浮法玻璃常见硅质结石的岩相分析及来源探讨

全国性建材科技期刊——《玻璃》２００６年第１期　总第１８４期　浮法玻璃常见硅质结石的岩相分析及来源探讨　吴茂芳　袁雁飞　罗时斌　（ｆ－东江门益胜浮法玻璃有限公司　江门市　５２９０８０）　摘要通过对实际生产中各种常见硅质结石缺陷的岩相鉴定及生成机理分析，对该类结石来源进行探讨，并提出　解决的办法。　关键词　岩相分析　硅质结石　石英颗粒　鳞石英　方石英亚稳方石英　中圈分类号：ＴＱ１７１文献标识码：Ａ文章编号：１００３—１９８７（２００６）０１—００４０—０５　２００５年４、５月份，我厂浮法玻璃产品出现了　熔石英颗粒，以及其发生多晶转变而形成的鳞石　多种硅质结石，其中包括：硅质原料结石、硅砖碹　英、方石英。　滴和硅泥结石，严重影响了玻璃的质量和产量。后　在熔化过程中，难熔的原料有两种：①未熔石　经岩相分析与探讨，剖析各种硅质结石的产生原因　英颗粒，②未熔石英超细粉结块。由于产生的原　及形成机理，有针对性地采取措施，都已得到了　因不同，其显微结构中的晶体大小、结晶形态、聚　解决。　合形态、多晶转变各有不同。　１＿３宏观形貌　１硅质原料结石　（１）未熔的石英颗粒，常呈白色，形成的结石　熔制玻璃需要有符合质量要求的配合料，配合　疙瘩大小不等、无规律地分散在玻璃的上表面。　料要有一定的化学组成、颗粒组成、矿物组成。而　（２）来源于超细粉结块的结石，一般夹杂于玻　且还特别需要有一定的均匀度、温度和气孔率。在　璃板的中部，呈瓷化白色片状，使玻璃上下表面凹　玻璃窑炉中，配合料经过硅酸盐形成、玻璃形成、　凸不平。　澄清、均化和冷却五个阶段，然后成形。各个阶段　１．４微观观察　有各自的特点，但彼此之间又有密切的联系，并相　（１）未熔石英颗粒结石　互影响。它们在窑炉中同时进行或交错进行，如不　在玻璃中呈分散状或紧密堆积状。引入ＳｉＯ。　严格按照操作制度作业，就会出现结石。　的原料有两种，一种是不经过破碎的，如石英砂，　１．１　原料结石产生的原因　呈椭圆粒状；另一种是经过破碎的，如石英岩、砂　（１）配料操作不当　岩，呈棱角分明的颗粒状。如果石英颗粒在窑炉中　因称错料或由于筛子破损粗砂漏网，及运输、　停留时间短，都保有原始晶相的特点，呈天然矿物　投料时分层现象，还有料湿结团等，都会造成配合　的晶形特征，石英颗粒完好、晶面光洁。由于短时　料成分不均，颗粒匹配不当。　间的熔蚀，颗粒棱角变圆，晶面会出现裂纹，颗粒　（ｚ）熔化问题　的边部薄、厚，干涉色由一级灰白至二级蓝，　配合料在熔化过程中，由于温度控制不好，偏　颗粒呈色序感强。　低，泡界线波动大，造成料堆偏远和跑料。　从分析结石颗粒观测到，石英颗粒在熔化过程　１．２　原料结石的种类　中，首先由边部向内部。由表面向内层进行侵蚀，　由原料形成的结石中，多数是砂岩或硅砂的未　有棱有角的颗粒被熔蚀成浑圆状。在熔化和转化过　４０　维普资讯 http://www.cqvip.com

全国性建材科技期刊——《玻璃》２００６年第１期总第１８４期　程中要引起体积的变化，即颗粒的表面出现不规则　网状粗裂纹。在玻璃熔体的熔蚀作用下，裂纹中形　出小矛头状鳞石英，继续长大成长针状紧密聚合连　成一片，有时也可以看到聚合体的边部转化生长出　成了均质性的亚稳方石英，并逐步深人、扩大。亚　稳方石英在单偏光镜下呈淡黄色，正交全消光。多　晶转变都要经过亚稳方石英过渡相。　