2.1　主要原料

2.1.1　引入二氧化硅的原料

2.1.1.1　二氧化硅的物化性质

二氧化硅分子式为SiO₂，分子量60.09，熔点1713℃，沸点2230℃，密度2.4～2.65g/cm³，是一种非金属酸性氧化物原料，对应水化物为硅酸（H₂SiO₃）。

二氧化硅晶体中，硅原子的4个价电子与4个氧原子形成4个共价键，硅原子位于正四面体的中心，4个氧原子位于正四面体的4个顶角上，许多个这样的四面体又通过顶角的氧原子相连，每个氧原子为两个四面体共有，即每个氧原子与两个硅原子相结合。SiO₂是表示组成的最简式，仅表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比。二氧化硅是原子晶体，SiO₂中Si—O键的键能很高，熔点、沸点较高，折射率大约为1.6。各种二氧化硅产品的折射率如下：石英砂为1.547；粉石英为1.544；脉石英为1.542；硅藻土为1.42～1.48；气相和沉淀白炭黑为1.46。

二氧化硅是形成玻璃的最主要成分，也是构成太阳能压延玻璃的基础，在玻璃中以硅氧四面体［SiO₄］的结构单元形成不规则的连续网络，构成玻璃的骨架。

硅酸盐玻璃的一系列性能，例如热膨胀系数、硬度、机械强度、透明度、热稳定性，主要是由二氧化硅决定的。在钠钙硅酸盐玻璃中，增加SiO₂含量，可提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、软化温度、耐热性、硬度、机械强度、透明度、黏度和紫外透光性等；可使玻璃的热膨胀系数降低。但是，SiO₂含量高时，需要较高的熔化温度，使玻璃液黏度增大，从而造成玻璃熔化、澄清、均化困难，能耗增加，并且易导致玻璃液析晶。所以，一般太阳能压延玻璃中SiO₂的含量控制在71%～73%。

硅是无机非金属材料的主角，在自然界中分布极为广泛，与其他矿物共同构成了岩石，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的87%以上。二氧化硅是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12%，自然界中存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石。结晶二氧化硅矿物，分为石英、鳞石英和方石英三种，这些矿物在地球上主要存于花岗岩、脉石英、砂岩和黑硅岩中。

石英晶体是结晶的二氧化硅，具有不同的晶型和色彩。石英中无色透明的棱柱状晶体就是通常所说的水晶。若水晶中含有微量杂质而带有不同颜色，就是紫水晶、茶晶、墨晶等。普通的砂是细小的石英晶体，有黄砂（较多的铁杂质）和白砂（杂质少、较纯净）两种。具有彩色环带状或层状胶化脱水后的称为玛瑙（含有杂质）；二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。

可用作玻璃原料的含SiO₂的硅质岩（砂）有许多种，通常统称为玻璃硅质原料。玻璃硅质原料矿石的主要矿物成分为石英，石英是自然界由SiO₂单独形成的最常见的矿物，包括三方晶系的低温石英（α-石英）和六方晶系的高温石英（β-石英）两种。常见的绝大部分为低温石英，简称石英，呈无色、乳白色，混入杂质的可呈多种颜色；无解理，具贝壳状断口，油脂光泽；莫氏硬度7.0～7.5级，密度2.65g/cm³；熔点1480℃，磨损率0.03%。

2.1.1.2　硅质原料的种类

本书所述玻璃硅质原料矿，系指在《中华人民共和国矿产资源法实施细则》矿产资源分类细目（1994）中，单列矿种的玻璃用石英砂岩、石英岩、脉石英及石英砂4种。此外，伟晶岩、细晶岩、霞石正长岩及粉石英等SiO₂含量高的岩石，也可用作玻璃硅质原料，但目前在我国玻璃工业生产中应用尚少。

自然界用于太阳能玻璃生产的硅质原料有岩类矿和砂类矿两大类。岩类矿有脉石英、石英岩及石英砂岩；砂类矿有石英砂、含长石石英砂、含长石黏土石英砂等。脉石英、石英岩、石英砂岩化学成分较稳定，SiO₂含量一般达98.0%以上，有的达99.5%以上，Al₂O₃含量一般为0.3%～1.3%，Fe₂O₃含量一般为0.003%～0.02%。天然石英砂矿的化学成分随产地不同变化较大，其趋势是从北到南质量逐渐提高，SiO₂含量98.0%～99.5%，Al₂O₃含量0.2%～6.0%，Fe₂O₃含量0.02%～0.04%。我国具有工业开采价值的优质低铁石英砂岩、石英岩、天然硅砂矿，目前已探明的主要集中在安徽凤阳、海南文昌、广东河源、福建东山、甘肃玉门、河北唐山等地。

若按SiO₂含量来区分硅质原料的优劣，通常认为水晶优于脉石英，脉石英优于石英岩，石英岩优于石英砂岩，石英砂岩优于海相沉积砂，海相沉积砂优于河湖相沉积砂。从目前探明的矿藏储量情况来看，水晶矿少于脉石英，脉石英大大少于石英岩和石英砂岩，所以，水晶多用于制作高级光学仪器、光电器具；脉石英多用于超白玻璃制品；低铁石英岩和石英砂岩多用于制造太阳能压延玻璃；二氧化硅含量在85%以上的石英矿石还可用做半导体和晶硅系列太阳能电池中单晶硅、多晶硅的初级工业硅原料。

