浅谈电光源玻璃

引言

玻璃的类型、化学成分与结构特点电光源玻璃是制造光源设备、电器元件的主要材料之一。自从爱迪生发明电灯以来，白炽灯、荧光灯等被广泛使用。随着光源工业的迅猛发展，对于光源的主要材料，电光源用玻璃行业也得到了迅速发展，各类光源玻璃类型不断推出。由于电光源多使用铅玻璃，容易造成污染。出于环保的压力，玻璃行业面临更新生产工艺的要求。全球三大照明产品生产公司：飞利浦、Osrom(西门子全资的子公司)、GE以及我国许多大的光源玻璃生产厂也在不断的开发新型玻璃品牌以适应国际市场的需求。节约电能，保护环境，满足人们对照明质量越来越高的要求是绿色照明的宗旨。但是，随着各类新型节能电光源的问世，其生产和使用过程中所带来的有害物质对环境的污染也应引起人们的关注。

1玻璃的类型、化学成分与结构特点

玻璃通常以化学成分或用途进行分类。按玻璃的化学成分不同，玻璃可分为钠玻璃、钾玻璃、铅玻璃、硼硅玻璃、石英玻璃、铝硅玻璃、微晶玻璃、仿景泰蓝玻璃、光色玻璃、金星玻璃等。钠玻璃钠玻璃通称为普通玻璃，主要成分中，SiO占72%，NaO占l5%。其机械强度、热稳固性、化学稳固性都较差，但易于熔制加工，价格低廉，广泛利用于制作一般窗玻璃、包装瓶和低档日用器皿。

1.1常见玻璃的特点

钾玻璃又称硬质玻璃，与钠玻璃成分上的主要差别是以KaO代替了NaO，并提高了SiO的含量。其硬度、光泽度较佳，强度、耐热性、化学稳固性均比钠玻璃好，多用于制作化学仪器和精美的日用器皿。铅玻璃又称光学玻璃、晶质玻璃。其主要成分中，SiO约占68%，PbO占15%～35%。铅玻璃能拦阻X射线，具有很强的折光性和光泽度，硬度较低，易于加工，敲击时能发出悦耳的金属声。铅玻璃最适于制作光学仪器、艺术品和高档日用器皿。

(3)硼硅玻璃

硼硅玻璃中，SiO占80%，BO占l4%。它具有很高的耐热性和化学稳固性(如良好的抗冷热急变、无污染及抗酸碱性能)，有较好的强度、光泽度和绝缘性，适于制作优质理化实验仪器、烹调器皿(如耐热玻璃煮锅)、电气器具(如电光源及电子工业用玻璃)、药用玻璃包装容器、保温瓶胆、温度计以及化工防腐管道与设备等。

(4)石英玻璃

石英玻璃有“玻璃王”之称，成分几乎是SiO。石英玻璃有透明和不透明两种，透明者以水晶为原料，不透明者以纯净石英砂为原料。它具有极高的耐热性、化学稳固性和较高的强度、耐磨性及绝缘性，能透过紫外线，耐受l200℃高温，耐急热温度差高达l000℃。石英玻璃主要用于制作耐高温装置和特种仪器，如医用紫外线杀菌灯等。

(5)铝硅玻璃

铝硅玻璃的首要成分是SiO和AlO。它具有很高的耐热性、化学稳固性和强度，多用于制作直接用火焰加热的烹饪器皿。

(6)微晶玻璃

除上述外，仿景泰蓝玻璃是以普通玻璃为基本成分，加入适量的氧化铜和氧化钴而得的玻璃，多用于制作装饰品，如花瓶、工艺蜡烛台等。光致变色玻璃中含有卤化银胶体光敏剂，具有被光照射后变暗或着色的特征，常用于制作变色眼镜、光开关、全息照相以及装饰材料等。金星玻璃有铬金星玻璃和铜金星玻璃两种，它们分别含有氧化铬、氧化亚铜等折射率较高的晶体，具有闪金星的特性，常用于制作装饰品、工艺品等。

石英玻璃是电光源、半导体、光通信、激光技术的基础材料，誉有“玻璃王”之称，是高强度气体放电灯的良好泡壳材料。以前中国的石英玻璃工业是空白，通过多年的技术创新，现在中国石英玻璃工业的主要生产技术和装备已达到世界先进水平，拉管直径由Ф400mm，单台炉产量由50t提高到200t，2008年电光源石英玻璃产量3万余吨，是1975年产量的174倍，已占世界总产量的70%。