图１　不经过破碎的未熔石英颗粒　图２经过破碎的米熔石英颗粒　图３石英颗粒裂纹中呈淡黄色的为亚稳方　石英过渡相　石英颗粒在碱性氧化物熔剂的作用下通过亚稳　方石英过渡相，首先在颗粒的裂纹中生长出很细小　的矛头双晶鳞石英的初晶相，同时在石英颗粒富含　ＳｉＯ。的周边也析出小针状鳞石英，最后石英颗粒　转化析出的鳞石英全大成针状并连成一片，有　的呈放射形。然后再进一步转化，长针状鳞石英形　骸中生长出粒状方石英，再转化成分枝９Ｏ。角的骨　架状，有的最后全部转化成放射形骨架状方　英的　聚合体。　（２）石英超细粉结块　紧密堆积的超细粉石英颗粒致密排列，颗粒问　没有空隙，所以由颗粒表面向内部逐渐转化，生长　骨架状的方石英。以上粗颗粒料结石与超细粉料结　块的显微结构各有其特点。粗颗粒料结石显微结构　特点是等同石英颗粒呈分散状、间隙大的排列、结　构干净无杂质。超细粉结块结石显微结构是等同细　粉石英颗粒呈致密排列，无间隙，结构干净无杂质。　图４　石英颗粒内部转化析出矛头双晶鳞石英，　颗粒周边析出小针状鳞石英　图５　石英颗粒消失转化析出长针状鳞石英连成一片　图６　长针状鳞石英开始向骨架状方石英转化　图７针状鳞石英全部转化成放射形骨架状　方石英的聚合体　Ｌ　５硅质原料结石的形成机理　石英颗粒在熔化过程中，在熔体中的溶解过程　分为两个阶段，首先是固体表面发生溶解，而后是　溶解的ＳｉＯ。自砂粒表面向硅酸盐熔体进行扩散。　４】　维普资讯 http://www.cqvip.com

全国性建材科技期刊——《玻璃》２００６年第１期总第１８４期　两个阶段的速度是不同的，固体的溶解速度决定于　扩散速度，因扩散是过程中进行得最慢的阶段。　图８　崤密堆积超细粉石英颗粒呈致密排列　图９超细粉石英颗粒边缘析出针状鳞石英　图１Ｏ针状鳞石英长大成管柱状鳞石英　石英砂颗粒在熔体中的溶解过程是在硅酸盐生成阶　段末期开始的。随着玻璃生成过程的进展，硅酸盐　熔体中的ＳｉＯ　含量越来越高，熔体的黏度逐渐增　大。液体中的扩散系数与液体黏度有关，熔体的黏　度愈高扩散系数就愈小，溶解过程的速度就愈慢。　熔体的黏度是石英颗粒在玻璃熔体中溶解速度的函　数，因此对熔体黏度有影响的那些因素，对玻璃的　生成速度也有影响。事实上，在强化玻璃熔制的实　际操作中，常常是通过提高温度亦即降低熔体的黏　度来实现的。在生产中，由于温度波动或偏低，使　黏度增加，导致石英颗粒未能完全溶解，从而形成　原料结石。另外，玻璃形成过程的速度也与石英颗　粒的大小有关，石英颗粒愈小，反应时间愈短，玻　璃生成速度愈快。但如颗粒粉碎很细时（颗粒直径　＜Ｏ．０６　ｍｍ），细颗粒可以结团成块，因而其效果　４２　反而如等同大颗粒一样难熔，产生原料结石。　１．６解决措施　玻璃生产中产生硅质原料结石主要是配错料或　泡界线不清晰，造成跑料。另外超细粉结团主要是　因为窑头料仓受温度高的影响，超细粉容易结成很　坚硬的料块。所以生产过程中要经常及时清理窑头　料仓，防止超细粉结成坚硬的料块；并严格控制配　料操作及熔化作业制度，避免配错料或造成跑料，　以减少硅质原料结石的产生。　２硅砖耐火材料结石　２．１　硅砖结石的产生原因　硅砖耐火材料结石是由于硅砖受侵蚀形成液滴，　并滴落至玻璃液中而形成的一种结石。硅砖在窑体　结构中主要用于熔化部及冷却部大碹、熔化部末端胸　墙等处。硅砖属于酸性耐火材料，其对酸性介质的侵　蚀有较高的抵抗能力，而对碱性氧化物侵蚀的抵抗能　力较差。大碹要经受ｌ　６００℃高温火焰的烧蚀，还要　受高温飞料、固体颗粒和碱蒸气的侵蚀。碱蒸气主要　从砖缝钻碹砌体中，从表面向砖体中间扩散，使　砖表面层熔点急剧下降，从而破坏砖体。　