石英砂是重要的工業(yè)礦物原料,廣泛用于濾料、玻璃、陶瓷及耐火材料、冶煉、建筑、化工和機(jī)械、填料、電子等工業(yè)。
石英砂的主要用途
應(yīng)用領(lǐng)域 | 類型 | 主要用途 |
玻璃及玻璃制品工業(yè) | 建筑玻璃 | 制造各種平板玻璃、夾絲玻璃、壓花玻璃、玻璃磚、空心玻璃、泡沫玻璃等 |
日用玻璃 | 制作瓶罐及玻璃器皿,如啤酒瓶、玻璃杯及裝飾品等 | |
技術(shù)玻璃 | 制作光學(xué)玻璃、玻璃儀器、玻璃纖維、導(dǎo)電玻璃、石英坩堝、激光光源和輻射光源型石英玻璃等 | |
機(jī)械工業(yè) | 鑄造 | 造型用砂及研磨材料 |
電子工業(yè) | 原料 | 高純度金屬硅、電子塑封用熔融硅微粉、光導(dǎo)纖維等 |
冶金工業(yè) | 輔料 | 作冶煉添加劑、溶劑以及各種硅鐵合金 |
耐火材料 | 窯爐 | 窯用高硅磚、普通磚及耐火粉料等 |
水泥工業(yè) | 水泥 | 沙子水泥配料 |
水泥制品 | 加氣混凝土、普通制品等 | |
硅酸鈉 | 制作水玻璃及無定形二氧化硅等 | |
無水硅酸 | 硅膠、干燥劑、石油精煉催化劑 | |
填料領(lǐng)域 | 橡膠、塑料的填料;防腐蝕和耐磨道路標(biāo)志涂料的填料等 |
1、玻璃工業(yè)用石英砂
石英砂作為玻璃工業(yè)的主要原料,其對(duì)石英砂的質(zhì)量要求,主要體現(xiàn)在化學(xué)成分、穩(wěn)定性、粒度組成三個(gè)方面。
石英玻璃原料的一般工業(yè)要求
原料品質(zhì) | 雜質(zhì)總量×10-6 | 主要雜質(zhì)成分ω/% | 應(yīng)用范圍 | ||||
Al | Fe | B | 堿金屬 | 堿土金屬 | |||
普通 | 150-50 | 無具體要求 | 電光源 | ||||
高純 | <30 | <15×10-3 | <1.5×10-3 | <0.5×10-3 | <4.0×10-3 | <4.0×10-3 | 電子石英光纖管 |
超純 | <10 | <3×10-3 | <0.1×10-3 | <0.1×10-3 | <0.5×10-3 | <1.0×10-3 | 光學(xué)應(yīng)用 |
平板玻璃用硅質(zhì)原料化學(xué)成分及波動(dòng)范圍
級(jí)別 | 化學(xué)成分ω/% | ||
SiO2不小于 | Al2O3不大于 | Fe2O3不大于 | |
優(yōu)等品 | 98.50±0.20 | 1.00±0.10 | 0.05±0.01 |
優(yōu)等品 | 98.00±0.25 | 0.10 | |
二級(jí)品 | 96.00±0.30 | 2.00±0.15 | 0.20 |
三級(jí)品 | 92.00±0.30 | 4.50±0.20 | 0.25 |
四級(jí)品 | 90.00±0.30 | 5.50±0.30 | 0.33 |
平板玻璃用硅質(zhì)原料粒度組成
級(jí)別 | 粒度組成(不大于)/% | ||||
+1mm | 800μm | 710μm | 500μm | -100μm | |
優(yōu)等品 | 0 | 0 | 0.5 | 5.5 | 5.00 |
優(yōu)等品 | 0.5 | 10.00 | |||
二級(jí)品 | 20.00 | ||||
三級(jí)品 | 25.00 | ||||
四級(jí)品 | 30.00 |
玻璃允許的含鐵量
玻璃種類 | Fe2O3允許量/% |
光學(xué)玻璃、透紫外玻璃 | 0.01 |
優(yōu)良水晶玻璃 | 0.015 |
普通水晶玻璃 | 0.02 |
