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常见问题

浅谈超白玻璃用石英砂

时间:2020/11/30点击:

玻璃工业是支撑国民经济发展的重要基础原材料产业,经过多年发展,我国玻璃行业已形成世界较大的产品制造和加工能力,以及包括机械装备制造、技术工程服务等在内的产业配套能力,产业规模不断扩大。

超白玻璃作为玻璃家族的“水晶王子”,自面世以来,就被广泛地应用于太阳能、建筑、汽车、精密电子等行业。随着节能、环保理念的实施,超白玻璃将凭借无与伦比的优越质量和产品性能赢得广阔的应用空间和光明的市场前景,同时这也为超白玻璃所需的石英砂提供了发展机遇。

1、超白玻璃简介

1.1 超白玻璃内涵与特点

超白玻璃是一种超透明低铁玻璃,也称低铁玻璃、高透明玻璃,有玻璃家族“水晶王子”之称。具有自爆率低、颜色一致性、可见光透过率高、通透性好、紫外线透过率低等优点,是一种高品质、多功能的新型高档玻璃品种。

1.2 超白玻璃的应用

按工艺流程不同,超白玻璃可分为超白压延玻璃和超白浮法玻璃。无与伦比的优越质量和产品性能使超白玻璃拥有广阔的应用空间和光明的市场前景。

超白玻璃的成分要求(单位:wt%)

化学成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O
含量 71.0-73.0 0.1-2.0 0.01-0.015 8.0-10.0 1.5-5.0 13.0-15

超白玻璃的主要应用

超白玻璃 超白压延玻璃 太阳能电池组
平板集热器
玻璃幕墙
超白浮法玻璃 高档建筑物内外装饰
博物馆陈列橱
高档温室采光大棚
高档玻璃家具
水晶制品
太阳能光电幕墙

2、超白玻璃用石英砂

2.1 石英砂

玻璃生产所需的石英原料有天然石英砂、石英砂岩、石英岩和脉石英等。而工业上常将石英砂分为:普通石英砂、精制石英砂、高纯石英砂、熔融石英砂及硅微粉等。

石英砂的主要分类

类型 SiO2 Fe2O3 粒度范围 其他特性
普通石英砂 90%-99% 0.02%-0.06% 5-220目 外观部分大颗粒,表面有黄皮包囊
精制石英砂 99%-99.5% 0.015%-0.02% 5-480目 外观白色或结晶状
高纯石英砂 99.5%-99.9% ≤0.001% 1-0.5mm
0.5-0.1mm
0.1-0.01mm
0.01-0.005mm
采用优质天然石英石,经过精心挑选、精细加工而成
熔融石英砂 99.9%-99.95% 5PPM-25PPM 无色透明块状、颗粒或白色粉末 Li2O 1-2PPM
Al2O3 20-30PPM
K2O 20-25PPM
Na2O 10-20PPM

硅微粉的化学成分

成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO NaO pH
平均值% 75-96 1.0±0.2 0.9±0.3 0.7±0.1 0.3±0.1 1.3±0.2 中性

2.2 超白玻璃用石英砂的要求

超白玻璃用石英砂的质量要求高,尤其对铁的含量要求非常苛刻。铁含量超标,石英砂熔制过程的热力学不容易控制,将严重影响玻璃制品的透光性,致使透光性能降低。含铁氧化物能够吸收其产生的热辐射,造成玻璃液对流困难,使熔制和澄清难度大大增加。

超白玻璃用石英砂要求(单位:wt%)

原料 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2CO3 TiO2 NaCl
石英砂 ≥98.55±0.3 ≤1.0±0.1 ≤0.01±0.001       ≤0.1±0.1  

