史小榮

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730314）

0 前言

隨著人們生活水平的不斷提高、科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及玻璃工藝的不斷改進(jìn)，人們對(duì)玻璃的質(zhì)量和性能提出了更高的要求。鑒于此，改進(jìn)玻璃生產(chǎn)工藝，提高玻璃質(zhì)量和性能是我國(guó)玻璃行業(yè)從業(yè)人員的首要任務(wù)。玻璃缺陷對(duì)玻璃的質(zhì)量有致命的影響。通過(guò)顯微鏡下觀察和判斷玻璃結(jié)石，找出結(jié)石的成因和位置，從而指導(dǎo)生產(chǎn)，減少結(jié)石的產(chǎn)生，提高玻璃質(zhì)量。

1 玻璃結(jié)石的主要來(lái)源

玻璃缺陷通常包括氣泡、玻筋、結(jié)石等，尤其是結(jié)石，它對(duì)玻璃的質(zhì)量和性能影響很大，是玻璃的主要缺陷。玻璃結(jié)石的來(lái)源主要有三種：一種是由原料形成的配合料中的粉料未完全熔化時(shí)而形成的結(jié)石，未完全熔化的配合料粉料冷卻后進(jìn)入成型部留在液態(tài)玻璃中即成結(jié)石。第二種來(lái)源主要是砌筑玻璃池窯時(shí)用的耐火材料。由于高溫玻璃液在玻璃池窯內(nèi)并不是固定不動(dòng)的，移動(dòng)的玻璃液會(huì)侵蝕窯內(nèi)的耐火材料，特別是玻璃液面附近的耐火材料更容易被腐蝕，被腐蝕的耐火材料進(jìn)入玻璃池窯中并形成結(jié)石。第三是在玻璃形成時(shí)，玻璃溶液中析出的結(jié)晶物質(zhì)的反玻璃化現(xiàn)象，使玻璃失去其清晰透明的性質(zhì)而形成的結(jié)石，我們稱(chēng)之為析晶結(jié)石，又稱(chēng)失透結(jié)石。

通過(guò)對(duì)玻璃結(jié)石來(lái)源的分析研究，查清玻璃結(jié)石的化學(xué)成分和礦物組成，確定了玻璃結(jié)石的成因和位置，我們就可以制定出相應(yīng)的防止和預(yù)防產(chǎn)生玻璃結(jié)石的措施。

2 玻璃結(jié)石的檢驗(yàn)方法

常見(jiàn)的玻璃結(jié)石檢測(cè)方法有常規(guī)的光學(xué)顯微鏡分析法、化學(xué)分析法、X射線物相分析法、電鏡結(jié)構(gòu)形態(tài)分析法等。而玻璃結(jié)石的光學(xué)顯微鏡分析法是最常見(jiàn)、快速、有效的方法。

研究礦物的光學(xué)顯微鏡主要有偏光顯微鏡和反光顯微鏡，。偏光顯微鏡主要用于系統(tǒng)地鑒定透明晶體。而反光顯微鏡主要用來(lái)研究不透明晶體對(duì)光的反射。玻璃中的結(jié)石主要是由原料中的礦物、耐火材料和玻璃液中析出的晶體組成，它們都是透明晶體。因此，我們主要用偏光顯微鏡來(lái)對(duì)玻璃中的結(jié)石進(jìn)行研究。

2.1 肉眼手標(biāo)本分析

為了用偏光顯微鏡來(lái)研究玻璃結(jié)石中的礦物，第一步應(yīng)該在結(jié)石手標(biāo)本的肉眼分析的基礎(chǔ)上粗略地確定玻璃結(jié)石的來(lái)源。我們可以用肉眼觀察結(jié)石的顏色、周?chē)h(huán)境、存在部位及外貌特點(diǎn)等。一般來(lái)說(shuō)，粉料結(jié)石在玻璃中主要為未熔顆粒物形成的疙瘩，結(jié)石的周?chē)ǔ１蝗榘咨鼑捎诮Y(jié)石的邊緣不斷被溶解而變圓，但容易形成以結(jié)石為中心的環(huán)形條紋或玻筋。有時(shí)在白色結(jié)石疙瘩周?chē)鷷?huì)聚集有較大氣泡。有時(shí)在放大鏡下可以看到乳白色的長(zhǎng)橢圓形結(jié)石，就像水紋一樣，它們是由不溶性芒硝顆粒聚集而形成的芒硝泡結(jié)石。析晶結(jié)石通常也呈現(xiàn)乳白色，但是大部分都位于玻璃制品的表面。耐火材料結(jié)石由于組成不同，顏色和形狀也會(huì)有所不同，硅質(zhì)耐火材料結(jié)石，它們大多數(shù)表面的針狀結(jié)晶物質(zhì)是磷石英，且因?yàn)楣栀|(zhì)耐火材料含有鐵，所以結(jié)石通常是黃綠色的，并且伴有條紋和節(jié)瘤，經(jīng)常是水滴狀的；粘土質(zhì)耐火材料結(jié)石通常呈淺灰白色；莫來(lái)石形成的結(jié)石常呈青灰色和深棕色，常會(huì)伴有一些氣泡，肉眼可看見(jiàn)針狀結(jié)晶礦物。

