光伏壓延玻璃硅珠結(jié)石產(chǎn)生機(jī)理與分析

【中玻網(wǎng)】利用巖相分析、電子探針和光學(xué)顯微鏡，對(duì)光伏壓延玻璃生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)生的玻璃硅珠結(jié)石缺點(diǎn)進(jìn)行分析，鑒別出硅珠類(lèi)結(jié)石為單質(zhì)硅結(jié)石，來(lái)源于玻璃液中二氧化硅與雜質(zhì)鋁反應(yīng)生成，硅質(zhì)珠類(lèi)結(jié)石是一種不常見(jiàn)的玻璃缺點(diǎn)，多數(shù)持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，不足以引起重視，但危害非常大。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間跟進(jìn)宜興光伏玻璃生產(chǎn)線(xiàn)硅珠結(jié)石的情況，對(duì)玻璃硅珠結(jié)石缺點(diǎn)的化學(xué)組成、顯微結(jié)構(gòu)及巖相進(jìn)行分析，查找和分析硅珠結(jié)石來(lái)源及形成機(jī)理，從根本上解決了該類(lèi)缺點(diǎn)的產(chǎn)生，提高玻璃質(zhì)量，同時(shí)為國(guó)內(nèi)全氧燃燒窯爐壓延玻璃生產(chǎn)提供了技術(shù)參考。

　　結(jié)石產(chǎn)生情況：窯爐投產(chǎn)初期，玻璃硅珠結(jié)石缺點(diǎn)時(shí)間短、數(shù)量少，未引起足夠重視。近期，窯爐經(jīng)修整后硅珠結(jié)石缺點(diǎn)持續(xù)性出現(xiàn)，板面位置無(wú)規(guī)律，多偏向玻璃上表面，兩條生產(chǎn)線(xiàn)在數(shù)量上有明顯差異，一線(xiàn)多于二線(xiàn)。圖1為2018年12月份兩條生產(chǎn)線(xiàn)硅珠結(jié)石數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖（2018年12月10日～2019年01月4日）。

圖1一、二線(xiàn)硅珠結(jié)石缺點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

　　缺點(diǎn)特征：長(zhǎng)時(shí)間跟進(jìn)觀(guān)察，該缺點(diǎn)為黑色球形，如圖2所示，有金屬光澤，直徑為：0.5～2.0 mm，與玻璃液結(jié)合較好，周?chē)殡S小氣泡，沿拉伸方向部分氣泡附近呈現(xiàn)黃綠和黃褐色。通過(guò)對(duì)原材料進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)各原料質(zhì)量均無(wú)非常大波動(dòng)，因此，可初步排除原材料的影響。

圖2硅珠結(jié)石形貌圖（×10）

　　巖相分析：圖3為硅珠結(jié)石巖相圖，圖中黑色球?yàn)樵撊秉c(diǎn)，無(wú)明顯晶型，在正交鏡下全消光，周?chē)尸F(xiàn)藍(lán)綠干涉色，類(lèi)似于浮法玻璃錫珠缺點(diǎn)。

圖3硅珠結(jié)石巖相圖（×40）

　　圖4為硅珠結(jié)石微觀(guān)形貌圖，從圖4中可以看出，該缺點(diǎn)為高致密球形缺點(diǎn)，嵌入玻璃內(nèi)部，成分均勻，周?chē)谏珵闅馀荨?/p>

圖4硅珠結(jié)石微觀(guān)形貌圖

　　表1為硅珠結(jié)石成分分析結(jié)果，其中，a、b取點(diǎn)分別來(lái)自電子圖像1、2。結(jié)果顯示結(jié)石主要化學(xué)組成為單質(zhì)硅，成分較為單一，含量為97.25%～99.53%，部分球周邊含有少量鐵等雜質(zhì)，鐵含量為31.2%～34.18%。從硅珠結(jié)石均呈圓形這一特點(diǎn)，判斷結(jié)石不屬于單質(zhì)硅的污染，而是反應(yīng)產(chǎn)物，且反應(yīng)過(guò)程中有氣泡產(chǎn)生，氣泡在拉伸方向上呈線(xiàn)性分布，該缺點(diǎn)產(chǎn)生部位為成型區(qū)及后期。

　　玻璃組成見(jiàn)表2。由表2可知，SiO2在玻璃組成中占比例非常大，它不僅是玻璃組成的高組分，而且也是玻璃中的比較難熔化組分，SiO2通常由硅砂或砂巖引入，推測(cè)硅珠結(jié)石Si成分來(lái)源于SiO2。

　　形成機(jī)理：一般而言，原材料引入鋁雜質(zhì)，一般持續(xù)時(shí)間較短，經(jīng)排查，缺點(diǎn)出現(xiàn)前后原材料使用正常，未摻入其他雜質(zhì)，而工藝生產(chǎn)中存在鋁金屬使用的隱患，一處為冷端切割使用的鋁板，易產(chǎn)生鋁雜質(zhì)，隨碎玻璃進(jìn)入料倉(cāng)；另一處為投料機(jī)料倉(cāng)內(nèi)側(cè)使用的含鋁金屬板作為內(nèi)襯，長(zhǎng)期生產(chǎn)使用，經(jīng)混合料的不斷磨蝕，金屬板已出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損，隨配合料進(jìn)入窯爐，鋁的熔點(diǎn)為660℃，沸點(diǎn)為2 327℃，進(jìn)入窯爐易熔化成液態(tài)，其相對(duì)密度為2.70 g/cm3，大于壓延玻璃的密度，窯內(nèi)各工藝制度穩(wěn)定時(shí)隨玻璃液的流動(dòng)不斷沉積于池底，在不動(dòng)層形成液態(tài)鋁雜質(zhì)，玻璃液有非常大波動(dòng)時(shí)，熔融的液態(tài)鋁包圍未熔化的石英砂顆粒，形成局部強(qiáng)還原性的環(huán)境，發(fā)生氧化-還原反應(yīng)生成單質(zhì)硅，由于表面張力的原因，呈圓形，如式（1）反應(yīng)中有O2氣體放出，所以結(jié)石周?chē)樯鷼馀�。因此，可以判定單質(zhì)硅結(jié)石由二氧化硅被還原性金屬鋁還原產(chǎn)生，同時(shí)由于鋁的強(qiáng)還原作用，形成亞鐵硫化物，玻璃顯示黃綠和黃褐色。

　　4SiO2+4Al→2Al2O3+4Si+O2↑（1）

　　結(jié)合相關(guān)分析手段，分析硅珠結(jié)石缺點(diǎn)產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋哼�原性物質(zhì)鋁與二氧化硅反應(yīng)生成，并非常見(jiàn)的錫珠、鐵珠，從機(jī)理上分析了該類(lèi)缺點(diǎn)的產(chǎn)生原因，糾正了技術(shù)上的誤區(qū)。

　　為有效減少該類(lèi)缺點(diǎn)的產(chǎn)生，應(yīng)嚴(yán)格控制原材料中鋁質(zhì)雜質(zhì)的摻入；減少工藝操作中鋁金屬材料的使用；減少工藝調(diào)整，穩(wěn)定液面；及時(shí)采取隔離措施，防止該缺點(diǎn)隨碎玻璃再次進(jìn)入窯爐，產(chǎn)生二次危害。