（1）脉石英

脉石英由熔融岩浆侵入花岗岩和其他岩石冷凝而成，是结晶硅石的一种。脉石英主要产于花岗岩或花岗片麻岩区，矿体呈不规则脉状，一般厚度为几米至几十米，长度为十几米至几百米，宽度为几米至十几米。一个矿区可由单条矿脉或由许多条矿脉组成，其纯度较高，矿物组成几乎全部为石英，其次含微量长石、云母、赤铁矿等，矿石中常夹有围岩团块，SiO₂含量一般在99.20%以上，Al₂O₃含量小于0.4%，Fe₂O₃含量小于0.005%。矿石常呈白色、乳白色或灰色，透明无色的是水晶；油脂光泽，块状构造，不等粒变晶结构。脉石英有明显的结晶面，常用作石英玻璃、器皿玻璃、工艺玻璃和超白玻璃的原料。

（2）石英岩

石英岩在岩石学中指由石英砂岩或硅质岩经变质作用形成的一种变质岩，主要是由石英的粒状集合体所构成，与石英砂岩相比，其质地致密坚硬，莫氏硬度为7级（比砂岩高）。根据其变质程度，分为岩石质石英岩、再结晶石英岩及胶结石英岩。SiO₂含量一般在98.0%以上，常呈灰白色，有鲜明的光泽，断面呈鳞片状。由于原岩和变质条件不同，因此常含有长石、白云母、黑云母、绢云母、角闪石等杂质矿物。一般只有在一些变质程度较深的石英岩中，杂质矿物含量少，适于作为硅质原料矿石。典型的石英岩矿床为安徽凤阳县石英岩矿床，主要化学成分平均为：SiO₂ 98.25%～99.5%，Al₂O₃ 0.35%～0.63%，Fe₂O₃ 0.02%～0.05%。

还有一种沉积石英岩，又称正石英岩，胶结物几乎全部为再生石英，碎屑颗粒与胶结物界限不明显，硅质胶结物围绕石英碎屑，有次生加大现象，这种沉积石英岩在我国北方震旦系地层中分布较广，有人称为石英岩，也有人称为石英砂岩，使用情况与砂岩相同。

（3）石英砂岩

石英砂岩简称砂岩，是由超过95%的石英砂和胶结物质在地质变化的高压作用下，胶结而成的坚实致密的固结砂质岩石，按形成方式一般有沉积岩、变质岩、火山岩和侵入岩几种。矿石矿物成分除石英外，含有少量电气石、金红石、铁矿、长石、云母和黏土矿物等，胶结物多为硅质，主要呈蛋白石、玉髓等非晶状态，也有钙质、铁质、海绿石及少见的白云石胶结物。根据胶结物的不同可把砂岩分为三类：由二氧化硅胶结的砂岩，称为硅质砂岩，纯度较高；黏土胶结的砂岩含Al₂O₃较多，称为黏土质砂岩；石膏胶结的砂岩含CaO较多，称为钙质砂岩。所以砂岩的化学成分不仅取决于石英颗粒，而且与胶结物的性质和含量有关。总的来说，砂岩所含的杂质较少，而且稳定。典型的石英砂岩矿床为河北唐山滦县雷庄石英砂岩矿床，原矿主要化学成分平均为：SiO₂ 98.5%～99.1%，Al₂O₃ 0.3%～0.5%，Fe₂O₃ 0.04%～0.06%；山东沂南石英砂岩矿床，原矿主要化学成分平均为：SiO₂ 98%～99.2%，Al₂O₃ 0.38%～0.78%，Fe₂O₃ 0.064%～0.24%，矿石的嵌布粒度：0.1～0.5mm约88%；陕西汉中石英砂岩矿，原矿主要化学成分平均为：SiO₂ 97.5%～98.90%，Al₂O₃ 0.54%～1.2%，Fe₂O₃ 0.04%～0.30%，矿石的嵌布粒度主要集中在0.125～0.5mm之间。

砂岩的莫氏硬度一般为6.5～7级，主要是因胶结物的不同而不同，由二氧化硅胶结的砂岩就非常坚硬，由石膏胶结的砂岩就较松软。对砂岩原矿的质量要求是含SiO₂应在99%以上，含Fe₂O₃不应大于0.02%。通常砂岩开采加工过程复杂且成本较高，粉碎加工合格后的砂岩粉料称为砂岩粉。

（4）石英砂

石英砂是一种矿产品的名称，包括海相沉积砂、风积砂、河湖相沉积砂等品种。玻璃石英砂矿是指脉石英、石英岩和石英砂岩等硅质岩石在自然界长期受地质作用或风化作用而形成的一种以石英为主要矿物成分、不需要经过破碎加工处理粒度就能基本符合玻璃工业要求的天然砂状矿物原料。通常自然风化形成的石英砂粒度组成以0.1～0.5mm的中细砂为主，其含量大于90%。质地纯净的石英砂为白色，一般石英砂因形成方式不同（例如海相沉积砂、河湖相沉积砂）、产地不同（例如福建东山和海南文昌海相沉积砂、内蒙古通辽风积砂、江西永修松峰河湖相沉积砂），铁氧化物和有机物质的含量也不同，多呈现浅灰色、黄色或红褐色。矿石矿物成分以石英为主，伴生矿物有各类长石、石榴子石、电气石、透辉石、角闪石、黄玉、绿帘石、钛铁矿、云母和黏土矿物等。

