玻璃工業(yè)是支撐國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，經(jīng)過多年發(fā)展，我國玻璃行業(yè)已形成世界較大的產(chǎn)品制造和加工能力，以及包括機械裝備制造、技術(shù)工程服務(wù)等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)配套能力，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大。
超白玻璃作為玻璃家族的“水晶王子”，自面世以來，就被廣泛地應(yīng)用于太陽能、建筑、汽車、電子等行業(yè)。隨著節(jié)能、環(huán)保理念的實施，超白玻璃將憑借優(yōu)越質(zhì)量和產(chǎn)品性能贏得廣闊的應(yīng)用空間和光明的市場前景，同時這也為超白玻璃所需的石英砂提供了發(fā)展機遇。
1、超白玻璃簡介
1.1 超白玻璃內(nèi)涵與特點，
超白玻璃是一種超透明低鐵玻璃，也稱低鐵玻璃、高透明玻璃，有玻璃家族“水晶王子”之稱。具有自爆率低、顏色一致性、可見光透過率高、通透性好、紫外線透過率低等優(yōu)點，是一種高品質(zhì)、多功能的新型玻璃品種。
1.2 超白玻璃的應(yīng)用
按工藝流程不同，超白玻璃可分為超白壓延玻璃和超白浮法玻璃。優(yōu)越質(zhì)量和產(chǎn)品性能使超白玻璃擁有廣闊的應(yīng)用空間和光明的市場前景。
超白玻璃的成分要求及主要應(yīng)用
| 超白玻璃的成分要求（單位：wt%） | ||||||
| 化學(xué)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 |
| 超白玻璃的主要應(yīng)用 | ||||||
| 超白玻璃 | 超白壓延玻璃 | 太陽能電池組、平板集熱器、玻璃幕墻等。 | ||||
| 超白浮法玻璃 | 建筑物內(nèi)外裝飾、博物館陳列櫥、溫室采光大棚、玻璃家具、水晶制品、太陽能光電幕墻等。 | |||||
2、超白玻璃用石英砂
2.1 石英砂
玻璃生產(chǎn)所需的石英原料有天然石英砂、石英砂巖、石英巖和脈石英等。而工業(yè)上常將石英砂分為：普通石英砂、精制石英砂、高純石英砂、熔融石英砂及硅微粉等。
石英砂的主要分類
| 類型 | SiO2 | Fe2O3 | 粒度范圍 | 其他特性 |
| 普通石英砂 | 90%-99% | 0.02%-0.06% | 5-220目 | 外觀部分大顆粒，表面有黃皮包囊 |
| 精制石英砂 | 99%-99.5% | 0.015%-0.02% | 5-480目 | 外觀白色或結(jié)晶狀 |
| 高純石英砂 | 9.5%-99.9% | ≤0.001% | 1-0.5mm、0.5-0.1mm、0.1-0.01mm、0.01-0.005mm | 采用優(yōu)良天然石英石，經(jīng)過精心挑選、精細加工而成 |
| 熔融石英砂 | 99.9%-99.95% | 5PPM-25PPM | 無色透明塊狀、顆粒或白色粉末 | Li2O 1-2PPM、Al2O3 20-30PPM、K2O 20-25PPM、Na2O 10-20PPM |
硅微粉的化學(xué)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質(zhì)量要求高，尤其對鐵的含量要求非常苛刻。鐵含量超標，石英砂熔制過程的熱力學(xué)不容易控制，將嚴重影響玻璃制品的透光性，致使透光性能降低。含鐵氧化物能夠吸收其產(chǎn)生的熱輻射，造成玻璃液對流困難，使熔制和澄清難度大大增加。
超白玻璃用石英砂要求（單位：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 |
超白玻璃生產(chǎn)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純方法
在石英形成并生長的過程中，由于溫度和壓力等外部因素的影響，不同地區(qū)的石英礦中一般情況下都會包含大量的雜質(zhì)，很少能找到未經(jīng)處理就可以滿足玻璃生產(chǎn)用的原料礦源。而超白玻璃對生產(chǎn)用石英砂的要求嚴格，石英砂中Fe雜質(zhì)含量≤150ppm是工業(yè)生產(chǎn)超白玻璃的前提。所以超白玻璃用石英砂通常需要進行除鐵提純。
