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石英砂应用领域及技术指标要求

作者:波涛净水      来源:www.cddii.com     浏览:      发布时间:20/07/21

石英砂是重要的工业矿物原料,广泛用于滤料、玻璃、陶瓷及耐火材料、冶炼、建筑、化工和机械、填料、电子等工业。

石英砂的主要用途

应用领域 类型 主要用途
玻璃及玻璃制品工业 建筑玻璃 制造各种平板玻璃、夹丝玻璃、压花玻璃、玻璃砖、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、玻璃杯及装饰品等
技术玻璃 制作光学玻璃、玻璃仪器、玻璃纤维、导电玻璃、石英坩埚、激光光源和辐射光源型石英玻璃等
机械工业 铸造 造型用砂及研磨材料
电子工业 原料 高纯度金属硅、电子塑封用熔融硅微粉、光导纤维等
冶金工业 辅料 作冶炼添加剂、溶剂以及各种硅铁合金
耐火材料 窑炉 窑用高硅砖、普通砖及耐火粉料等
水泥工业 水泥 沙子水泥配料
水泥制品 加气混凝土、普通制品等
硅酸钠 制作水玻璃及无定形二氧化硅等
无水硅酸 硅胶、干燥剂、石油精炼催化剂
填料领域 橡胶、塑料的填料;防腐蚀和耐磨道路标志涂料的填料等

1、玻璃工业用石英砂

石英砂作为玻璃工业的主要原料,其对石英砂的质量要求,主要体现在化学成分、稳定性、粒度组成三个方面。

石英玻璃原料的一般工业要求

原料品质 杂质总量×10-6 主要杂质成分ω/% 应用范围
Al Fe B 碱金属 碱土金属
普通 150-50 无具体要求 电光源
高纯 <30 <15×10-3 <1.5×10-3 <0.5×10-3 <4.0×10-3 <4.0×10-3 电子石英光纤管
超高纯 <10 <3×10-3 <0.1×10-3 <0.1×10-3 <0.5×10-3 <1.0×10-3 光学应用

平板玻璃用硅质原料化学成分及波动范围

级别 化学成分ω/%
SiO2不小于 Al2O3不大于 Fe2O3不大于
优等品 98.50±0.20 1.00±0.10 0.05±0.01
一级品 98.00±0.25 0.10
二级品 96.00±0.30 2.00±0.15 0.20
三级品 92.00±0.30 4.50±0.20 0.25
四级品 90.00±0.30 5.50±0.30 0.33

平板玻璃用硅质原料粒度组成

级别 粒度组成(不大于)/%
+1mm 800μm 710μm 500μm -100μm
优等品 0 0 0.5 5.5 5.00
一级品 0.5     10.00
二级品 20.00
三级品 25.00
四级品 30.00

玻璃允许的含铁量

玻璃种类 Fe2O3允许量/%
光学玻璃、透紫外玻璃 0.01
优质水晶玻璃 0.015
普通水晶玻璃 0.02
无色空腔玻璃、水晶镜片玻璃 0.03
灯泡用玻璃 0.05
镜子用玻璃 0.1
物理化学用玻璃 0.1
半透明厚玻璃 0.2
半透明薄玻璃 0.3
绿色、褐色玻璃 0.5以上

超白玻璃用石英砂要求 (单位: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  

连熔透明石英玻璃管的原料要求

级别 特级 一级 二级 三级
杂质总量 <30×10-6 <50×10-6 <100×10-6 <150×10-6
杂质颗粒/粒·kg-1 <5 <10 <20
水分含量/% 0.3 0.3 0.5 0.5
玻璃质量等级 1、2级 3级以上>40% 4级以上>70% 4级>40%

2、机械工业

铸造用的石英砂其二氧化硅含量要高,其他成分含量低,便于保证耐火度,故以二氧化硅的含量来作为铸造用石英砂的主要验收依据。

铸钢用砂:二氧化硅的含量应大于97%;

铸铁用砂:二氧化硅的含量应大于85%;