国内典型的优质天然石英砂原矿成分见表2-2。

表2-2　国内典型优质天然石英砂原矿成分

优质石英砂含SiO₂应在99.0%以上，仅含有很少量的Al₂O₃、Na₂O、K₂O、CaO、MgO、Fe₂O₃、TiO₂等杂质。其杂质中的Al₂O₃、Na₂O、K₂O、CaO、MgO是太阳能压延玻璃的组成氧化物，属于无害杂质，特别是Na₂O和K₂O还可以代替一部分价格较贵的纯碱，但是，它们的含量应该稳定。

普通石英砂由于含SiO₂低于98.0%，其余为黏土、长石、白云石、海绿石等轻质矿物和磁铁矿、钛铁矿、铬铁矿、赤铁矿、褐铁矿、金红石、硅线石、蓝晶石、黑云母、锆石等重矿物，也常含有氢氧化铁、有机物和锰、镍、铜、锌等金属化合物的包膜，其中含铁矿物如磁铁矿、钛铁矿、铬铁矿、赤铁矿、褐铁矿是有害组分，尤其以铬铁矿的危害最大，铬铁矿含有Cr₂O₃，Cr₂O₃是一种着色能力比氧化铁强的着色剂，使玻璃着成绿色，带来不良影响，造成熔化澄清困难，降低玻璃的透明度、透紫外线性能、透热性和机械强度。钛铁矿中的TiO₂使玻璃着成黄色，它和氧化铁同时存在时使玻璃着成黄褐色。此外，蓝晶石、硅线石和金红石等熔点高、黏度大，难以熔化和均化，在玻璃中会形成条纹和结石。所以，在制造太阳能压延玻璃时，普通石英砂未经过除铁、除重金属等有害物质前，不能使用。

2.1.1.3　硅质原料的基本要求

可供太阳能压延玻璃生产选用的硅质原料成分应符合下列指标，否则带入的杂质就较高：

SiO₂≥99.50%；Fe₂O₃≤0.012%；Al₂O₃≤0.2%；TiO₂≤0.0005%。

生产太阳能压延玻璃的硅质成分原料必须稳定，不得大幅度波动，成分波动应小于下列指标（分析误差除外）：

SiO₂≤±0.1%；Fe₂O₃≤±0.001%； Al₂O₃≤±0.05%。

相邻两批原料之间的成分波动范围不得超过上述波动范围的40%。

硅砂的颗粒度与颗粒组成也是评价硅质原料质量的重要指标。硅砂颗粒大时会导致熔化困难，同时容易产生结石等缺陷；细的颗粒熔化速度快，但过细的砂易飞扬、结块，导致配合料不易混合均匀，同时还常含有较多的黏土，使铁含量增加，而且由于比表面积大，附着的有害杂质也较多。细砂易熔，可减少玻璃的形成阶段的时间，但澄清阶段却费时间，在往窑内投料时，细砂易被燃烧产物带进蓄热室，堵塞格子体，同时也使玻璃成分发生变化，影响玻璃性能。生产太阳能压延玻璃用的石英砂颗粒一般控制在0.1～0.7mm，且0.1～0.5mm的颗粒不应少于90%，0.1mm以下的颗粒不应超过5%，湿法生产的硅砂含水率应小于5%。

2.1.2　引入氧化钠的原料

2.1.2.1　氧化钠的物化性质

氧化钠分子式Na₂O，分子量61.98，密度2.27g/cm³，属于碱金属氧化物原料。

Na₂O是玻璃网络外体氧化物，钠离子（Na⁺）居于网络结构的空穴中。Na₂O提供游离氧使硅氧比值增加，在玻璃结构中主要起断网作用，因而可以大幅度降低配合料的熔化温度，降低玻璃液的黏度，增加玻璃液的高温流动性，使配合料易于熔化，起到助熔作用，是良好的助熔剂。因此，太阳能压延玻璃都需引入Na₂O，但Na₂O含量过多，会增大玻璃的热膨胀系数，使玻璃发脆，降低玻璃的化学稳定性、热稳定性和机械强度，容易使玻璃析碱发霉；由于引入氧化钠的纯碱价格较高，也会增加玻璃生产成本。所以，在钠钙硅酸盐玻璃中，Na₂O不能引入过多，一般不超过玻璃成分的14.5%，随着熔窑耐火材料质量的提高，Na₂O用量有降低的趋势。

2.1.2.2　引入氧化钠的原料及质量要求

引入Na₂O的原料主要是纯碱、芒硝和硝酸钠。

（1）纯碱　

纯碱是玻璃中引入Na₂O的主要原料，而且在玻璃中起到配合料助熔剂的作用。纯碱的主要成分是Na₂CO₃，分子量105.99，理论上含Na₂O 58.53%，CO₂ 41.47%。在熔制时Na₂O转入玻璃，CO₂则逸出进入炉气中。