目前，石英砂提純的物理方法主要有水洗、分級脫泥、機械擦洗、電選、超聲波輔助、微波輔助、磁選和浮選；化學(xué)方法有酸浸（有機酸和無機酸）、堿浸和微生物浸出。
3.1 水洗和分級脫泥
因石英砂的粒度一般遠大于黏土礦物的粒度，簡單的水洗就可以去除石英砂中的粘土礦物。同時，隨著石英砂顆粒變細，顆粒中的重礦物和長石含量較大，它們不像石英那樣耐風化，鐵質(zhì)和鋁質(zhì)等雜質(zhì)品位反而升高，SiO2的品位隨之降低，故石英砂的水選和分級脫泥，不僅可去除黏土礦物，而且還除去0.1mm以下的細粒礦物。但對于石英砂表面的薄膜鐵難以去除。
3.2 擦洗
擦洗是通過用機器來增加外部的作用力提高石英砂顆粒之間的相互碰撞，繼而使砂粒之間產(chǎn)生了磨削力，使其表面粘附的薄膜鐵和泥土雜質(zhì)與砂粒分離。
目前，擦洗主要有攪拌擦洗和棒磨擦洗。攪拌擦洗因其影響因素太多，同時砂子的強磨性，對設(shè)備的耐磨性提出了很高的要求。故攪拌擦洗的提純效果不太理想。然而與攪拌擦洗相比，棒磨擦洗不僅可以去除石英砂表面的雜質(zhì)，而且可去除不均勻處及微小縫隙處的雜質(zhì)，幾乎是攪拌擦洗的兩倍，然而對于石英砂表面的薄膜鐵難以去除，故它只是石英砂預(yù)處理的一種方法。
3.3 電選
由于各種礦物都存在不同的電性，在石英砂中存在的雜質(zhì)因為自身的相對電阻、介電常數(shù)和電導(dǎo)率的不同。根據(jù)礦物雜質(zhì)組成和性質(zhì)上的差別，對其施加一定的電場作用，使被選礦物中的導(dǎo)體雜質(zhì)分離出來。
3.4 磁選
磁選法的優(yōu)點是選擇性強，在保持有效地去除雜質(zhì)的同時，還能獲得很高的石英砂產(chǎn)量。去除的雜質(zhì)主要有以磁鐵礦為主的強磁性礦物和以赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等為主的弱磁性雜質(zhì)礦物。另外，除鐵效果與石英砂粒度也有一定關(guān)系，石英砂的顆粒度越小，磁選的除鐵效果越好。
3.5 浮選
浮選是一種通過加入表面活性劑來改變不同礦物顆粒表面的物理和化學(xué)性質(zhì)，使它們的差異擴大，從而在溶液中把不同的雜質(zhì)浮選上來。浮選也能夠把石英砂中伴生的鐵礦物和含鐵礦物分離出來。
3.6 酸浸
酸浸法是利用石英砂性質(zhì)穩(wěn)定，且其在各種酸中都不溶（ HF除外），而石英中的雜質(zhì)礦物溶解在酸液中這一特征來設(shè)計提純工藝，進一步提純石英。酸浸法常使用的酸有HCl、H2SO4、HNO3和HF等無機酸和有機酸草酸。
影響酸浸提純效果的主要因素是酸的組成、酸的濃度及用量、溫度、時間等。經(jīng)過酸浸，可得到純度達99.99%的高純石英砂甚至高純石英砂。
3.7 微生物浸出
微生物法除鐵是新發(fā)展起來的一種技術(shù)。微生物法除鐵時間長，對菌種和培養(yǎng)基的要求高，目前處于實驗室和小型試驗的研究階段。
石英砂的提純技術(shù)除了常見的幾種外，還有靜電提純技術(shù)、輻射提純技術(shù)等。靜電提純技術(shù)是以礦物的不同電導(dǎo)率為基礎(chǔ)進行提純，主要是為分離長石和石英。輻射提純技術(shù)是以礦物中的一些元素的特殊性質(zhì)，作為一種新方法，特別適用于塊狀物的分選。
在實際應(yīng)用中，水洗和分級脫泥、擦洗除鐵法簡單，成本低，生產(chǎn)量大，作為前處理工作，適用于大規(guī)模生產(chǎn)；酸浸法除鐵成本高、工藝復(fù)雜，但通過酸浸法可將低品位的礦源提純到高品位；通常情況下只單獨使用一種方法就可以達到生產(chǎn)合格石英砂的情況很少，往往是物理方法和化學(xué)方法相結(jié)合，從而達到提純標準。
4、超白玻璃用石英砂市場前景分析
4.1 產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向帶來的發(fā)展機遇
