梁其尤 袁伟
摘 要：超白玻璃具有良好的光通透性及视觉效果，目前广泛应用于高档建筑、电子信息等领域。下游客户对超白玻璃产品色度要求高，生产过程中易受工艺影响而产生色差问题。本文对超白玻璃着色机理及色度控制技术进行探讨，希望能为改善玻璃色度，提高超白玻璃品质提供指导性作用。
关键词：超白玻璃 色度控制 REDOX
中图分类号：TQ17 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（c）-0089-02
Abstract： Ultra Clear Glass has good optical permeability and visual effects， and is widely used in high-end buildings， electronic information and other fields. The downstream customers have high color requirements for Ultra Clear Glass products， and the color difference is caused by the process of production. This paper discusses the color mechanism and color control technology of Ultra Clear Glass. The hope can improve glass color and improve the quality of Ultra Clear Glass.
Key Words： Ultra clear glass；Color control；REDOX
超白玻璃是近年来新兴的高档建筑材料，在高端建筑、电子信息等领域应用广泛，因其具有较高产品附加值，诸多厂家进入这一生产领域。超白玻璃用户对产品视觉效果要求高，因此对玻璃本体色度有较高要求，本文对玻璃色度产生机理和色度控制进行初步探讨。
1 玻璃颜色产生机理
颜色具有三属性，分别为色相、明度、饱和度，玻璃的颜色同样具有这三种属性。色相取决于玻璃透过或反射的主波长，主波长是光束中产生基本色调的主要波长值，如绿色、黄色等；明度指颜色的深浅差异，人眼对黄绿色最为敏感；饱和度指色彩浓淡程度或鲜艳程度。
玻璃的着色其主要原因在于对光的吸收和光的散射，以光的吸收最为常见。当白光投射在不透明物体上时，一部分波长的光被物体所吸收，另一部分波长的光则从物体表面反射回来，因而呈现出各种不同的颜色。玻璃从着色的机理区分，可分为离子着色、金属胶体着色和硫硒化物着色三大类。超白玻璃主要涉及离子与硫硒化物着色两类，色度控制技术也由此引申讨论。
1.1 离子着色
铁、钒、铬、锰、钴等过渡金属，在玻璃中以离子状态存在时，它们的价电子在不同能级间跃迁，由此引起对可见光的选择性吸收，导致玻璃着色。实际玻璃生产中玻璃的组成、熔制温度、时间、气氛等对离子的着色均有重要影响。 常见离子着色为铁、钴、铬等的着色。超白玻璃生产中，以铁的着色为主，铁在玻璃中以Fe3+和Fe2+存在，玻璃的颜色主要取决于二者之间的平衡状态（Fe2+/Fe3+，即REDOX值），着色强度则取决于铁的含量。Fe2+能使玻璃产生蓝色、蓝绿色，而Fe3+的3d轨道呈半充满状态，故着色能力很弱，使玻璃产生浅黄绿色或黄色，前者在可见光区的吸收能力约为后者的10倍。
1.2 硫、硒及其化合物的着色
硫、硒属于典型的非金属元素，它们可能有-2、0、+4、+6等价态，随玻璃组成、熔制温度和氧化还原条件的变化而发生改变，硫和硒在中性和弱氧化气氛中都能使玻璃着色，单质硫可使玻璃呈现淡黄色，单质硒在中性条件下使玻璃呈现淡紫色。
超白玻璃不含金、银、铜等元素，会有微量的铁、硫等元素，因此玻璃着色以离子着色为主，生产过程中主要围绕如何减轻铁等杂质的着色展开。
2 色度控制技术
2.1 降低玻璃中铁的含量
因玻璃颜色主要由铁产生，降低玻璃中铁含量是色度改善的基础。玻璃中铁的来源主要有原料和系统带铁两部分。普通平板玻璃对色度要求不高，原料中铁含量高，而超白玻璃对色度要求高，总铁含量不宜高于130ppm，因此对原料中铁含量要求较高，为达到总铁要求，主要原料如硅砂须选用低铁硅砂，据统计，硅砂铁每降低1ppm，则可减少引入铁约0.5ppm，建议硅砂铁含量应低于90ppm，优选低于80ppm，其他各成分应尽可能引入低铁原料。