超白玻璃生产用石英砂的粒度要求

粒度 0.5mm以上 0.113-0.55mm 小于0.113mm
含量(%) ≤0.5 ≥94.5 ≤5.0

3、超白玻璃用石英砂的提纯方法

在石英形成并生长的过程中,由于温度和压力等外部因素的影响,不同地区的石英矿中一般情况下都会包含大量的杂质,很少能找到未经处理就可以满足玻璃生产用的原料矿源。而超白玻璃对生产用石英砂的要求严格,石英砂中Fe杂质含量≤150ppm是工业生产超白玻璃的前提。所以超白玻璃用石英砂通常需要进行除铁提纯。

目前,石英砂提纯的物理方法主要有水洗、分级脱泥、机械擦洗、电选、超声波辅助、微波辅助、磁选和浮选;化学方法有酸浸(有机酸和无机酸)、碱浸和微生物浸出。

3.1 水洗和分级脱泥

因石英砂的粒度一般远大于黏土矿物的粒度,简单的水洗就可以去除石英砂中的粘土矿物。同时,随着石英砂颗粒变细,颗粒中的重矿物和长石含量较大,它们不像石英那样耐风化,铁质和铝质等杂质品位反而升高,SiO2的品位随之降低,故石英砂的水选和分级脱泥,不仅可去除黏土矿物,而且还除去0.1mm以下的细粒矿物。但对于石英砂表面的薄膜铁难以去除。

3.2 擦洗

擦洗是通过用机器来增加外部的作用力提高石英砂颗粒之间的相互碰撞,继而使砂粒之间产生了磨削力,使其表面粘附的薄膜铁和泥土杂质与砂粒分离。

目前,擦洗主要有搅拌擦洗和棒磨擦洗。搅拌擦洗因其影响因素太多,同时砂子的强磨性,对设备的耐磨性提出了很高的要求。故搅拌擦洗的提纯效果不太理想。然而与搅拌擦洗相比,棒磨擦洗不仅可以去除石英砂表面的杂质,而且可去除不均匀处及微小缝隙处的杂质,几乎是搅拌擦洗的两倍,然而对于石英砂表面的薄膜铁难以去除,故它只是石英砂预处理的一种方法。

3.3 电选

由于各种矿物都存在不同的电性,在石英砂中存在的杂质因为自身的相对电阻、介电常数和电导率的不同。根据矿物杂质组成和性质上的差别,对其施加一定的电场作用,使被选矿物中的导体杂质分离出来。

3.4 磁选

磁选法的优点是选择性强,在保持有效地去除杂质的同时,还能获得很高的石英砂产量。去除的杂质主要有以磁铁矿为主的强磁性矿物和以赤铁矿、褐铁矿和黑云母等为主的弱磁性杂质矿物。另外,除铁效果与石英砂粒度也有一定关系,石英砂的颗粒度越小,磁选的除铁效果越好。

3.5 浮选

浮选是一种通过加入表面活性剂来改变不同矿物颗粒表面的物理和化学性质,使它们的差异扩大,从而在溶液中把不同的杂质浮选上来。浮选也能够把石英砂中伴生的铁矿物和含铁矿物分离出来。

3.6 酸浸

酸浸法是利用石英砂性质稳定,且其在各种酸中都不溶(HF除外),而石英中的杂质矿物溶解在酸液中这一特征来设计提纯工艺,进一步提纯石英。酸浸法常使用的酸有HCl、H2SO4、HNO3和HF等无机酸和有机酸草酸。

影响酸浸提纯效果的主要因素是酸的组成、酸的浓度及用量、温度、时间等。经过酸浸,可得到纯度达99.99%的高纯石英砂,甚至超高纯石英砂。

3.7 微生物浸出

微生物法除铁是新发展起来的一种技术。微生物法除铁时间长,无污染,对菌种和培养基的要求高,目前处于实验室和小型试验的研究阶段。

石英砂的提纯技术除了常见的几种外,还有静电提纯技术、辐射提纯技术等。静电提纯技术是以矿物的不同电导率为基础进行提纯,主要是为分离长石和石英。辐射提纯技术是以矿物中的一些元素的特殊性质,作为一种新方法,特别适用于块状物的分选。