建筑節(jié)能是一項綜合性的系統(tǒng)工程，而科學(xué)合理地使用具有節(jié)能、環(huán)保特性的加工玻璃則是這一系統(tǒng)工程中重要的環(huán)節(jié)之一。
近年來，相關(guān)利好政策陸續(xù)出臺。如國辦發(fā)[2016]34號文件《關(guān)于促進建材工業(yè)穩(wěn)增長調(diào)結(jié)構(gòu)增效益的指導(dǎo)意見》中明確指出：鼓勵整合玻璃用硅砂、石英砂和砂石骨料用尾礦、廢石等資源，提高綜合利用水平；建材工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（ 2016-2020年）中明確指出：要大力發(fā)展超白玻璃及石英玻璃制品、耐火材料和建筑衛(wèi)生陶瓷等行業(yè)；工信部規(guī)[2016]344號文件《產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力發(fā)展規(guī)劃（ 2016~2020年）》中明確指出：要發(fā)展平板玻璃、建筑衛(wèi)生陶瓷和耐火材料等建材行業(yè)。利好政策的出臺無疑給玻璃行業(yè)、石英砂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的政策環(huán)境，為其發(fā)展提供了機遇。
4.2 市場導(dǎo)向帶來的發(fā)展機遇
中國的玻璃工業(yè)是全球較大的，當然對石英砂的需求量也是非常巨大的，玻璃市場占據(jù)了工業(yè)石英砂的主要部分。可以說超白玻璃的行業(yè)狀況決定了低鐵石英砂的市場需求和發(fā)展前景。近些年超白玻璃行業(yè)的蓬勃發(fā)展為低鐵石英砂的研究和生產(chǎn)帶來了機遇。
隨著經(jīng)濟發(fā)展方式和需求結(jié)構(gòu)升級，傳統(tǒng)玻璃產(chǎn)品需求將保持基本平穩(wěn)或略有下降的態(tài)勢，節(jié)能玻璃、特種玻璃等需求量繼續(xù)增長。預(yù)計“十三五”期間，玻璃加工產(chǎn)品平穩(wěn)增長，特別是高性能節(jié)能玻璃發(fā)展迅速，2020年玻璃深加工率預(yù)計將達到60%。
隨著國際光伏組件制造向中國轉(zhuǎn)移，2006年以來超白壓延玻璃發(fā)展迅速，截至2015年底，國內(nèi)共有76座熔窯、169條超白壓延玻璃生產(chǎn)線，總規(guī)模已達22850t/d。太陽能壓延玻璃企業(yè)的生產(chǎn)集中度處于較高水平，據(jù)中國建筑玻璃與工業(yè)玻璃協(xié)會統(tǒng)計，我國前五位太陽能超白壓延玻璃制造企業(yè)占全國太陽能超白壓延玻璃市場份額的57.6%。
隨著我國電子、航空航天和建材等行業(yè)的不斷發(fā)展，對高純石英砂的需求也在不斷增加。市場研究機構(gòu)AcuteMarkets發(fā)表報告稱，聚焦式太陽能發(fā)電（ Concentrating Solar Power-CSP）用低鐵超白玻璃將從2013年市場總額的3.55億美元增長至2020年的113億美元，將占2020年全部玻璃市場總額的15%，市場總額與汽車玻璃相當。超白玻璃需求加大之下必將帶動石英砂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
小結(jié)
近年來，我國的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)以200%的速度迅猛發(fā)展，建筑節(jié)能政策力度在加大，建筑規(guī)范化管理標準與玻璃行業(yè)科技水平不斷提高，發(fā)展超白玻璃已經(jīng)勢在必行。
目前，盡管國內(nèi)超白石英砂的開發(fā)技術(shù)有一定的突破，但仍然沒有完全擺脫對資源的較大依賴，我國可以用來生產(chǎn)超白玻璃的原料資源越來越少，這對超白玻璃的長久發(fā)展將會起到限制作用。我國對石英砂選礦提純技術(shù)的研究卻起步較晚，且國內(nèi)大部分石英砂都需要經(jīng)過選礦提純處理后才能被應(yīng)用。要獲得更多的低鐵石英砂，就需要更為先進的提純方法，石英砂的深度提純技術(shù)開發(fā)亟待加強。