石英玻璃按制造热源不同分为两类:一是电熔石英玻璃，主要用于电光源产品;二是气炼石英玻璃，主要用于半导体工业。中国石英玻璃工业改革开放以来取得了长足的进步，现有多种型号连熔炉240台，有力地推动高强度气体放电灯的发展。按石英管直径分为三档:小直径3～60mm，中等直径61～200mm。大口径201～400mm，现在电光源石英玻璃的品种有10余个。按用途分类有：碘钨灯用石英管、汞灯用石英管、无臭氧石英管、截紫外石英管、低熔点石英管、红外加热用石英管、彩色石英管、超高压汞灯用石英管、金卤灯用石英管、高强度氙灯用石英管、大口径石英管、石英棒(板)等，其中许多品种质量达到美国GE公司同类产品水平。

2、电光源用铅玻璃的产品结构特征

电光源产品一般是玻璃制品，电光源通常使用的玻璃除SiO、BO等玻璃形成物外，多含有PbO。17世纪后半叶，英国制出铅晶质玻璃艺术器皿。后广泛用于制造光学仪器、艺术器皿和用作防辐射玻璃等，我国早在战国时期即有铅玻璃制品。铅玻璃是指含PbO的玻璃。包括铅晶质玻璃、火石类光学玻璃、防辐射玻璃、低熔玻璃、延迟线玻璃、高折射微珠玻璃等。铅玻璃的组成式为：RmOn-PbO-SiO(BO)。随PbO含量的增加，玻璃的密度、折射率、色散、介电常数、对X射线和γ射线吸收系数等性能指标值增加;其硬度、高温黏度、软化温度、化学稳定性等指标值降低;致使玻璃成型料性变长、着色剂色彩鲜艳、表面光泽增加、敲击声清脆。

有机铅玻璃是一种透明的含铅树脂板，是通过化学方法把铅聚合进合成树脂的方法制成的一种透明防辐射材料。有机铅玻璃是按照严密的产品规格及品质管理标准制造的，各项性能指标测试均已达到国际先进水平。有机铅玻璃透明性好，具有表面折射少，可塑性好、质轻、耐冲击性能强等优点。多用在医学领域，用于X射线机房、CT机房、ECT机房等观察窗，制作各种防护屏及防护面罩等。在其它科技领域，用于同位素源的防护可以制作贮存箱、废物箱、分装屏。工业用衍射仪的外罩，各种射线发生仪器、电子显微镜、电子加速器等的射线防护，分源的保护屏等。由于外界温度、湿度变化易产生形变，因此不适于户外使用。

铅玻璃按PbO含量分为轻红丹(低铅)玻璃、中红丹(中铅)玻璃和重红丹(高铅)玻璃3种。低铅玻璃的含铅量在11%左右，中铅为20%，高铅则在28%以上。因为玻璃加工的需要，白炽灯和各种荧光灯的芯柱都采用了铅玻璃，一般是含铅量在11%左右的低铅玻璃。但速度高于1200只/h的荧光灯自动生产线使用的芯柱采用的是含铅20%的中铅玻璃，甚至用28%的高铅玻璃。

白炽灯和直管型荧光灯的外玻壳用钠钙玻璃，而环形荧光灯和紧凑型荧光灯则采用低铅玻管制作。我国2003年生产各种荧光灯18.5亿只，耗用100000t左右的铅玻璃，再加上41亿只白炽灯芯柱用的铅玻璃120000t左右，2003年各类电光源用铅玻璃为220000t左右。即使全部按低铅玻璃计算，使用的PbO也超过了20000t。

3、电光源用铅玻璃的危害及其污染治理

铅为带蓝色的银白色重金属，有毒，是一种有延伸性的主族金属。熔点327.502℃，沸点1740℃，密度11.3437g/cm，硬度1.5，质地柔软，抗张强度小。长期接触铅及其化合物会导致心悸、易激动、血红细胞增多。铅侵犯神经系统后，出现失眠、多梦、记忆减退、疲乏，进而发展为狂躁、失明、神志模糊、昏迷，最后因脑血管缺氧而死亡。血铅水平往往要高于2.16μmol/L时，才会出现临床症状，因此许多儿童体内血铅水平虽然偏高，但却没有特别的不适，轻度智力或行为上的改变也难以被家长或医生发现。这也是为什么儿童铅中毒在国外被称为“隐匿杀手”直的原因。铅的无机化合物的动物试验表明可能引发癌症。另据文献记载，铅是一种慢性和积累性毒物，不同的个体敏感性很不相同，对人来说铅是一种潜在性泌尿系统致癌物质。用含1%的醋酸铅饲料喂小鼠，白细胞培养的染色体裂隙-断裂型畸变的数目增加，这些改变涉及单个染色体，表明DNA复制受到损伤。