無色空腔玻璃、水晶鏡片玻璃 | 0.03 |
燈泡用玻璃 | 0.05 |
鏡子用玻璃 | 0.1 |
物理化學(xué)用玻璃 | 0.1 |
半透明厚玻璃 | 0.2 |
半透明薄玻璃 | 0.3 |
綠色、褐色玻璃 | 0.5以上 |
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 | ≥98.5 | ≤1.0 | ≤0.01 | ≤0.1 | ||||
±0.3 | ±0.1 | ±0.001 | ±0.01 |
連熔透明石英玻璃管的原料要求
級(jí)別 | 特級(jí) | 優(yōu)級(jí) | 二級(jí) | 三級(jí) |
雜質(zhì)總量 | <30×10-6 | <50×10-6 | <100×10-6 | <150×10-6 |
雜質(zhì)顆粒/!g-1 | 無 | <5 | <10 | <20 |
水分含量/% | 0.3 | 0.3 | 0.5 | 0.5 |
玻璃質(zhì)量等級(jí) | 1、2級(jí) | 3級(jí)以上>40% | 4級(jí)以上>70% | 4級(jí)>40% |
2、機(jī)械工業(yè)
鑄造用的石英砂其二氧化硅含量要高,其他成分含量低,便于保證耐火度,故以二氧化硅的含量來作為鑄造用石英砂的主要驗(yàn)收依據(jù)。
鑄鋼用砂:二氧化硅的含量應(yīng)大于97%;
鑄鐵用砂:二氧化硅的含量應(yīng)大于85%;
有色合金鑄造用砂:二氧化硅的含量應(yīng)大于75%。
磨料用砂:粒磨圓度好,無棱角,粒度0.8-1.5mm,SiO2>98%,Al2O3<0.72%,F(xiàn)e2O3<0.18%。
化學(xué)工業(yè)清除銹噴砂:要求SiO2>99.6%,Al2O3<0.18%,F(xiàn)e2O3<0.02%,粒度50-70目,粒形為球形,莫氏硬度為7。
鑄造型砂工業(yè)要求
原砂類型 | 等級(jí)符號(hào) | 含泥率/% | SiO2/% | K2O+Na2O/% | CaO+MgO/% | Fe2O3/% |
石英砂 | 1S | ≤2 | ≥97 | ≤0.5 | ≤1.0 | ≤0.75 |
2S | ≤2 | ≥96 | ≤1.5 | ≤1.5 | ≤1.0 | |
3S | ≤2 | ≥94 | ≤2.0 | ≤2.0 | 1.5 | |
4S | ≤2 | ≥90 | - | - | - | |
石英-長(zhǎng) | 1SC | ≤2 | ≥85 | - | - | - |
石砂 | 2SC | ≤2 | ≥85 | - | - | - |
鑄造型砂粒度指標(biāo)要求
名稱 | 特粗砂 | 粗粒砂 | 中粒砂 | 細(xì)粒砂 | 特細(xì)砂 | ||||||
粒級(jí)序號(hào) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
粒度/mm | 3.36-1.68 | 1.68-0.84 | 0.84-0.5 | 0.84-0.42 | 0.59-0.297 | 0.42-0.21 | 0.297-0.149 | 0.21-0.105 | 0.149-0.075 | 0.105-0.053 | 0.075-0.053 |
3、超硬材料
目前我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種。
黑碳化硅是以石英砂,石油焦和優(yōu)良硅石為主要原料,通過電阻爐高溫冶煉而成。
綠碳化硅是以石油焦和優(yōu)良硅石為主要原料,添加食鹽作為添加劑,通過電阻爐高溫冶煉而成。