Ｒ　０从表面向大碹的砖体进行熔蚀，并通过　气孔逐步向砖体内部渗入，在表面形成一层很薄的　低熔点变质过渡层，它减少硅砖受到进一步侵蚀的　可能性。这时砖体外层的碱性组分较高，由此转向　内层，碱性组分浓度突然下降。这是由于砖体表面　被熔蚀，生成富含ＳｉＯ　的新玻璃相。这种玻璃黏　度较高，它不仅可以堵塞气孔，同时还可以使碱性　金属离子向砖体内层扩散迁移受到阻碍，形成一层　保护膜，保护砖体不继续被碱性组分侵蚀。只有当　火焰喷向碹顶造成局部过热，砖表面层黏度急剧下　降，致使其表面高黏度的玻璃相保护层流失时，出　现钟乳状液滴，滴到玻璃液中导致板面产生缺陷。　大碹硅砖受到侵蚀后表面洁白光滑，变质层十　分明显。变质层内除ＳｉＯ。系结晶外，没有其它晶　体。随着Ｎａ。Ｏ的扩散侵入，对鳞石英的生长具有　维普资讯 http://www.cqvip.com

全国性建材科技期刊　《玻璃》２００６年第１期总第１８４期　良好的矿化作用，因此在硅质耐火材料的蚀变带　中，鳞石英的重结晶作用占有相当重要的地位。而　且鳞石英长期同玻璃相接触，在交代反应产生的新　玻璃相中长成大板状、大块状，具有大矛头双晶相　互交错成致密的网络状结构。　最高温区域附近的硅砖内表面为方石英结晶，　鳞石萸转化为方石英的温度理论上为１　４７０℃，但　有Ｒ。（）共存时，转化温度可以下降到１　２６０℃。　石英在８７０℃开始转化为鳞石英，由这种转变可以　推断出陔处的温度。　熔窑高温区硅砖受到侵蚀后，明显地分为几层，　由高温向低温，由窑内向窑外蚀变过程分六层。　第一层：窑内砖的表面（工作面），为一层很　薄的高黏度玻璃。　第二层：灰白色，为致密的方石英结晶体。　第三层：呈浅灰绿色，为板状鳞石英向鳞片状　方石英转化的共析体。　第四层：鳞石英重结晶带呈灰绿色，这一层为　长大成具有大矛头双晶的板状鳞石英，彼此交织成　致密的网络状结构。　第五层：硅酸盐富集带（过渡带），浅黄色。　在矿化剂的作用下，石英颗粒的表面和裂纹处形成　了均质性亚稳方石英过渡相。单偏光镜下呈淡黄　色，正交下呈全消光。基质中，石英细粉与矿化剂　的作用析出小矛头双晶鳞石英，逐渐长大与石英颗　粒周边构成环状。　第六层：未变带，呈棕黄色，带有大量的白色　石英颗粒，聚集成团的石英颗粒周边棕色环为铁氧　胶结物　基质中细粉的石英颗粒在矿化剂作用下，　析出自形矛头双晶鳞石英填充于玻璃相中。　图１１　第二层致密的骨架状方石英　图１２　第三层板状鳞石英析出鳞片状方石英　图１３　第ｖ－９层大板状大块状相互交错成　致密的网络状结构　图１４第五层石英颗粒转化成亚稳方石英过渡相，　单偏光镜下呈淡黄色，正交镜下呈全消光　为均质体，周边析出小矛头双晶鳞石英呈　环状　图１５　第六层原砖结构（石英颗粒及铁氧胶结物）　２．２　生产实践中出现的碹滴的岩相鉴定　宏观形貌：碹滴呈灰绿色的椭圆滴状。　镜下观察：管柱状鳞石英逐渐向紧密排列的骨　架状方石英转化析出。　来源分析：因熔制玻璃是在先还原后氧化的气　氛中进行的，在前面一段还原气氛的碹顶，如受温　度和窑压的波动及受料尘、碱尘的严重侵蚀，最容　易受到破坏，形成碹滴。因为在还原气氛作业下，　碹滴含ＦｅＯ较多，所以呈灰绿色。在热点以后的　４３　维普资讯 http://www.cqvip.com