除了通过降低原料中铁含量之外，还应采取各种措施降低原料输送及配料系统引入的杂质铁，如在输送、储存、混合等工序设备表面使用耐磨材料和高分子材料，适当增加除铁器，增加除铁器清理频次等。原料系统铁应低于25ppm。
除了原料中引入铁之外，玻璃熔制过程中，因耐火材料本身含有杂质铁，被侵蚀过程也可能引入铁，因此窑炉耐火材料应选择抗侵蚀、含铁量较低的产品。
2.2 调整铁的价态
不同价态的铁着色能力不同，呈现的色度及透过率也有很大差异，Fe3+呈现黄色、黄绿色，吸收光带极大值在380、420、425nm，Fe2+呈蓝色、蓝绿色，吸收光带极大值为1050nm。
因Fe2+着色能力为Fe3+的10倍，根据这一特点，一种思路是先提高Fe3+比例，可在配方中加入硝酸钠、硝酸钾、氧化鈰等氧化剂，使Fe2+转化为Fe3+，以减弱铁的着色，在此基础上，适当添加其他微量着色剂以中和现有颜色，使玻璃中形成互补色，使玻璃中可见光的各个波段全面均匀地吸收，最终得到很浅的白色，当然这种方法因加入其他微量着色剂，会损失一定的透过率。
另外一种思路则根据超白玻璃客户往往喜欢相对偏蓝颜色特点，因此可采取措施提高Fe2+比例，使玻璃颜色往偏蓝方向发展，REDOX值合理时，玻璃会呈现较自然的白而偏蓝、通透的色度效果。
总体而言，改变玻璃中铁的价态，需从原料配方、熔制温度、熔制气氛、熔制热历史等各方面进行综合调整。
2.2.1 调整玻璃酸碱度
玻璃中碱金属或碱土金属氧化物含量越多，或同等氧化物含量条件下，碱金属或碱土金属离子半径越大，给出游离氧的能力越大，游离氧增加，则有利于着色离子向高价态发展，如Fe2+会向Fe3+变化。
2.2.2 调整熔制温度
根据研究及实践经验，升高熔制温度后，Fe2+比例会升高，当熔制温度1400℃时，FeO比例为14.1%，温度升至1500℃，则FeO会升至31.1%。因升高熔制温度会导致窑炉耐火材料侵蚀加剧等问题，因此需合理把握调整幅度。
2.2.3 调整熔制气氛
熔制气氛对玻璃中离子价态具有重要影响，一般为提高REDOX值，会将气氛往还原方向调整，反之则往氧化方向调整，助燃风调整幅度为3%～8%。因气氛调整会明显影响燃烧效率，对能耗有一定负面影响，亦需综合把握调整。
2.3 物理脱色
通过加入某种微量着色物质，中和原有的颜色，如玻璃原来偏绿，则可增加一些着成红色的物质，使绿色减少，如偏黄，则可增加一些着成蓝色的物质，使黄色减少，常用的物理脱色剂有硒、钴、镍、钕等，加入何种物质及加入量需要进行试验后才能最终确定。脱色剂往往存在不同价态和配位数，其脱色效果不同，调整时需综合配方及熔制工艺考虑。
钴，加入钴可使玻璃着成稍带红的蓝色，钴产生的蓝色可中和玻璃原本的黄色，钴的着色能力非常强，玻璃中钴含量达到0.5ppm即有明显作用，一般钴与硒共同使用。
硒，在中性或弱氧化气氛中，加入硒可使玻璃着成玫瑰红色，中和玻璃中的绿色调。但硒的使用有很多限制，在强氧化性气氛中，硒会受到氧化还原平衡影响，硒会变成无色的硒酸盐，导致脱色失败，在强还原气氛中，可能会与铁化合成硒化物而产生棕色。因此在使用硒时，需严格控制熔制气氛，原料配方，避免脱色失败。
一般超白玻璃将硒、钴配合使用，以同时脱去玻璃本体中的黄、绿色。因硒、钴掺入量很少，为使混合均匀，保证着色效果，要求先将硒、钴与硅砂、纯碱等物料先预混，然后再与其他物料混合。
2.4 减少硫碳着色
超白玻璃多使用芒硝作为澄清剂，碳粉作为还原剂，为提高Fe2+比例，往往会加入大量碳粉，当碳粉加入量超过配合料的0.2%时，可能会生成FeS，产生难看的黄绿色或棕色。为了减少这种影响，需对配方进行优化，减少芒硝、碳粉等用量，同时熔制气氛不能过于还原，尤其是前区气氛，保持在相对中性或偏氧化程度。
3 结论
本文从超白玻璃着色机理出发，并结合生产实践，对超白玻璃色度提出相应控制措施。
（1）降低玻璃中铁含量，超白玻璃着色主要为铁着色，玻璃总含铁量不宜超过130ppm。
（2）调整铁的价态，铁的不同价态其着色能力及颜色有明显差异，要根据色度要求调整铁的价态。
（3）添加物理脱色剂，以中和原玻璃基础色调。
（4）优化减少硫碳着色，调整玻璃的氧化还原性，减少硫碳着色产生条件，以改善玻璃色度。
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