(yīng)擴(kuò)大考慮至-300μm粒度段，以保證玻璃熔制的正常。
超白玻璃因透過(guò)率可達(dá)91.5%以上，而廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏電池、電子信息顯示、玻璃家具及汽車玻璃等行業(yè)中。超白玻璃中的鐵含量控制在150×10-6以下，因此對(duì)玻璃中配合料的成分鐵含量要求很高，石英砂含量占玻璃配合料的60%以上，對(duì)總的鐵含量起決定性的作用，同時(shí)石英砂是玻璃配合料中較難熔的，決定著玻璃的形成速度，所以石英砂的選擇至關(guān)重要。
目前普通浮法玻璃生產(chǎn)的硅質(zhì)原料鐵含量普遍在500×10-6以上，玻璃的熔制工藝與之相匹配，隨著超白玻璃鐵含量的降低，玻璃液的導(dǎo)熱系數(shù)是普通玻璃的3-4倍，造成玻璃液的上下溫差小，對(duì)流較少，造成玻璃的熔制困難，在生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)未熔石英的情況。選用生產(chǎn)上采購(gòu)的3種低鐵石英砂進(jìn)行熔制實(shí)驗(yàn)，分析3種石英砂對(duì)超白玻璃的熔制的影響。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 玻璃組分設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行熔制的超白玻璃配方設(shè)計(jì)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，澄清劑選用芒硝。
表1超白玻璃配方設(shè)計(jì)
| 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
按照超白玻璃配方進(jìn)行計(jì)算、稱量各種原料，將配合料混合均勻，加入鉑金坩堝中放置在高溫爐中進(jìn)行熔制，熔制工藝曲線如圖1所示。混合均勻的配合料在1350℃加料，保溫30min，隨后升溫至1470℃保溫3h，降溫至1400℃澆注成塊狀樣品，在575℃進(jìn)行退火處理。
1.3 石英砂原料選擇
將生產(chǎn)線使用的3種石英砂按A、B、C進(jìn)行標(biāo)識(shí)，3種石英砂的鐵含量均在80×10-6，將3種石英砂進(jìn)行粒度篩分，粒度分布如表2所示。
建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 529-2000平板玻璃用硅質(zhì)原料優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)：+710μm≤0.5%；+500μm≤5.0%；-106μm≤5.0%，可以看出：3種石英砂在+710μm顆�？刂粕蠞M足要求，A、C兩種石英砂在+500μm粒度控制上滿足要求，B種石英砂超過(guò)5%的控制線，而在-106um粒度段上，3種石英砂均超過(guò)優(yōu)等品的控制線。
表2 3種石英砂的粒度分布
| +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(jié)果和討論
2.1 熔化性能
按照熔制工藝3種石英砂的熔制情況見(jiàn)表3。A種石英砂熔制后有少量的未熔物；B種石英砂熔制情況較好，未發(fā)現(xiàn)未熔物的出現(xiàn)；C種石英砂熔制情況較差，在熔制后的樣品上發(fā)現(xiàn)有較多的未熔物。
表3 不同石英砂溶制情況
| 編號(hào) | 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(wú)未熔物 |
| 3 | C | 熔制情況差，有較多的未熔物 |
A、C熔制后的樣品未熔物顯微照片如圖2所示。圖2(a)為A石英砂熔制后的未熔物，圖2(b)為C種石英砂熔制后的未熔物，經(jīng)過(guò)分析后，未熔物均為未熔石英。
綜合上述現(xiàn)象，在該工藝條件下，A、C兩種石英砂熔制樣品均有未熔石英出現(xiàn)，且未熔石英的量C種較多，而B種石英砂熔制后沒(méi)有未融石英。由文獻(xiàn)可知，石英顆粒的熔解消失所需時(shí)間可由公式估算，玻璃的形成過(guò)程非常復(fù)雜，形成速度與玻璃組成、石英顆粒大小、熔化溫度、配合料制備及投料方式有關(guān)。在除石英砂外其他條件相同的條件下，不同石英砂出現(xiàn)熔制情況的差別，因此，對(duì)石英砂主要性能形貌和粒度進(jìn)行分析。
2.2 形貌對(duì)熔制性能的影響
