在顯微鏡下對玻璃結石的研究

史小榮

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730314）

0 前言

隨著人們生活水平的不斷提高、科學技術的不斷發展以及玻璃工藝的不斷改進，人們對玻璃的質量和性能提出了更高的要求。鑒于此，改進玻璃生產工藝，提高玻璃質量和性能是我國玻璃行業從業人員的首要任務。玻璃缺陷對玻璃的質量有致命的影響。通過顯微鏡下觀察和判斷玻璃結石，找出結石的成因和位置，從而指導生產，減少結石的產生，提高玻璃質量。

1 玻璃結石的主要來源

玻璃缺陷通常包括氣泡、玻筋、結石等，尤其是結石，它對玻璃的質量和性能影響很大，是玻璃的主要缺陷。玻璃結石的來源主要有三種：一種是由原料形成的配合料中的粉料未完全熔化時而形成的結石，未完全熔化的配合料粉料冷卻后進入成型部留在液態玻璃中即成結石。第二種來源主要是砌筑玻璃池窯時用的耐火材料。由于高溫玻璃液在玻璃池窯內并不是固定不動的，移動的玻璃液會侵蝕窯內的耐火材料，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入玻璃池窯中并形成結石。第三是在玻璃形成時，玻璃溶液中析出的結晶物質的反玻璃化現象，使玻璃失去其清晰透明的性質而形成的結石，我們稱之為析晶結石，又稱失透結石。

通過對玻璃結石來源的分析研究，查清玻璃結石的化學成分和礦物組成，確定了玻璃結石的成因和位置，我們就可以制定出相應的防止和預防產生玻璃結石的措施。

2 玻璃結石的檢驗方法

常見的玻璃結石檢測方法有常規的光學顯微鏡分析法、化學分析法、X射線物相分析法、電鏡結構形態分析法等。而玻璃結石的光學顯微鏡分析法是最常見、快速、有效的方法。

研究礦物的光學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地鑒定透明晶體。而反光顯微鏡主要用來研究不透明晶體對光的反射。玻璃中的結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對玻璃中的結石進行研究。

2.1 肉眼手標本分析

為了用偏光顯微鏡來研究玻璃結石中的礦物，第一步應該在結石手標本的肉眼分析的基礎上粗略地確定玻璃結石的來源。我們可以用肉眼觀察結石的顏色、周圍環境、存在部位及外貌特點等。一般來說，粉料結石在玻璃中主要為未熔顆粒物形成的疙瘩，結石的周圍通常被乳白色包圍，由于結石的邊緣不斷被溶解而變圓，但容易形成以結石為中心的環形條紋或玻筋。有時在白色結石疙瘩周圍會聚集有較大氣泡。有時在放大鏡下可以看到乳白色的長橢圓形結石，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石。析晶結石通常也呈現乳白色，但是大部分都位于玻璃制品的表面。耐火材料結石由于組成不同，顏色和形狀也會有所不同，硅質耐火材料結石，它們大多數表面的針狀結晶物質是磷石英，且因為硅質耐火材料含有鐵，所以結石通常是黃綠色的，并且伴有條紋和節瘤，經常是水滴狀的；粘土質耐火材料結石通常呈淺灰白色；莫來石形成的結石常呈青灰色和深棕色，常會伴有一些氣泡，肉眼可看見針狀結晶礦物。

肉眼手標本分析玻璃結石中的特征性結石，基本上是準確的，但肉眼鑒定一般只是作為進一步分析的參考。

2.2 單偏光鏡下的分析

在肉眼鑒定的基礎上，進一步根據玻璃的成分和結石的來源，就可以初步判斷出可能的結石礦物。然后用切割機將結石部位切割下來，先將一面用磨片機磨光，再用光學樹膠或者是加拿大樹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，在蓋玻片上涂上樹膠，蓋上蓋玻片，形成礦物薄片。這時，就可以把礦物薄片拿到顯微鏡下進行觀察。

圖1 礦物薄片的切面圖

抽出上偏光鏡，形成單偏光顯微鏡，在單偏光鏡下對礦物薄片進行整體的瀏覽，觀察結石和玻璃相的顏色、多色性、晶體的完善程度、各種不同晶體的形態、晶體的分布情況以及晶體的解理、等級、突起、折射率范圍等等，對于某些結石就可以鑒定出來。比如樹枝狀的磷石英，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石。對于結石薄片整個結構的觀察，還可以確定某些結石的來源，如粉料結石一般聚集成團，析晶結石的礦物晶體相對分散，由耐火材料形成的結石，其周圍的玻璃相一般為綠色。

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，我們可以觀察到結石礦物的干涉色、判斷出礦物的消光類型、測出消光角以及礦物的延性和雙晶等。有些結石礦物在單偏光鏡下具有相似的光學性質，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，很難區分。此時，我們就需要借助正交偏光鏡來進一步確定。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；硅灰石是負延性的，而透輝石是正延性的。

一般來說，玻璃中的結石礦物比較細小，很難看到礦物的干涉圖，而結石礦物的軸性和光性也很不容易測定。因此，在一般情況下，我們不需要確定結石礦物的軸性和光性。但對于個別礦物，當在單偏光鏡下的形態和光學性質非常相似時，這時我們就需要確定它們的光學性質和軸性來做區分。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色的，表面有毛刺狀的細小針狀晶體，為負突起；在正交鏡下均呈1級灰干澀色，負延性。也就是說，它們的光學性質、形態都非常相似，很難區分。此時，我們就需要分別測出它們的軸性、光性來區分它們，磷石英為二軸晶正光性，而霞石為一軸晶負光性。

圖4 透灰石

圖5 硅灰石

3 結語

根據肉眼鑒定，結合單偏光鏡和正交鏡下的分析，我們就可以基本上確定結石礦物的名稱。再結合玻璃生產過程中的具體情況，就可以提出對結石來源的分析意見，來調節和指導生產。

當然，隨著人們對玻璃性能和質量的不斷深入研究，陸續出現了很多新的測試方法和測試儀器。比如，X射線法可以直接進行礦物巖相分析，測定出礦物組成，也可以對結石進行X射線能譜拍攝，進行對比，確定出結石礦物；電子探針可以進行小結石的微區化學成分分析；以及激光技術的應用，利用速度為60m/s的激光束掃描玻璃表面，就可以檢測出0.1mm的缺陷等等。無論采用哪種檢測方法，都對提高玻璃制品的質量起到了很好的保障作用。