綠碳化硅(a)及黑碳化硅(b)用石英砂技術(shù)要求
綠碳化硅(a) | ||||||
粒度/mm | >4.5 | >3.5 | 3.5-1.0 | 1.0-0.5 | <0.5 | 色澤 |
含量/% | 0 | <2 | >85 | <13 | 0 | 純白色半透明 |
化學(xué)成分 | SiO2 | FeO+Al2O3+CaO+MgO | 燒失 | |||
含量/% | >99.4 | <0.3 | <0.3 | |||
黑碳化硅(b) | ||||||
粒度/mm | >3 | 3-1.5 | 1.5-1.0 | 1.0-.05 | <0.5 | 色澤 |
含量/% | 0 | 約65 | 35 | <5 | 0 | 白色或灰白色 |
化學(xué)成分 | SiO2 | FeO+Al2O3+CaO+MgO | 燒失 | |||
含量/% | >99.3 | <0.35 | <0.35 |
4、化工行業(yè)
在化學(xué)用品加工領(lǐng)域,石英砂是生產(chǎn)硅酸鉀、硅酸鈉和各種形態(tài)二氧化硅的主要原料。
生產(chǎn)硅酸鈉對(duì)石英砂要求純度較高,至少達(dá)到容器玻璃級(jí)石英砂標(biāo)準(zhǔn),比如鐵(Fe2O3)小于0.03%,重礦物含量應(yīng)小于5×10-6,不過其對(duì)Al2O3和CaO要求比較高,其含量均要小于0.1%,有些情況下,要求更高,其含量各為0.01%-0.02%。
生產(chǎn)硅酸鈉用的石英砂標(biāo)準(zhǔn)
化學(xué)組成 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% | 粒度 |
SiO2 | >99.5 | 0.991mm無 |
Fe2O3 | <0.03 | 0.833mm無 |
Al2O3 | 0.01 | 0.5mm<4% |
CaO+MgO | <0.10 | 0.35mm<25% |
TiO2 | <0.03 | 通過0.105mm<5% |
ZrO2 | <0.01 | |
Na2O+K2O | 0.1 | |
水分 | <0.10 | |
Cr2O3 | <0.001 |
隨著高科技及電子工業(yè)的迅速發(fā)展,半導(dǎo)體硅、沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅等需求也越來越多,其純度的要求也越來越高,如Na、Al、Mg、Cu、Ca、Mn、Ti、Cr、Cl的含量應(yīng)小于0.1×10-6,Th和U應(yīng)小于0.1×10-9。
二氧化硅生產(chǎn)方法主要分為火法和濕法,兩者都是以石英砂為原料,但生產(chǎn)工藝卻不同;鸱ㄊ且允⑸盀樵希冗原成金屬硅,再與氯化氫產(chǎn)出四氯化硅,四氯化硅高溫水解,產(chǎn)出氣相二氧化硅。濕法是以石英砂為原料,先生產(chǎn)出硅酸鈉,再與酸反應(yīng),產(chǎn)出沉底二氧化硅或者膠體二氧化硅。
化工領(lǐng)域所用石英砂量比玻璃業(yè)要少,但硅酸鈉和二氧化硅的應(yīng)用是十分廣泛的,因此今后的需求將不斷增長(zhǎng)。各種形態(tài)的二氧化硅及其延續(xù)產(chǎn)品硅烷、硅酮等需求的上升,對(duì)石英砂的需求將更多,為石英砂這類大宗非金屬礦的精細(xì)加工和增值開辟?gòu)V闊前景。
5、填料領(lǐng)域
(1)塑料
石英砂作塑料填料,不僅可降低塑料生產(chǎn)成本,還能提高塑料的耐候性、阻燃性和硬度等,其特性對(duì)塑料的影響是多方面的,主要特性是其粒徑、硬度、化學(xué)組成等性質(zhì)。