纯碱分为结晶纯碱（Na₂CO₃·10H₂O）和煅烧（无水）纯碱（Na₂CO₃）两类。纯碱呈白色，易溶于水，含杂质少，常见的杂质有NaCl、Na₂SO₄等。煅烧纯碱又分为轻质纯碱（简称轻碱）和重质纯碱（简称重碱）两种。轻碱密度小（0.5～0.9g/cm³），是细粒的白色结晶粉末（小于0.1mm的颗粒含量大于55%，0.125～0.42mm的颗粒小于45%），在制备配合料和向熔窑投料时易飞扬、分层；混合时易吸湿形成团块，不易与其他原料混合均匀；由于其易飞扬的特性，在火焰的冲刷下易带到蓄热室而侵蚀格子体；由于它的结块，不但使玻璃产生线道，还会延长熔制时间。而重碱的密度大（0.9～1.3g/cm³），是白色细小颗粒，大于1mm的颗粒在5%以内，0.1～1.0mm的颗粒占90%以上，小于0.1mm在5%以下。由于重碱具有高的抗粉碎性和良好的松散性，可确保配合料在混合时的均匀性，在使用时不易飞扬，减少环境污染和对熔窑的侵蚀；重碱与硅砂的粒级分布接近，可减少配合料在输送过程的分层现象；吸潮结块现象比轻碱低75%，有助于配合料的均匀混合；粒度组成与其他原料互相匹配，使熔制时间比轻碱短。因此使用重碱是提高配合料质量、减少碱尘、改善操作环境、缩短熔制时间，减少对耐火材料侵蚀的措施之一。

纯碱易吸潮结块，因此必须存放在干燥通风的库房内，在使用时应进行水分测定。由于在熔制时重质纯碱的飞散挥发量很小，在计算配合料时补充本身质量的0.25%左右即可。

对太阳能玻璃生产来说，所采用的纯碱应符合国家标准GB 210.1—2004《工业碳酸钠及其试验方法　第1部分：工业碳酸钠》中Ⅰ类优等品重质颗粒碱基本指标，外观呈白色，不允许有结块和杂质。质量标准见表2-3。

表2-3　工业碳酸钠质量标准

50kg袋装进厂的纯碱，其外包装采用塑料编织袋，内包装采用聚乙烯塑料薄膜袋；1000kg袋装进厂的，其包装袋应符合GB/T 10454—2000中规定的集装袋要求。

直接开采出来的天然碱由于含有NaCl、Na₂SO₄和CaSO₄等杂质及大量的结晶水，所以，必须加工提纯后方可使用，否则，会加快窑炉耐火材料的侵蚀，而且易形成硫酸盐气泡和“硝水”，给玻璃带来缺陷。尤其是纯碱中NaCl的Cl^-非常活泼，会对耐火材料造成严重侵蚀，因此，选用纯碱时应严格控制NaCl的含量。

（2）芒硝

芒硝在玻璃中除了引入氧化钠，还起到玻璃液澄清剂的作用。

芒硝的主要成分是硫酸钠（Na₂SO₄），分子量142.04，熔点884℃，密度1.48g/cm³，莫氏硬度1.5～2，理论上含Na₂O 43.7%，SO₂ 56.3%。芒硝呈白色或浅绿色细粒结晶或粉状，无臭、无毒，味咸，易溶于水，有吸水潮解性，在使用时应测定水分。芒硝有含水芒硝（Na₂SO₄·10H₂O）和无水芒硝两种，玻璃生产中一般采用无水芒硝。

芒硝类矿产资源又称硫酸钠矿，是一种以含钠硫酸盐类矿物为主要组成的非金属矿产，有固相矿和晶间卤水矿两种，广泛存在于自然界中，储量极为丰富。固相芒硝矿一般边界品位（含硫酸钠）30%，晶间卤水矿一般工业品位（含硫酸钠）50g/L，用露天开采、地下开采或水溶开采，不需选矿。目前已知世界上有30多个国家蕴藏有芒硝矿产资源。中国的芒硝矿资源极为丰富，是优势矿产之一，储量居世界首位。中国芒硝矿储量最丰富的省（区）主要为山西、四川、青海、内蒙古、云南、新疆、湖北和湖南等。芒硝产于干涸的盐湖中，与食盐、石膏等共生。芒硝矿床产于内陆湖泊和海滨半封闭的海湾潟湖里，在干燥炎热的条件下，温度在33℃以上蒸发时，形成无水芒硝。

在引入Na₂O方面，芒硝与纯碱相比有许多缺点：热耗大；对耐火材料的侵蚀大；污染环境；易产生芒硝泡；当还原气氛过多时导致玻璃中三价铁还原成二价铁而着蓝绿色，故通常太阳能玻璃生产中不使用还原剂，而使用氧化剂。芒硝含Na₂O比纯碱低，引入同样质量的Na₂O，所需芒硝量比纯碱量多34%，运输和加工费用相对增加。所以，目前有一些生产线在保证玻璃液澄清的情况下，会尽量减少芒硝用量。一般芒硝含量控制在2.0%～2.5%左右为宜。在纯碱不足时，可提高芒硝含率，以芒硝代替少部分纯碱。

对太阳能玻璃生产来说，所采用的芒硝应符合国家标准GB/T 6009—2014《工业无水硫酸钠》中Ⅰ类一等品以上的质量指标，见表2-4；外观要求呈白色，每袋50kg袋装，内袋为塑料薄膜袋扎口，外袋为塑料编织袋机器缝口进厂，不允许夹有泥土或其他杂质。

表2-4　无水硫酸钠质量标准

（3）硝酸钠

硝酸钠在玻璃工业上用作玻璃的澄清剂、氧化助熔剂、脱色剂及消泡剂。

硝酸钠（NaNO₃）分子量为84.99，密度为2.25g/cm³，理论上含Na₂O 36.5%。硝酸钠是白色三方结晶或菱形结晶或白色细小结晶或粉末；无臭，味咸，略苦，易吸水潮解，溶于水和液氨。

