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光伏压延玻璃硅珠结石产生机理与分析

玻璃杂志 2019/9/17 10:16:31

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中玻网】利用岩相分析、电子探针和光学显微镜,对光伏压延玻璃生产线产生的玻璃硅珠结石缺陷进行分析,鉴别出硅珠类结石为单质硅结石,来源于玻璃液中二氧化硅与杂质铝反应生成,硅质珠类结石是一种不常见的玻璃缺陷,多数持续时间不长,不足以引起重视,但危害较大。通过长时间跟踪宜兴光伏玻璃生产线硅珠结石的情况,对玻璃硅珠结石缺陷的化学组成、显微结构及岩相进行分析,查找和分析硅珠结石来源及形成机理,从根本上解决了该类缺陷的产生,提高玻璃质量,同时为国内全氧燃烧窑炉压延玻璃生产提供了技术参考。

  结石产生情况:窑炉投产初期,玻璃硅珠结石缺陷时间短、数量少,未引起足够重视。近期,窑炉经修整后硅珠结石缺陷持续性出现,板面位置无规律,多偏向玻璃上表面,两条生产线在数量上有明显差异,一线多于二线。图1为2018年12月份两条生产线硅珠结石数量统计图(2018年12月10日~2019年01月4日)。

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图1一、二线硅珠结石缺陷统计

  缺陷特征:长时间跟踪观察,该缺陷为黑色球形,如图2所示,有金属光泽,直径为:0.5~2.0 mm,与玻璃液结合较好,周围伴随小气泡,沿拉伸方向部分气泡附近呈现黄绿和黄褐色。通过对原材料进行排查,发现各原料质量均无较大波动,因此,可初步排除原材料的影响。

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图2硅珠结石形貌图(×10)

  岩相分析:图3为硅珠结石岩相图,图中黑色球为该缺陷,无明显晶型,在正交镜下全消光,周围呈现蓝绿干涉色,类似于浮法玻璃锡珠缺陷。

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图3硅珠结石岩相图(×40)

  图4为硅珠结石微观形貌图,从图4中可以看出,该缺陷为高致密球形缺陷,嵌入玻璃内部,成分均匀,周围黑色为气泡。

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图4硅珠结石微观形貌图

  表1为硅珠结石成分分析结果,其中,a、b取点分别来自电子图像1、2。结果显示结石主要化学组成为单质硅,成分较为单一,含量为97.25%~99.53%,部分球周边含有少量铁等杂质,铁含量为31.2%~34.18%。从硅珠结石均呈圆形这一特点,判断结石不属于单质硅的污染,而是反应产物,且反应过程中有气泡产生,气泡在拉伸方向上呈线性分布,该缺陷产生部位为成型区及后期。

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  玻璃组成见表2。由表2可知,SiO2在玻璃组成中占比例较大,它不仅是玻璃组成的高组分,而且也是玻璃中的比较难熔化组分,SiO2通常由硅砂或砂岩引入,推测硅珠结石Si成分来源于SiO2。

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  形成机理:一般而言,原材料引入杂质,一般持续时间较短,经排查,缺陷出现前后原材料使用正常,未掺入其他杂质,而工艺生产中存在铝金属使用的隐患,一处为冷端切割使用的铝板,易产生铝杂质,随碎玻璃进入料仓;另一处为投料机料仓内侧使用的含铝金属板作为内衬,长期生产使用,经混合料的不断磨蚀,金属板已出现严重的磨损,随配合料进入窑炉,铝的熔点为660℃,沸点为2 327℃,进入窑炉易熔化成液态,其相对密度为2.70 g/cm3,大于压延玻璃的密度,窑内各工艺制度稳定时随玻璃液的流动不断沉积于池底,在不动层形成液态铝杂质,玻璃液有较大波动时,熔融的液态铝包围未熔化的石英砂颗粒,形成局部强还原性的环境,发生氧化-还原反应生成单质硅,由于表面张力的原因,呈圆形,如式(1)反应中有O2气体放出,所以结石周围伴生气泡。因此,可以判定单质硅结石由二氧化硅被还原性金属铝还原产生,同时由于铝的强还原作用,形成亚铁硫化物,玻璃显示黄绿和黄褐色。

  4SiO2+4Al→2Al2O3+4Si+O2↑(1)

  结合相关分析手段,分析硅珠结石缺陷产生的主要原因为:还原性物质铝与二氧化硅反应生成,并非常见的锡珠、铁珠,从机理上分析了该类缺陷的产生原因,纠正了技术上的误区。

  为有效减少该类缺陷的产生,应严格控制原材料中铝质杂质的掺入;减少工艺操作中铝金属材料的使用;减少工艺调整,稳定液面;及时采取隔离措施,防止该缺陷随碎玻璃再次进入窑炉,产生二次危害。

作者:杜秀红 李茂刚4783次浏览

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