一般來說,石英砂顆粒粒徑越小,塑料的力學(xué)性能越好,不過粒徑越小,需要的加工成本就越高,使其均勻分散也越困難,且將消耗更多的助劑。
故石英砂顆粒粒徑的大小,據(jù)使用情況來選擇,因?qū)λ芰闲阅芤约吧a(chǎn)工藝均有影響,是在塑料生產(chǎn)中,使用石英砂填料需要考慮的重要因素。
(2)橡膠
在橡膠中添加石英砂,可大幅度提高橡膠的力學(xué)性能、增加體積、降低成本、改善加工工藝性能,且來源豐富,價(jià)格低,是淺色和彩色橡膠制品的主要填料。
在橡膠生產(chǎn)中以石英砂作為填料時(shí),石英砂顆粒粒徑是影響填充效果的重要因素。顆粒粒徑越小,比表面積越大,表面活性就越大,與有機(jī)分子界面作用就越強(qiáng),越有利于提高橡膠的撕裂強(qiáng)度、耐磨性、拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能。
但是石英砂粒徑越小,表面能也越大,粒子易凝聚使分散變得越困難,不利于填充。故橡膠生產(chǎn)中的填料粒徑大小,應(yīng)根據(jù)橡膠的性能來定。
(3)涂料
石英砂是涂料中應(yīng)用較廣泛的填料之一。由于石英砂在涂料中具有較好的遮蓋力,從而能部分替代鈦白粉等顏料,來降低漆料成本,同時(shí)對(duì)漆的光澤、儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響不大,另外石英砂能提高涂膜的牢固性,耐熱性和耐腐蝕性等。
6、水處理
水處理用石英砂要求:SiO2含量>98,密度2.55-2.65g/cm3,燒失量<0.7%,磨減量<3.0%,鹽酸可溶率<3.5%,粒徑0.3-2.0mm。
7、人造石英石板材用石英砂
(1)顏色一致,透則透,白則白;紅似血,黑如墨,黃如玉等,一般一個(gè)產(chǎn)品里面不能有二種顏色在里面;
(2)粒度組成均勻,不能有太多過粗或過細(xì)的顆粒,影響顆粒大小不均的美觀度。追求顆粒趨于顆粒狀,使板材更接近自然板材;
(3)產(chǎn)品干凈清潔度好,無粉塵;
(4)水分含量要低于0.5%。
8、陶瓷釉料
石英砂在陶瓷釉料中是形成玻璃相的主要成分,可賦予釉面高的機(jī)械強(qiáng)度、硬度、耐磨性與抗化學(xué)侵蝕性能,同時(shí)可調(diào)節(jié)釉料光亮度(光亮釉、亞光釉)和釉料溫度,石英含量和粒度對(duì)釉料性能具有重要影響。一般陶瓷釉料用石英砂要求:SiO2>98.5%,Al2O3<0.05%,粒度-200目占98%。
9、光纖用石英砂
光纖用石英原料有合成砂和天然砂之分。選擇光纖用石英砂應(yīng)考慮的主要因素如下:
(1)光衰減性降低的潛力;
(2)折射率的可控制性;
(3)形狀的可控制性;
(4)光纖的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度以及制造成本等。
光纖衰耗的降低有利于各種較長(zhǎng)中繼距離傳輸系統(tǒng)的建設(shè)。為了保證光纖的低衰耗,對(duì)于光纖用石英砂而言,要求過渡金屬離子的含量低于10-9,但是對(duì)于不導(dǎo)光部分的外包層材料,只需保證金屬離子的擴(kuò)散不會(huì)對(duì)預(yù)制棒的芯層和內(nèi)包層產(chǎn)生影響。
我國(guó)石英資源豐富,但多數(shù)只是用于玻璃、板材、濾料等領(lǐng)域,大口徑石英管、高質(zhì)量石英棒和石英錠以及光通信使用的石英玻璃等仍需要大量進(jìn)口,高純、低羥基石英產(chǎn)品將是未來研究和大力發(fā)展的熱點(diǎn)。