在太阳能压延玻璃使用的原料中，硝酸钠熔点最低，仅为318℃，因此，有利于加速配合料的熔化。

由于硝酸钠是氧化剂，所以当需要氧化气氛的熔制条件时，可使用硝酸钠来调整窑内气氛，并代替芒硝引入一部分Na₂O。此外硝酸钠分解时放出的气体量比纯碱高，有时为了调节配合料的气体率，也常用硝酸钠来代替一部分纯碱。硝酸钠在澄清过程中与其他氧化物共同使用还能起到促进澄清的作用。在使用时应根据侧重点不同进行选用。

硝酸钠的纯度较高，对它的质量要求是：所采用的硝酸钠应符合国家标准GB/T 4553—2016《工业硝酸钠》一般工业型指标中一等品以上的质量指标，见表2-5。

表2-5　硝酸钠质量标准

因为硝酸钠具有强氧化性，与木屑、布、油类等有机物摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸，在储存时易吸水潮解，所以，应使用两层塑料袋或一层塑料袋外加塑料编织袋、乳胶布袋包装，并应储存在干燥通风、远离火种的库房，与还原剂、活性金属粉末、酸类、易（可）燃物等分开存放，切忌混储，防止包装损坏；库房应配备相应品种和数量的消防器材；使用时应轻搬轻放，减少撞击。

2.1.3　引入氧化铝的原料

2.1.3.1　氧化铝物化性质

氧化铝分子式Al₂O₃，分子量101.96，熔点2050℃，莫氏硬度8.8，无臭，无味，易吸潮而不潮解（灼烧过的不吸湿）。两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，几乎不溶于水。真密度3.97g/cm³，白色无定形粉末，0～325目时体积密度0.85g/cm³，120目～
325目时体积密度0.9g/cm³，属于酸性氧化物原料。

Al₂O₃属于玻璃中间体氧化物，在玻璃结构中有四配位和六配位，当玻璃中的Na₂O/Al₂O₃＞1时，形成［AlO₄］四面体，并与［SiO₄］四面体组成连续的结构网。当Na₂O/Al₂O₃＜1时，形成［AlO₆］八面体，为网络外体，处于硅氧网络的空穴中。太阳能压延玻璃中氧化铝含量不会超过2%，所以，氧化铝以铝氧四面体出现在玻璃中。

Al₂O₃参与到二氧化硅网状结构中，能提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、硬度和折射率，增加玻璃的机械强度，并能降低玻璃的热导率和热膨胀系数，降低玻璃的析晶倾向和速度，减弱玻璃的脆性，减轻玻璃液对耐火材料的侵蚀。

当Al₂O₃用量很少时，能形成铝氧四面体，对硅氧网络起补网作用，因而提高了玻璃的耐水性；Al₂O₃还能改善玻璃的成形范围，使玻璃液更易于成形；另外，Al₂O₃的存在有助于氟化物的乳浊。但Al₂O₃的熔化温度比SiO₂高，且Al₂O₃对玻璃液黏度的影响程度比SiO₂大，当其含量过多时（Al₂O₃＞5%），会导致玻璃液的黏度和表面张力大幅度提高，不仅使玻璃的熔化速度减慢（熔化困难）、澄清时间延长，也不利于均化，同时会增加析晶倾向，并易使玻璃原板上出现波筋等缺陷。在太阳能压延玻璃成分中，以SiO₂代替一部分Al₂O₃，有利于玻璃液的熔制和澄清，同时也可避免Al₂O₃的“快凝”而给玻璃带来的线道、波筋和小波纹。

尽管Al₂O₃能改善玻璃的许多性能，但对玻璃的电学性质有不良影响，在硅酸盐玻璃中，当以Al₂O₃取代SiO₂时，介电损耗和电导率会上升，故真空玻璃和电学性能要求高的玻璃（例如铅玻璃）一般不含或含少量Al₂O₃。

普通钠钙硅酸盐平板玻璃成分中Al₂O₃含量一般为0.5%～2.0%，太阳能压延玻璃中通常引入0.8%～1.5%的Al₂O₃。

对硬度、韧性、强度（机械强度、抗压强度、抗冲击强度）、耐磨性和抗划伤等方面有特殊要求的平板玻璃，例如智能手机触摸屏、平板电脑、触控显示终端电子产品盖板材料、防火玻璃及等离子显示屏（PDP）、液晶显示屏（TFT-LCD）用基板玻璃等，可使用铝硅酸盐玻璃，通常其Al₂O₃含量可达4%～12%，甚至可达到13%～20%。

2.1.3.2　引入氧化铝的原料及质量要求

太阳能压延玻璃中引入Al₂O₃的原料有氧化铝粉、氢氧化铝粉、低铁长石粉等。

（1）氧化铝粉

当通过氧化铝粉引进氧化铝时，所使用的氧化铝粉表面必须洁净，不允许夹杂有泥沙及其他矿物质，其化学成分必须稳定。氧化铝粉质量应符合表2-6和表2-7的要求。

表2-6　氧化铝粉化学成分含量要求

表2-7　氧化铝粉颗粒度要求（国际标准筛制）

（2）氢氧化铝粉

当通过氢氧化铝粉引入氧化铝时，所使用的氢氧化铝粉为白色结晶粉末，密度2.34g/cm³，表面必须洁净，不允许其中夹杂有泥沙及其他矿物质，其化学成分必须稳定。氢氧化铝粉质量应符合标准GB/T 4294—2010《氢氧化铝》中AH-2牌号质量标准，其主要成分应达到表2-8和表2-9所列指标。

