二氧化硅是玻璃的結構主體,能夠保證玻璃有較高的強度和較好的化學穩定性。因此,石英砂是玻璃行業的最主要工業礦物原料,包括平板玻璃、日用玻璃、超白玻璃、光伏玻璃、石英玻璃等。
玻璃工業的對石英砂的質量要求主要體現在化學成分、穩定性、粒度組成三個方面。不同玻璃制品對石英砂的質量要求也各不相同。
1、平板玻璃
不同平板玻璃下游市場對石英砂的指標要求有所不同,按照化學成分高低和粒度大小,可將整個平板玻璃行業用的石英砂分為Ⅰ類和Ⅱ類兩種類型,Ⅰ類Al2O3含量低,Ⅱ類Al2O3含量高。行業標準《JC/T 529-2000 平板玻璃用硅質原料》中有關平板用石英砂的化學成分、粒度組成等指標要求如下:
2、日用玻璃
日用玻璃產品主要包括瓶罐玻璃、器皿玻璃、儀器玻璃和醫藥玻璃,為食品、釀酒、飲料、醫藥等行業提供各種包裝配套和滿足社會消費需求。石英砂是日用玻璃配合料中用量較大的原料。石英砂的熔化溫度高達1730℃左右,石英的顆粒度對玻璃的形成影響最大。
在實際生產中石英顆粒宜為棱角形狀,表面積大,配合料不易分層,顆粒粒度范圍60-140目。行業標準《DZ/T 0207-2002 玻璃硅質原料、飾面石材、石膏、溫石棉、硅灰石、滑石、石墨礦產地質勘查規范》中有關器皿玻璃對石英砂的質量要求如下:
3、超白玻璃
超白玻璃是一種透光率極高(透光率≥91.5%)、鐵雜質含量基本控制在100~150ppm之間和外觀極度透明的新材料玻璃,對超白玻璃的另外的叫法有低鐵玻璃和高透明玻璃。
超白玻璃本身具有很多傳統玻璃無法比擬的優越性能,如超白玻璃的自爆率非常低、顏色均勻、具有非常好的透光性,這也是超白玻璃的生產指標更為嚴苛。
超白玻璃生產原料主要有石英砂、長石、白云石、石灰石、重質堿、氫氧化鋁、芒硝、焦銻酸鈉和三氧化二銻等,其對原料的各種含量百分比要求很嚴格。為了達到超白玻璃的使用要求,工業上對超白玻璃的成分有嚴格的規定。
超白玻璃中含量最大的是SiO2,占其原料的比例大約為71.0~73.0%,而鐵雜質等有害雜質基本上都由SiO2引入,所以,對石英砂提純主要是除去其中的鐵雜質,從而生產出滿足要求的超白玻璃。
超白玻璃生產用石英原料有天然石英砂、石英砂巖、石英巖和脈石英等,在生產過程中,當鐵含量超過一定的范圍時,不僅會使其透光性能大大降低,在石英砂熔制過程中,含鐵氧化物還會吸收其產生的熱輻射,導致玻璃液上、下層之間產生明顯的溫度梯度,造成玻璃液對流困難,使熔制和澄清難度大大增加。因此,在主要原料設計上,要重點考慮引入SiO2的石英砂的鐵含量。超白玻璃用石英砂對鐵含量的要求一般是:ρFe2O3≤150×10-6,ρFe≤80×10-6。
4、光伏玻璃
光伏玻璃主要加裝在光伏組件的最外層,阻隔水分和腐蝕氣體等帶來的影響,起到保護電池片和電極的作用。相較于普通玻璃,光伏玻璃需要具備含鐵量低、透光率高、抗沖擊、耐腐蝕、耐高溫等特征,超白浮法玻璃與超白壓延玻璃可滿足上述要求,其中超白壓延玻璃用于晶硅電池,是光伏玻璃主流產品,而超白浮法玻璃多用于薄膜電池。
石英砂中的鐵離子容易染色,而為了保證原片玻璃的高太陽能透過率,光伏玻璃含鐵量要求比普通玻璃低,須使用含硅純度高、雜質含量低的低鐵石英砂。
行業標準《JC/T 2314-2015 光伏玻璃用硅質原料》有關光伏玻璃對石英砂的質量要求如下:
5、石英玻璃
石英玻璃被譽為玻璃材料中的“皇冠”,是一種以SiO2為單組分的玻璃,具有超強的機械力學性能、熱性能、光學性能和電學性能。在半導體、光學器件、光通訊、太陽能等行業中,發揮著不可替代的作用。高純石英砂是目前取代水晶礦,熔煉石英玻璃的主要原材料。電熔工藝、氣煉工藝生產的石英玻璃均是采用高純石英砂為原料。
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