在实际应用中,水洗和分级脱泥、擦洗除铁法简单,成本低,生产量大,作为前处理工作,适用于大规模生产;酸浸法除铁成本高、工艺复杂,但通过酸浸法可将低品位的矿源提纯到高品位;通常情况下只单独使用一种方法就可以达到生产合格石英砂的情况很少,往往是物理方法和化学方法相结合,从而达到提纯标准。

4、超白玻璃用石英砂市场前景分析

4.1 产业政策导向带来的发展机遇

建筑节能是一项综合性的系统工程,而科学合理地使用具有节能、安全、环保特性的加工玻璃则是这一系统工程中较为重要的环节之一。

近年来,相关利好政策陆续出台。如国办发[2016]34号文件《关于促进建材工业稳增长调结构增效益的指导意见》中明确指出:鼓励整合玻璃用硅砂、石英砂和砂石骨料用尾矿、废石等资源,提高综合利用水平;建材工业发展规划(2016-2020年)中明确指出:要大力发展超白玻璃及石英玻璃制品、耐火材料和建筑卫生陶瓷等行业;工信部规[2016]344号文件《产业技术创新能力发展规划(2016-2020年)》中明确指出:要重点发展平板玻璃、建筑卫生陶瓷和耐火材料等建材行业。利好政策的出台无疑给玻璃行业、石英砂产业的发展创造了良好的政策环境,为其发展提供了机遇。

4.2 市场导向带来的发展机遇

中国的玻璃工业是全球最大的,当然对石英砂的需求量也是非常巨大的,玻璃市场占据了工业石英砂的主要部分。可以说超白玻璃的行业状况决定了低铁石英砂的市场需求和发展前景。近些年超白玻璃行业的蓬勃发展为低铁石英砂的研究和生产带来了前所未有的机遇。

随着经济发展方式和需求结构升级,传统玻璃产品需求将保持基本平稳或略有下降的态势,节能玻璃、特种玻璃等需求量继续增长。预计“十三五”期间,玻璃加工产品平稳增长,特别是高性能节能玻璃发展迅速,2020年玻璃深加工率预计将达到60%。

随着国际光伏组件制造中心向中国转移,2006年以来超白压延玻璃发展迅速,截至2015年底,国内共有76座熔窑、169条超白压延玻璃生产线,总规模已达22850t/d,名列全球第一。太阳能压延玻璃企业的生产集中度处于较高水平,据中国建筑玻璃与工业玻璃协会统计,我国前五位太阳能超白压延玻璃制造企业占全国太阳能超白压延玻璃市场份额的57.6%。

随着我国电子、航空航天和建材等行业的不断发展,对高纯石英砂的需求也在不断增加。市场研究机构AcuteMarkets发表报告称,聚焦式太阳能发电(Concentrating Solar Power-CSP)用低铁超白玻璃将从2013年市场总额的3.55亿美元增长至2020年的113亿美元,将占2020年全部玻璃市场总额的15%,市场总额与汽车玻璃相当。超白玻璃需求加大之下必将带动石英砂产业的发展。

小结

近年来,我国的太阳能光伏产业以200%的速度迅猛发展,建筑节能政策力度在加大,建筑规范化管理标准与玻璃行业科技水平不断提高,发展超白玻璃已经势在必行。

目前,尽管国内超白石英砂的开发技术有一定的突破,但仍然没有完全摆脱对资源的较大依赖,我国可以用来生产超白玻璃的原料资源越来越少,这对超白玻璃的长久发展将会起到限制作用。我国对石英砂选矿提纯技术的研究却起步较晚,且国内大部分石英砂都需要经过选矿提纯处理后才能被应用。要获得更多的低铁石英砂,就需要更为先进的提纯方法,石英砂的深度提纯技术开发亟待加强。