全国性建材科技期刊——《玻璃》２００６年第１期总第１８４期　氧化气氛作用下，如操作不当，火焰喷向碹顶，造　成局部过热，被侵蚀下来的碹滴因砖中含Ｆｅ２Ｏ３　较多，一般呈灰白色。由此判定碹滴来源于还原气　氛下的碹顶滴落。　图ｌ６　管柱状鳞石英向骨架状方石英转化　２＇３采取措施　熔窑的温度、窑压一定要保持相对稳定，控制　好喷角度，不能往上翘。　３硅泥耐火材料结石　３．１　硅泥结石产生的原因　在硅质大碹砌体中，砖缝是个突出的薄弱环　节，是碱蒸气钻蚀的起始处，因此砌筑大碹要求使　用特种优质的硅质耐火泥　它要具有良好的施工性　能和结合强度，具有比硅砖还优越的高温性能，从　而使砖缝结合密实，增强抗碱蒸气侵蚀的能力，使　保温后的大碹形成封闭结构，延长使用寿命。如温　度过高或火焰上飘喷向碹顶，都会加剧碹顶的侵　蚀，促使硅泥脱落。因此，使用时应避免硅砖砌体　的局部温度过高。　３．２　生产实践中出现硅泥结石的岩相鉴定　宏观形貌：熔融结石疙瘩呈黄绿色侵入在玻璃　板上部。　镜下观察：大部分为熔融粒状石英颗粒，有的　石英颗粒已转化为针状鳞石英，由于矿化剂的作用　生成很多大小不等的气泡，基质玻璃相为黄绿色。　３．３解决措施　保持温度和窑压的稳定，防止喷上翘造成局　部温度过热，导致砖缝硅泥脱落在板面产生结石　缺陷。　４４　图ｌ　７石英颗粒逐渐向针状鳞石英转化，　并夹杂很多大小不等的气泡　来源分析：还原气氛部位的碹顶硅泥。　４　结束语　根据岩相学具体分析实际生产中各种硅质结石　的形态和光性特点，找出相应的产生原因并提出针　对性的措施，是解决硅质结石缺陷的最好办法。　参考文献　［１］屈慧．玻璃工艺结石的岩相形态学鉴定．武汉工业大　学出版社．１９８９．　［２］西北轻工业学院．玻璃工艺学．中国轻工业出版社　．２００１．　［３］邵国有．硅酸盐岩相学．武汉工业大学出版社．１９９１．　［４］王维邦等．耐火材料工艺学．冶金工业出版社．　（２）．１　９９４．　［５］周志朝．无机材料显微结构分析．浙江大学出版社．　（２）．２００３．　ＴＨＥ　ｏＲＩＧＩＮ　ＯＦ　ｒＨＥ　ＵＳＵＡＬ　ＳＩＬＩＣＩｏＵＳ　ＩＮ　ＦＬＯＡＴ　ＧＬＡＳＳ　ＡＮＤ　ＩＴＳ　ＰＥＴＲＯＧＲＡＰＨｌＣ　ＡＮＡＬＹＳｉＳ　Ｗｕ　Ｍａｏ　ｆａｎｇ，Ｙｕａｎ　ＹａｎＴｆａｎｇ，Ｌｕｏ　Ｓｈｉ—ｂｉｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｓｕａｌ　ｓｉｌｉｃｅｏｕｓ　ｓｔｏｎｅ　ｉｎ　ｆｌｏａｔ　ｇｌａｓｓ　ｗａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｐｅｔｒｏｇｒａｐｈｉｃ　ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎａｌｙｓｉｓ．Ａ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　０ｆ　ｓｔｏｎｅ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｅｔｒｏｇｒａｐｈｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｉｌｉｃｉｏｕｓ　ｓｔｏｎｅ；ｑｕａｒｔｚ　ｐａｒｔｉｃｌｅ；ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ；ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ　ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ　ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