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    光伏壓延玻璃硅珠結石產生機理與分析

    來源:玻璃雜志 作者:杜秀紅 李茂剛 2019/9/17 10:16:31

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    中玻網】利用巖相分析、電子探針和光學顯微鏡,對光伏壓延玻璃生產線產生的玻璃硅珠結石缺點進行分析,鑒別出硅珠類結石為單質硅結石,來源于玻璃液中二氧化硅與雜質鋁反應生成,硅質珠類結石是一種不常見的玻璃缺點,多數持續時間不長,不足以引起重視,但危害非常大。通過長時間跟進宜興光伏玻璃生產線硅珠結石的情況,對玻璃硅珠結石缺點的化學組成、顯微結構及巖相進行分析,查找和分析硅珠結石來源及形成機理,從根本上解決了該類缺點的產生,提高玻璃質量,同時為國內全氧燃燒窯爐壓延玻璃生產提供了技術參考。

      結石產生情況:窯爐投產初期,玻璃硅珠結石缺點時間短、數量少,未引起足夠重視。近期,窯爐經修整后硅珠結石缺點持續性出現,板面位置無規律,多偏向玻璃上表面,兩條生產線在數量上有明顯差異,一線多于二線。圖1為2018年12月份兩條生產線硅珠結石數量統計圖(2018年12月10日~2019年01月4日)。

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    圖1一、二線硅珠結石缺點統計

      缺點特征:長時間跟進觀察,該缺點為黑色球形,如圖2所示,有金屬光澤,直徑為:0.5~2.0 mm,與玻璃液結合較好,周圍伴隨小氣泡,沿拉伸方向部分氣泡附近呈現黃綠和黃褐色。通過對原材料進行排查,發現各原料質量均無非常大波動,因此,可初步排除原材料的影響。

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    圖2硅珠結石形貌圖(×10)

      巖相分析:圖3為硅珠結石巖相圖,圖中黑色球為該缺點,無明顯晶型,在正交鏡下全消光,周圍呈現藍綠干涉色,類似于浮法玻璃錫珠缺點。

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    圖3硅珠結石巖相圖(×40)

      圖4為硅珠結石微觀形貌圖,從圖4中可以看出,該缺點為高致密球形缺點,嵌入玻璃內部,成分均勻,周圍黑色為氣泡。

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    圖4硅珠結石微觀形貌圖

      表1為硅珠結石成分分析結果,其中,a、b取點分別來自電子圖像1、2。結果顯示結石主要化學組成為單質硅,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,鐵含量為31.2%~34.18%。從硅珠結石均呈圓形這一特點,判斷結石不屬于單質硅的污染,而是反應產物,且反應過程中有氣泡產生,氣泡在拉伸方向上呈線性分布,該缺點產生部位為成型區及后期。

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      玻璃組成見表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,推測硅珠結石Si成分來源于SiO2。

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      形成機理:一般而言,原材料引入雜質,一般持續時間較短,經排查,缺點出現前后原材料使用正常,未摻入其他雜質,而工藝生產中存在鋁金屬使用的隱患,一處為冷端切割使用的鋁板,易產生鋁雜質,隨碎玻璃進入料倉;另一處為投料機料倉內側使用的含鋁金屬板作為內襯,長期生產使用,經混合料的不斷磨蝕,金屬板已出現嚴重的磨損,隨配合料進入窯爐,鋁的熔點為660℃,沸點為2 327℃,進入窯爐易熔化成液態,其相對密度為2.70 g/cm3,大于壓延玻璃的密度,窯內各工藝制度穩定時隨玻璃液的流動不斷沉積于池底,在不動層形成液態鋁雜質,玻璃液有非常大波動時,熔融的液態鋁包圍未熔化的石英砂顆粒,形成局部強還原性的環境,發生氧化-還原反應生成單質硅,由于表面張力的原因,呈圓形,如式(1)反應中有O2氣體放出,所以結石周圍伴生氣泡。因此,可以判定單質硅結石由二氧化硅被還原性金屬鋁還原產生,同時由于鋁的強還原作用,形成亞鐵硫化物,玻璃顯示黃綠和黃褐色。

      4SiO2+4Al→2Al2O3+4Si+O2↑(1)

      結合相關分析手段,分析硅珠結石缺點產生的主要原因為:還原性物質鋁與二氧化硅反應生成,并非常見的錫珠、鐵珠,從機理上分析了該類缺點的產生原因,糾正了技術上的誤區。

      為有效減少該類缺點的產生,應嚴格控制原材料中鋁質雜質的摻入;減少工藝操作中鋁金屬材料的使用;減少工藝調整,穩定液面;及時采取隔離措施,防止該缺點隨碎玻璃再次進入窯爐,產生二次危害。

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