肉眼手標(biāo)本分析玻璃結(jié)石中的特征性結(jié)石，基本上是準(zhǔn)確的，但肉眼鑒定一般只是作為進(jìn)一步分析的參考。

2.2 單偏光鏡下的分析

在肉眼鑒定的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步根據(jù)玻璃的成分和結(jié)石的來(lái)源，就可以初步判斷出可能的結(jié)石礦物。然后用切割機(jī)將結(jié)石部位切割下來(lái)，先將一面用磨片機(jī)磨光，再用光學(xué)樹(shù)膠或者是加拿大樹(shù)膠將磨光的這一面粘在載玻片上，再磨另一面，磨至礦片厚約0.03毫米為止，在蓋玻片上涂上樹(shù)膠，蓋上蓋玻片，形成礦物薄片。這時(shí)，就可以把礦物薄片拿到顯微鏡下進(jìn)行觀察。

圖1 礦物薄片的切面圖

抽出上偏光鏡，形成單偏光顯微鏡，在單偏光鏡下對(duì)礦物薄片進(jìn)行整體的瀏覽，觀察結(jié)石和玻璃相的顏色、多色性、晶體的完善程度、各種不同晶體的形態(tài)、晶體的分布情況以及晶體的解理、等級(jí)、突起、折射率范圍等等，對(duì)于某些結(jié)石就可以鑒定出來(lái)。比如樹(shù)枝狀的磷石英，羽毛狀和羽扇狀的失透石，還有骨架狀的方石英等，粉紅色針狀礦物多為莫來(lái)石。對(duì)于結(jié)石薄片整個(gè)結(jié)構(gòu)的觀察，還可以確定某些結(jié)石的來(lái)源，如粉料結(jié)石一般聚集成團(tuán)，析晶結(jié)石的礦物晶體相對(duì)分散，由耐火材料形成的結(jié)石，其周?chē)牟Ａ嘁话銥榫G色。

圖2 磷石英

圖3 方石英

2.3 正交鏡下的研究

在單偏光鏡的基礎(chǔ)上，把上偏光鏡推入，就可以與下偏光鏡形成正交偏光鏡。在正交偏光鏡下，我們可以觀察到結(jié)石礦物的干涉色、判斷出礦物的消光類(lèi)型、測(cè)出消光角以及礦物的延性和雙晶等。有些結(jié)石礦物在單偏光鏡下具有相似的光學(xué)性質(zhì)，比如柱狀的硅灰石和透輝石，在單偏光鏡下，其特性非常接近，很難區(qū)分。此時(shí)，我們就需要借助正交偏光鏡來(lái)進(jìn)一步確定。在正交顯微鏡下，硅灰石是平行消失的，而透輝石卻是斜消光的；硅灰石是負(fù)延性的，而透輝石是正延性的。

一般來(lái)說(shuō)，玻璃中的結(jié)石礦物比較細(xì)小，很難看到礦物的干涉圖，而結(jié)石礦物的軸性和光性也很不容易測(cè)定。因此，在一般情況下，我們不需要確定結(jié)石礦物的軸性和光性。但對(duì)于個(gè)別礦物，當(dāng)在單偏光鏡下的形態(tài)和光學(xué)性質(zhì)非常相似時(shí)，這時(shí)我們就需要確定它們的光學(xué)性質(zhì)和軸性來(lái)做區(qū)分。例如，表面已磷石英化的未熔石英顆粒，它與一種霞石在單偏光顯微鏡下都是無(wú)色的，表面有毛刺狀的細(xì)小針狀晶體，為負(fù)突起；在正交鏡下均呈1級(jí)灰干澀色，負(fù)延性。也就是說(shuō)，它們的光學(xué)性質(zhì)、形態(tài)都非常相似，很難區(qū)分。此時(shí)，我們就需要分別測(cè)出它們的軸性、光性來(lái)區(qū)分它們，磷石英為二軸晶正光性，而霞石為一軸晶負(fù)光性。

圖4 透灰石

圖5 硅灰石

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)肉眼鑒定，結(jié)合單偏光鏡和正交鏡下的分析，我們就可以基本上確定結(jié)石礦物的名稱(chēng)。再結(jié)合玻璃生產(chǎn)過(guò)程中的具體情況，就可以提出對(duì)結(jié)石來(lái)源的分析意見(jiàn)，來(lái)調(diào)節(jié)和指導(dǎo)生產(chǎn)。

當(dāng)然，隨著人們對(duì)玻璃性能和質(zhì)量的不斷深入研究，陸續(xù)出現(xiàn)了很多新的測(cè)試方法和測(cè)試儀器。比如，X射線法可以直接進(jìn)行礦物巖相分析，測(cè)定出礦物組成，也可以對(duì)結(jié)石進(jìn)行X射線能譜拍攝，進(jìn)行對(duì)比，確定出結(jié)石礦物；電子探針可以進(jìn)行小結(jié)石的微區(qū)化學(xué)成分分析；以及激光技術(shù)的應(yīng)用，利用速度為60m/s的激光束掃描玻璃表面，就可以檢測(cè)出0.1mm的缺陷等等。無(wú)論采用哪種檢測(cè)方法，都對(duì)提高玻璃制品的質(zhì)量起到了很好的保障作用。