铅玻璃中的铅是通过在配料时加入红丹或硅酸铅引入的，红丹的粉尘、玻璃熔制过程中排放的铅烟都会对环境造成污染。电光源产品使用后若随意遗弃，其铅玻璃中的PbO会慢慢被置换析出并污染环境。电光源产品还含有害物质砷，主要是玻璃熔制过程中用白砒作澄清剂带入的。目前国内只有少数企业生产的电光源用玻璃含砷量符合标准，而大多数企业生产的玻管仍在使用白砒作为澄清剂，从而使玻璃里的砷含量远远超过标准。解决电光源用的铅玻璃对环境污染，国内外都采取了相应的治理对策。

4、电光源用铅玻璃对环境污染的治理对策

4.1国外的治理对策

(1)瑞典采用销售体系回收和社区回收2个平行的废旧家电回收渠道，二者互相结合，构成一个有效的回收体系。在销售商销售电子电器产品时，顾客可以免费返还功能相似的旧电子电器产品，即通过商店“以旧换新”回收，也可以在指定的收集点收集、回收，然后由生产厂家负责运送到预处理厂进行拆解处理;另一个渠道是由当地政府负责提供全封闭的容器，收集消费者不能“以旧换新”的废旧电子电器产品，每个垃圾回收点都设有废家电回收箱，丢弃者只能往里放，不能往外拿，以防止废旧家电重新流入社会。每4～5个社区设有一个垃圾分选处理站，在此设有专用场地，用来堆放、分类和整理各垃圾回收站送来的废旧家电，然后再送往预处理厂。对在垃圾车中夹杂废旧家电的，一经发现，要处以重罚。从目前的回收情况看，废旧家电绝大部分都是由收集点收集的，即基本上以社区回收为主。社区回收由地方政府负责组织和管理，收集废旧家电所需要的费用也由地方政府承担。还有一部分是由产生电子垃圾的企业直接送往处理厂的，制造商负责组织收集废旧家电并承担所有回收费用，包括：从收集点或垃圾分选站开始的回收费、运输费、后勤开销的附加费、收集费、信息费等。瑞典废旧家电的回收率是比较高的。欧盟已出台法规要求的回收量为每人每年4～6kg，瑞典实际可达到10kg。

(2)德国回收废旧家电的主要途径是由设在社区的收集点从家庭分散回收。运输公司将其运至分拣中心进行分拣后，交由预处理厂进行处理。回收处理费由社区支付(从居民交纳的清洁费中支出)。将来制定废旧家电回收利用法之后，只从居民清洁费中支付收集费，而从收集点开始的运输、回收、拆解、填埋等费用，均由制造商担。另一条途径是由废旧家电的生产企业直接送到处理厂，目前也占有相当大的比例。德国政府给各州下达废旧家电回收宏观调控指标为每人每年5kg，但各州回收的情况差别很大，低的每年人均不到1kg，高的达到10kg。主要原因是施行的政策不同。要求用户在丢弃废旧家电时付费的地区，回收情况都不理想，回收量很低。不收费的地区，回收量就好些。

(3)日本北海道山区的野村兴产株式会社的主要业务是一次废弃电池处理和废荧光灯处理，野村兴产利用其生产汞的有利条件，在北海道的依托模卡(音译)矿业具有处理1000万只/年废荧光灯管的能力，同时取得对从菲律宾进口的废荧光灯管的处理权。日本NKK公司负责废塑料回收的子公司NKK环境公司，早在2000年就从德国引进废荧光灯管的再生装置，并充分利用其在关东地区回收废塑料的网点和物流系统，效益较好。其再生方法为先将灯管的两端切掉，经吹入高压风将含汞的荧光粉吹出后收集，再通过真空加热器回收汞，纯度可达99.9%，再经集中精制后供其它工业产品使用。荧光粉和玻管亦可循环加工利用。

4.2我国的治理对策

目前，我国直形荧光灯管产量和使用量均居世界首位，但报废灯管的回收现状并不令人满意，其中绝大多数均随生活垃圾进入了垃圾填埋场，每年释出的汞及化合物量数以百吨计，严重污染了土壤和地下水源，慢性毒害人体健康，有关部门正积极规划废灯管、灯泡的回收制度。废旧灯管的处理主要有“直接破碎分离”和“切端吹扫分离”两种工艺。“直接破碎分离”的特点是结构紧凑、占地面积小、投资少，但荧光粉不可再利用;而“切端吹