在對(duì)不同石英砂形貌的研究中，為了便于觀察，選擇+500μm粒度的大顆粒進(jìn)行顯微圖片的分析，如圖3所示，可以看出3種的石英砂形貌不相同。圖3(a)為A種石英砂，尖角較多，表面有裂痕；圖3(b)為B種的石英砂形貌，可以看出相對(duì)A種石英砂有棱角，但是較少，表面有裂紋；圖3(c)為C種石英砂，棱角不明顯且表面光滑。
在3種石英砂的研究過(guò)程中，選擇3種石英砂+500μm粒度進(jìn)行與純堿的熱重分析，3種石英砂大顆粒TG-DTG曲線如圖4所示。由圖4可以看出，三種石英砂在750℃開(kāi)始有明顯的失重，在800℃失重較大值，隨后開(kāi)始下降，持續(xù)到1000℃左右。圖4(a)所示的A種石英砂熱重分析和圖4(b)所示的B種石英砂在950℃附近有一個(gè)較明顯的失重速率峰，而圖4(c)所示的C種石英砂卻沒(méi)有，這可能是由于850℃后純堿的熔融，有裂紋的表面與純堿熔液的接觸面積大，反應(yīng)速度快有關(guān)。
由DTG曲線可以看出，3種石英砂反應(yīng)的失重比例，為A種較大，B種次之，C種為較小，可認(rèn)為形貌棱角多，表面裂紋多的石英砂粒更易于反應(yīng)，這與姜宏研究認(rèn)為的石英砂的形貌以棱角形較佳，棱角形的表面積大，與助溶劑的接觸機(jī)會(huì)多，在混合、運(yùn)輸過(guò)程中不易分層相符合。
2.3 粒度對(duì)熔制性能的影響
選擇A種的石英砂進(jìn)行詳細(xì)的粒度進(jìn)行篩分。選擇不同粒度進(jìn)行與純堿900℃熔制XRD分析，如圖5所示。
對(duì)XRD進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。由表4可以看出，300μm粒度以下的產(chǎn)物以α-石英為主，且在XRD曲線上基底較高，應(yīng)該有玻璃相的形成；300μm粒度以上的產(chǎn)物中有Na2SiO3存在，與純堿的反應(yīng)應(yīng)為持續(xù)進(jìn)行中。
表4 XRD結(jié)果分析
| 序號(hào) | 粒度/μm | XRD分析結(jié)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(jù)XRD的分析結(jié)果，選擇+500μm粒度(圖6(a))、212-300μm粒度(圖6(b))和-106μm粒度(圖6(c))進(jìn)行與純堿的熱重反應(yīng)。由圖6可以看出，+500μm粒度段反應(yīng)在750℃開(kāi)始有明顯的失重，在800℃失重較大值，隨后開(kāi)始下降，持續(xù)到1000℃左右；212-300μm粒度段和-106μm粒度段反應(yīng)在650℃開(kāi)始了失重，在接近800℃的時(shí)候達(dá)到較大，同時(shí)在850℃停止失重�？梢钥闯鲈�212-300μm和-106μm兩種顆粒段與純堿反應(yīng)溫度和趨勢(shì)相同，結(jié)合XRD測(cè)試結(jié)果，300μm粒度段以下的反應(yīng)產(chǎn)物和反應(yīng)速度基本是相同的。
林建等研究認(rèn)為：過(guò)多的細(xì)粉會(huì)加劇細(xì)粉結(jié)團(tuán)，而未參加結(jié)團(tuán)的細(xì)粉則會(huì)提早反應(yīng)，造成粗顆粒(包括團(tuán)聚顆粒)在高溫時(shí)的難熔。在對(duì)不同粒度石英砂純堿的熱重及XRD分析，發(fā)現(xiàn)300μm以下粒度段和-106um粒度段有相似的反應(yīng)速度及趨勢(shì)，針對(duì)這樣的情況，在對(duì)石英砂的熔制情況進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)把300um以下的粒度計(jì)算出來(lái)作為一種指標(biāo)去分析。針對(duì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的3種石英砂的300μm以下粒度占比分析時(shí)，A種為72.96%，B種為63.31%，C種為84.25%�？梢苑治龅贸觯珺種石英砂雖然+500μm的顆粒較A、C兩種的多，但在300μm以下的粒度較少，在熔制過(guò)程中情況較好，而A、C兩種石英砂由于300μm以下粒度較多，在大顆粒少的情況下依然出現(xiàn)了未熔物的情況，且C種石英砂未熔物更多的現(xiàn)象。
3 結(jié)論
在實(shí)驗(yàn)熔制工藝條件下，B種石英砂更易于超白玻璃的熔制。通過(guò)對(duì)形貌的實(shí)驗(yàn)分析，形貌有棱角且表面有裂紋的更易于熔制過(guò)程中的反應(yīng)進(jìn)行。經(jīng)過(guò)對(duì)石英砂粒度的熱重和XRD分析，300μm以下粒度段和-106μm粒度段的反應(yīng)具有相似的規(guī)律，因此在熔制過(guò)程中應(yīng)考慮在300μm以下的粒度控制。