表2-8　氢氧化铝粉化学成分含量要求

表2-9　氢氧化铝粉颗粒度要求（国际标准筛制）

氧化铝和氢氧化铝均是化工产品，为白色结晶粉末，纯度较高。因其价格较高，一般普通玻璃中不采用，只用于生产对白度和透光率要求较高的光学玻璃、仪器玻璃、高级器皿、温度计玻璃、低铁平板玻璃等。

氧化铝粉和氢氧化铝粉二者间的选择主要是看价格，在使用上，除了氢氧化铝熔化时，熔化部泡界线处有零星沫子外，其他并无差别。

（3）低铁长石粉

长石是钾、钠、钙、钡等碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物，密度2.56～2.77g/cm³，莫氏硬度6～6.5级，熔点1100～1200℃，性脆，有较高的抗压强度，对酸有较强的化学稳定性。长石晶体结构属架状结构，晶形有单斜晶系和三斜晶系两种，其主要成分为SiO₂、Al₂O₃、K₂O和Na₂O等。

长石比纯氧化铝易熔，在与石英及铝硅酸盐共熔时，不但熔融温度低，而且熔融范围宽，即长石除了可以用来引入Al₂O₃，增加Na₂O含量，减少纯碱用量外，还可降低玻璃生产中的熔融温度，起到助熔作用。此外，长石熔融后变成玻璃的过程比较缓慢，析晶能力小，可以防止在玻璃形成过程中析出晶体而破坏制品，长石还可以用来调节玻璃的黏性。

长石按其中所含的主要成分可分为钠长石（Na₂O·Al₂O₃·6SiO₂）、钾长石（K₂O·
Al₂O₃·6SiO₂）、钙长石（CaO·Al₂O₃·6SiO₂）和钡长石（BaO·Al₂O₃·6SiO₂）四种。纯长石在自然界中很少存在，即使是被称为“钾长石”的矿物中，也可能共生或混入一些钠长石，一般把钾长石和钠长石构成的长石矿物称为碱长石（含K₂O多的俗称钾长石，含Na₂O多的俗称钠长石）；由钠长石和钙长石构成的长石矿物称为斜长石；钙长石和钡长石构成的长石矿物称为碱土长石。碱性长石中一般钠长石呈淡白、灰白，钾长石呈褐红、肉红色等色；斜长石为灰白色、深灰色。

我国长石矿资源主要分布在山西、辽宁、安徽、山东、湖南、江西、云南、陕西、甘肃和新疆等地，已探明全国A+B+C级的保有储量为4083万吨，其中尚未开发利用的占半数以上。国内已开采利用的长石矿主要产于伟晶岩，有一部分长石产于风化花岗岩、细晶岩、热液蚀变矿床及长石质砂矿。

常用的是钾长石和钠长石，由于它们属“鸡窝”矿，因矿点及矿位的不同其化学成分波动较大，因此，每批原料一定要经过化学分析加以确定。

由于长石储量有限，加之随着经济的发展对长石需求的增长，高质量的长石越来越少。通常制造太阳能压延玻璃的低铁长石粉表面应干净，不允许在其中夹杂有泥沙及其他矿物质，其化学成分必须稳定。低铁长石粉质量应符合表2-10和表2-11的要求，且成分波动小于以下范围：Al₂O₃≤±0.2%；R₂O（Na₂O+K₂O）＜±0.3%；Fe₂O₃＜±0.01%。

表2-10　低铁长石粉化学成分含量要求

表2-11　低铁长石粉颗粒度要求（国际标准筛制）

长石中含有的K₂O代替部分Na₂O后，除其所具有的“双碱效应”可提高玻璃化学稳定性、改善析晶性能外，还有微弱提高玻璃透光率的效果。

2.1.4　引入氧化钙的原料

2.1.4.1　氧化钙的物化性质

氧化钙（CaO）分子量56.08，熔点2570℃，密度3.2～3.4g/cm³，属于碱土金属氧化物原料。

CaO是生产钠钙硅酸盐玻璃的重要组分之一，由于Ca²⁺游离于网络之外，称为玻璃网络外体氧化物或网络调整体氧化物。

由于CaO中的Ca²⁺的离子半径为0.099nm，Na⁺的离子半径为0.095nm，Ca²⁺与Na⁺的离子半径近似，但Ca²⁺的电荷比Na⁺的电荷多1倍，Ca²⁺比Na⁺大得多，因此，Ca²⁺能强化玻璃结构和限制Na⁺活动，玻璃的化学稳定性、机械强度等性能得到提高。CaO还有一个特殊的性质，即在高温时（774℃以上）能降低玻璃液的黏度，促进玻璃液的熔化；低温度时（774℃以下）能增加玻璃液的黏度，这为调整玻璃料性，提高玻璃硬化速度，高速度拉引玻璃创造了有利条件。但是，CaO含量超过10%时，高温下反而会增加玻璃液的黏度，使玻璃的析晶倾向增大，易使玻璃脆性增加，料性变短，增大成形难度。根据成形工艺不同，通常太阳能压延玻璃中的CaO含量应控制在10%左右，浮法玻璃中的CaO含量控制在8.5%左右，平拉玻璃中的CaO含量介于二者之间。