扫分离”能有效地将可再回收利用的稀土荧光粉分类收集投资较大。目前我国直形荧光灯管所用荧光粉主要成分为卤磷酸钙，经济回收价值较低，宜采用“直接破碎分离”灯管处理回收工艺。为促进和实现国内废旧灯管的无害化、资源化处置，国内也成立了数家灯管回收处理公司。但是，这些公司在运营方面还存在一些难题，比如，灯管本身的价值很低，回收利用的成本很高，灯管很难集中回收;回收处理收费难等。目前飞利浦、松下、GE等一些大型照明生产企业己开始进行废旧灯管的回收工作，主要是通过自己的销售渠道回收废旧灯管，但是只限于自己厂家生产的灯管。

解决我国电光源用的铅玻璃行业环境污染难题

应采取如下措施：

(1)加强对生产环节的管理，从源头上降低毒料的用量。从生产环节上加强对照明电器生产企业的管理，主要目的是从生产环节的源头上降低汞、铅的使用量，从而降低汞、铅对环境的威胁。通过对生产企业的规范化管理，提高生产企业的技术、工艺和装备水平，提高照明电器生产行业的整体水平，主要措施是制定行业发展规划，明确鼓励发展、限期整改和立即淘汰的技术、工艺和相应的企业，制定并严格生产的行政审批制度。

(2)完善回收体系的建设。加强教育扩大宣传，让社会了解废旧气体放电灯破碎后汞、铅污染的危害性，并鼓励社会各界支持和配合废旧灯管的回收。国家应该利用各种媒体和环保组织，扩大宣传，提高全社会对报废灯具污染性的认识，增强对报废灯具回收的科学处理观念。教育宣传的主要内容是汞的危害性、照明电器中汞、铅的含量、如何合理处置报废后的灯具等。为了有利于照明电器报废后的顺利回收，在生产环节应该为报废后的回收工作做一些准备，提醒消费者报废后不要作为生活垃圾处理，并标明该品牌灯具的指定回收机构及回收机构的联系方式等信息。

(3)实行生产责任延伸制度。明确报废照明电器的回收责任，即照明电器的回收处理工作由照明电器的生产商负责。生产商可以自己建立回收处理机构，也可以委托其它的照明电器专业回收公司处理，但这种照明电器回收处理公司必须具备相应的资格，其建立必须经过国家环境保护管理部门严格审批。同时，国家对照明电器生产商也必须进行非常严格的资格审查，实行许可证制度，将有无回收能力作为关键的一项，对于自己没有能力建立回收处理公司，而又不委托有资格、有能力的回收公司进行处理的企业，一律不颁发生产许可证。委托照明电器专业回收公司进行回收处理的，回收处理费用由生产商承担。

(4)完善报废灯具的回收体系，建立以社区为单元的回收网络。照明灯具的使用主要集中在城

市写字楼宾馆、居民小区等，农村居民使用含汞荧光灯的比例不高，所以，对照明电器的回收工作主要集中在城市。为了提高照明电器的回收率，建议以城市社区为单元，与写字楼和居民小区等单位的物业公司共同建立报废灯具的回收网络，以此作为生产责任延伸制度的补充。在各社区设立报废灯具专用回收箱，由物业公司进行管理并定期进行回收。在照明电器销售点建立报废灯具回收点。在销售商销售含汞照明电光源时，建立同销售网络平行的回收网络。充分发挥环保志愿者的作用，一方面对废旧灯管的危害进行宣传，另一方面动员社会各界力量收集废旧灯管。

5、电光源用环保玻璃的发展趋势

早在2009年10月12日，国家发改委等六部门就已经联合发布了《半导体照明节能工业发展意见》，年底召开的国务院常务会议上，在研究完善促进消费的若干政策措施时，又进一步强调了“要继承实施节能产品惠民工程，加大高效照明产品推广力度”，并将通过财政补贴方式推广高效照明产品1.5亿只。LED玻璃也叫光源玻璃或发光玻璃，又称动力玻璃一代产品、PowerGlass，是一种利用特殊工艺将LED密封夹层在两片玻璃中间，形成安全夹层结构的LED平板发光玻璃产品。最早由德国发明，国内最早发明专利由尊华电子于2006年研发申请成功。具有通透、防暴、防水、防紫外线、可设计等特点。主要用于室内外装饰、家具设计、灯管照明设计、室外幕墙玻璃、阳光房设计等领域。LED玻璃广泛应用于各种设计及应用端领域：如商业或家具室内外装饰、装修、装潢、家具设计、灯管照明设计、室内景观设计、室内淋浴间隔断、诊所、门牌号、紧急指示标志设计、会议室隔断、室外幕墙玻璃、商店橱窗、专柜设计、奢侈品专柜设计、天窗设计、顶棚设计、阳光房设计、3C产品玻璃面板应用、室内外广告牌设计、时尚家居饰品、时钟、奖品、灯具等各种终端应用产品设计等广阔领域。

随着中国经济持续发展，国内高端建材业发展迅猛，LED玻璃作为高端装修材料，日益受到设计师及终端应用客户的青睐。设计师可应用LED玻璃的光亮特性开发出众所瞩目的展示产品或装饰产品。LED玻璃表面看不见线路，适用于平板或弯曲玻璃，满足客户的各种设计应用需求。先进的管理模式和完备的检测手段，加上精益求精的经营理念，研发和生产LED照明系列已是未来生产的方向。可以做成中空LED玻璃，太阳能LED玻璃，点控LED玻璃等。LED玻璃是一种具有多重扩展性的高科技建材，其技术核心是在LOW-E玻璃上集成多彩的LED贴片，通过控制来呈现光电展示效果。完全透明的形态与多重安全防护性能，使其更加有利于设计应用。其灵活的配置结构，更能拥有强大的扩展性及多样性。中空LED玻璃就是其中的佼佼者，通过夹胶与中空的转换，能够在不失展示功能的前提下转化为中空技能特性。而点控LED玻璃更是通过电路结构优化，把展示功能提升到极致。电脑信号接入实现播放效果，更是玻璃史上的创举。LED本色拥有出色的亮度及节能特性，而与玻璃结合后的LED玻璃，在玻璃表面看不到线路，省去繁杂布线的麻烦并极大地增加了产品本身的美观性。LED玻璃可设计为平板玻璃外形或弯曲玻璃外形，并可根据应用端的各种特殊要求，使用各种不同的玻璃面板。如普通浮法玻璃，钢化玻璃，超白玻璃，防火玻璃，冰裂玻璃，彩色玻璃，丝印玻璃等，完全满足各种个性化应用需求。

在众多的照明材料中，LED玻璃可以说是一种环保材料，和白炽灯、荧光灯等传统的照明材料比拟，LED是冷光源，可以减少热量的排放，在同样亮度下，耗电量仅为普通白炽灯的1/10，荧光灯管的1/2。假如用LED取代我们目前传统照明的50%。作为一种直流驱动的光源，LED没有频闪，没有红外和紫外的成分，也没有辐射污染，是真正的绿色光源，其艺术性也决定了LED的普及不会碰到太多阻力，投产LED玻璃，可以说是一个低风险的选择。LED玻璃是近10年来玻璃工业领域最伟大的创新，开创了玻璃全新的应用领域;也引领了灯具材料行业的全新革命，从此，灯具全面走进平板发光时代!

无铅技术应用于高效荧光灯玻璃管，增大了玻璃的透光度，提高了荧光粉的发光效力，使得灯管照明亮度大大提升，比传统节能灯省电35%以上。据日本共同社报道，不久前松下电器产业公司研制出了用于荧光灯的无铅电极玻璃生产技术，将传统的荧光灯都改为无铅型，新技术以钡代替铅加入玻璃，与含铅玻璃一样具有易加工及绝缘等功效，开创了业界先河。松下每年约生产1.35亿支荧光灯，居日本厂家之首。据称，2010年度将废旧荧光灯玻璃的再利用量由2007年度的约600t提高至约5300t。

新技术每年可减少使用约2000t含铅玻璃，该技术与其他改良技术并用后可使溶解玻璃时所排放的二氧化碳量减少约25%，更有利于公司宣传产品的环保性能。

6、结语

随着人类文明的不断进步生活水平的不断提高，使得人们对玻璃制品的要求越来越高，所以人们正在逐渐寻找新的环保玻璃以代替铅玻璃。随着近年国际市场对含Pb、Cd、等重金属制品的限制，研发无铅等重金属的环保玻璃成为今后的发展趋势。近几年，随着我国无铅玻璃行业的发展，无铅玻璃生产核心技术应用与研发成为业内企业关注的重点，无铅玻璃生产技术迅速发展，基本解决了紧凑型荧光灯的需求，有些产品已获得国家发明号利。我国作为玻璃的生产和需求大国，正急需要研制环保玻璃，用来满足国内外的各方面需要。