2.1.4.2　引入氧化钙的原料及质量要求

引入CaO的原料有石灰石、方解石、白云石等，其中石灰石和方解石是太阳能压延玻璃生产常用的原料。

（1）石灰石

石灰石是石灰岩的商品名称，是主要由方解石矿物成分组成的碳酸盐岩。石灰岩主要成分是CaCO₃，CaCO₃分子量为100.09，理论上含CaO 56.03%，CO₂ 43.97%，密度2.6～2.8g/cm³，熔点825℃，莫氏硬度为3级，性脆，小刀能刻动，抗压强度在垂直层理方向一般为60～140MPa，在平行层理方向一般为50～120MPa，松散系数一般为1.5～1.6。成分纯净的石灰石是白色的，但因含有石英、黏土、碳酸镁和氧化铁等杂质，矿石质量降低，呈现灰色。石灰石颜色的深浅同氧化铁的含量有关。石灰石遇稀乙酸、稀盐酸、稀硝酸发生泡沸，并溶解；煅烧至900℃以上（一般为1000～1300℃）时分解放出CO₂，转化为生石灰（CaO），生石灰遇水潮解，并立即形成熟石灰［Ca(OH)₂］，熟石灰溶于水后可调浆，在空气中易硬化。

石灰岩是地壳中分布最广的矿产之一。按其成因，石灰岩可分为生物沉积、化学沉积和次生三种类型；按矿石中所含成分不同，石灰岩可分为硅质石灰岩、黏土质石灰岩和白云质石灰岩三种。石灰岩中方解石成分占95%，伴有少量白云石、菱镁矿和其他碳酸盐矿物，还混有其他一些杂质，其中镁以菱镁矿出现，氧化硅为游离状的石英，氧化铝同氧化硅化合成硅酸铝（黏土、长石、云母），铁的化合物呈碳酸盐（菱镁矿）、硫铁矿（黄铁矿）及游离的氧化物（磁铁矿、赤铁矿）存在；此外还有海绿石，个别类型的石灰岩中还有碱金属化合物以及锶、钡、锰、钛、氟等化合物，但含量很低。

我国是世界上石灰岩资源丰富的国家之一，全国已探明储量的石灰岩储量有504亿吨，适合低铁玻璃使用的优质石灰石主要在广西、湖北等地。低铁玻璃使用的优质石灰石CaO≥54.0%，Fe₂O₃控制在0.008%（80ppm）以内，所采用的矿石，其化学成分必须稳定。

（2）方解石　

当石灰石化学成分全部为CaCO₃时，就称为方解石。理论上含CaO 56.03%，CO₂ 43.97%，莫氏硬度为3级，密度2.715g/cm³，遇稀盐酸剧烈起泡。

方解石是自然界分布极广的一种沉积岩，是组成石灰石和大理石的主要成分，外观呈白色、乳白色，含杂质时则呈灰色、淡黄色等。敲击方解石可以得到很多方形碎块，故名方解。方解石晶体属三方晶系的碳酸钙矿物，常呈复三方偏三角面体及菱面体结晶。方解石的晶体形状多种多样，它们的集合体可以是一簇簇的晶体，也可以是粒状、块状、纤维状、钟乳状、土状等。方解石的色彩随着其中含有的杂质不同而变化，如含铁锰时为浅黄、浅红、褐黑等，但一般多为白色或无色。

我国的方解石矿主要分布在广西、湖北、湖南、江西一带。广西方解石因含铁量低，白度高，酸不溶物少而在国内市场出名。

通常制造太阳能压延玻璃的方解石（石灰石）粉表面应洁净，不允许夹杂有泥沙及其他矿物质，加工粉料所采用的矿石，其化学成分必须稳定。方解石（石灰石）粉质量应符合表2-12和表2-13所列指标要求。

表2-12　方解石（石灰石）粉主要成分含量要求

表2-13　方解石（石灰石）粉颗粒度要求（国际标准筛制）

2.1.5　引入氧化镁的原料

2.1.5.1　氧化镁的物化性质

氧化镁（MgO）分子量40.31，熔点2800℃，密度3.58g/cm³，属于碱土金属氧化物原料。

MgO存在两种配位状态，大多数是八面体配位，与CaO一样属网络外体氧化物，在玻璃中的作用与CaO相似。只有当碱金属氧化物含量较多，且不存在Al₂O₃、B₂O₃等氧化物时，Mg²⁺才有可能处于四面体中，以［MgO₄］进入网络，成为中间体氧化物。

在钠钙硅酸盐玻璃中加入少量的MgO，能加快熔化过程、使玻璃易于澄清，并降低玻璃析晶倾向和析晶速度，MgO含量低于4.0%时，可以提高玻璃的化学稳定性和机械强度，使玻璃具有韧性而坚固耐用，同时增加玻璃的光泽。以低于4.0%的MgO代替CaO，可调整玻璃料性，改善玻璃的成形性能，降低玻璃的硬化速度，降低玻璃的退火温度，缩短玻璃退火时间。MgO过量易产生透辉石析晶，同时会使玻璃产生线道和小波纹。若以高于4%的MgO取代CaO，将使玻璃结构疏松，导致玻璃的化学稳定性、密度、硬度下降。含MgO的玻璃，在水和碱液作用下，玻璃表面易于形成硅酸镁薄膜，在一定条件下会剥落进入溶液，产生脱片现象，所以，目前保温瓶和瓶罐玻璃都尽量少用或不用MgO组分。

MgO对玻璃液的黏度有复杂的影响，当温度高于1060℃或低于620℃时，MgO会使玻璃液的黏度降低；而在620～1060℃，又能使玻璃液黏度增加。因此，玻璃中的MgO含量不宜过高，一般控制在4%左右，在生产超薄玻璃时可相应增加MgO的含量。

2.1.5.2　引入氧化镁的原料及质量要求

太阳能压延玻璃中引入氧化镁的原料主要是白云石。白云石，又称苦灰石，是碳酸镁和碳酸钙的复盐（MgCO₃·CaCO₃），密度2.80～3.20g/cm³，莫氏硬度为3.5～4.0级，具有玻璃光泽，纯白云石理论上含MgO 21.87%，CaO 30.43%，CO₂ 47.70%。常有铁、锰等代替镁，当铁或锰含量超过镁时，称为铁白云石或锰白云石。纯白云石为白色；含铁时呈灰色；风化后呈褐色。白云石常见的伴生矿物有方解石、石英、黄铁矿等，含铁较多时，呈黄色或褐色。

白云石在外观上看非常接近石灰石，事实上，在发现石灰石沉积物的地区，也经常会发现白云石。大多数白云石的沉积物含有一定比例的石灰石。一般说来，人们通常用硬度测试法和酸性测试法来区别石灰石和白云石。酸性测试法是将稀释后的盐酸涂布到石材表面，石灰石反应强烈，而白云石反应不太明显（微微气泡），表面会形成粉状物。如果以上测试效果不明显，则需要做实验室分析。

我国白云石产地较广，低铁白云石主要产地有广西、湖北、湖南、贵州等。

通常太阳能压延玻璃使用的白云石粉料表面必须洁净，不允许夹杂有泥沙及其他矿石等杂质；加工粉料所采用的矿石，其化学成分必须稳定，主要化学成分波动应满足以下要求：MgO＜±0.3%，CaO＜±0.3%，Fe₂O₃＜+0.0005%；主要成分达到表2-14和表2-15所列指标要求。

表2-14　白云石粉主要成分含量要求

表2-15　白云石粉颗粒度要求（国际标准筛制）

白云石和方解石包装方式基本相同，采用下开口单层塑料编织袋包装进厂，包装重量根据工厂上料口情况决定，目前大多数为每袋净含量1000～1500kg的吨包装形式。白云石易吸水，应储存于通风干燥处。

2.1.6　碎玻璃

太阳能压延玻璃生产过程中，各个工艺环节所产生的边角料、破碎的和不合格的玻璃板及社会上回收的成分相近的低铁平板玻璃，均可用作太阳能压延玻璃的原料，统称为碎玻璃或熟料。

采用碎玻璃不但可以废物利用，而且使用合理的话，还可以加速配合料的熔化过程，降低玻璃熔制的能源消耗，从而降低玻璃的生产成本，并提高产量。试验证明，每得到1kg玻璃液，采用碎玻璃熔制比采用配合料可少消耗热能约42%；每增加10%的碎玻璃用量，熔化时可节约2.5%～4.5%的能源。但对钠钙硅酸盐太阳能压延玻璃而言，碎玻璃的掺入量以不超过40%为宜，过多会使玻璃发脆，机械强度降低。笔者建议正常生产时，碎玻璃用量稳定控制在15%～18%为宜，特殊情况可控制在25%左右。

碎玻璃重熔后，二次挥发导致某些组分的含量再次减少，例如重熔后的Na₂O比重熔前平均低0.15%，对于易挥发的组分，如澄清剂、氧化剂、脱色剂，这个差别更大。因此，与同成分的配合料相比，碎玻璃缺少一部分碱金属氧化物和其他易挥发氧化物。所以，碎玻璃使用量较大时，必须适当添加澄清剂，并补充某些易挥发的氧化物。另外，玻璃在熔化过程中，由于玻璃液对耐火材料的侵蚀作用，导致玻璃中的Fe₂O₃和Al₂O₃含量增加。还有一些化学稳定性差的玻璃，由于表面溶解导致玻璃内层与外层组成存在差异。由于这些原因，使用碎玻璃时易引起玻璃液不均匀的现象发生，使玻璃发脆。

当碎玻璃重熔时，其中某些组分会发生热分解并释放出氧气，扩散到周围的气泡中去，氧气随气泡一并逸出玻璃液，导致玻璃缺氧，因此重熔后的玻璃液具有还原性质，对于以变价离子为基础生产颜色的玻璃，缺氧将可能会引起玻璃色泽变化，如热分解会使Fe₂O₃转变为FeO，引起玻璃色泽的变化。有色玻璃重熔时，由于着色成分的挥发，会导致玻璃颜色变浅，某些变价离子电价的改变，也会使玻璃的颜色发生变化。

碎玻璃在配合料中的比例与块度对熔化的时间有重要影响。实践证明，随着碎玻璃加入量的增加，配合料的熔化时间缩短，但碎玻璃加入量过多将延长澄清时间。一般块度在5～60mm、尺寸均匀的碎玻璃熔化较快。块度过大时玻璃液均化困难，影响玻璃板面质量，严重时会在玻璃板上产生波筋；但也不能为粉状，若为粉状会带入过多气体，增加澄清困难。考虑到碎玻璃的加工处理等因素，通常采用5～60mm的块度，同时禁止混入泥土、砖块、石块等杂质。

所以，使用碎玻璃时，除要确定碎玻璃的块度、用量、加入方法和合理的熔化制度，以保证玻璃的快速熔化和均化外，还要补充挥发的损失并调整配方，以保持玻璃成分不变。此外，使用外来碎玻璃时，还要进行筛选、清洗、分类，除去杂质，同时要进行化学分析，根据其化学成分进行配料。

低铁碎玻璃与铁含量高的碎玻璃应分别堆放，不允许两种碎玻璃相互混杂。碎玻璃堆场应有人员进行管理。