有色合金铸造用砂:二氧化硅的含量应大于75%。

磨料用砂:粒磨圆度好,无棱角,粒度0.8-1.5mm,SiO2>98%,Al2O3<0.72%,Fe2O3<0.18%。

化学工业清除锈喷砂:要求SiO2>99.6%,Al2O3<0.18%,Fe2O3<0.02%,粒度50-70目,粒形为球形,莫氏硬7。

铸造型砂工业要求

原砂类型 等级符号 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-长 1SC ≤2 ≥85 - - -
石砂 2SC ≤2 ≥85 - - -

3、超硬材料

目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种。

黑碳化硅是以石英砂,石油焦和优良硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。

绿碳化硅是以石油焦和优良硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂,通过电阻炉高温冶炼而成。

绿碳化硅(a)及黑碳化硅(b)用石英砂技术要求

绿碳化硅(a)
粒度/mm >4.5 >3.5 3.5-1.0 1.0-0.5 <0.5 色泽
含量/% 0 <2 >85 <13 0 纯白色半透明
化学成分 SiO2 FeO+Al2O3+CaO+MgO 烧失
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 色泽
含量/% 0 约65 35 <5 0 白色或灰白色
化学成分 SiO2 FeO+Al2O3+CaO+MgO 烧失
含量/% >99.3 <0.35 <0.35

铸造型砂粒度指标要求

名称 特粗砂 粗粒砂 中粒砂
粒级序号 1 2 3 4 5 6 7
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
名称 细粒砂 特细砂
粒级序号 8 9 10 11
粒度/mm 0.21-0.105 0.149-0.075 0.105-0.053 0.075-0.053

4、化工行业

在化学用品加工领域,石英砂是生产硅酸钾、硅酸钠和各种形态二氧化硅的主要原料。

生产硅酸钠对石英砂要求纯度较高,至少达到容器玻璃级石英砂标准,比如铁(Fe2O3)小于0.03%,重矿物含量应小于5×10-6,不过其对Al2O3和CaO要求比较高,其含量均要小于0.1%,有些情况下,要求更高,其含量各为0.01%-0.02%。

生产硅酸钠用的石英砂标准

化学组成 质量分数/% 粒度
SiO2 >99.5 0.991mm无
Fe2O3 <0.03 0.833mm无
Al2O3 0.01 0.5mm<4%
CaO+MgO <0.10 0.35mm<25%
TiO2 <0.03 通过0.105mm<5%
ZrO2 <0.01  
Na2O+K2O 0.1  
水分 <0.10  
Cr2O3 <0.001  

随着高科技及电子工业的迅速发展,半导体硅、沉淀二氧化硅、气相二氧化硅等需求也越来越多,其纯度的要求也越来越高,如Na、Al、Mg、Cu、Ca、Mn、Ti、Cr、Cl的含量应小于0.1×10-6,Th和U应小于0.1×10-9

二氧化硅生产方法主要分为火法和湿法,两者都是以石英砂为原料,但生产工艺却不同。火法是以石英砂为原料,先还原成金属硅,再与氯化氢产出四氯化硅,四氯化硅高温水解,产出气相二氧化硅。湿法是以石英砂为原料,先生产出硅酸钠,再与酸反应,产出沉底二氧化硅或者胶体二氧化硅。

化工领域所用石英砂量比玻璃业要少,但硅酸钠和二氧化硅的应用是十分广泛的,因此今后的需求将不断增长。各种形态的二氧化硅及其延续产品硅烷、硅酮等需求的上升,对石英砂的需求将更多,为石英砂这类大宗非金属矿的精细加工和增值开辟广阔前景。

5、填料领域

(1)塑料

石英砂作塑料填料,不仅可降低塑料生产成本,还能提高塑料的耐候性、阻燃性和硬度等,其特性对塑料的影响是多方面的,主要特性是其粒径、硬度、化学组成等性质。

一般来说,石英砂颗粒粒径越小,塑料的力学性能越好,不过粒径越小,需要的加工成本就越高,使其均匀分散也越困难,且将消耗更多的助剂。

故石英砂颗粒粒径的大小,据使用情况来选择,因对塑料性能以及生产工艺均有影响,是在塑料生产中,使用石英砂填料需要考虑的重要因素。

(2)橡胶

在橡胶中添加石英砂,可大幅度提高橡胶的力学性能、增加体积、降低成本、改善加工工艺性能,且来源丰富,价格低,是浅色和彩色橡胶制品的主要填料。

在橡胶生产中以石英砂作为填料时,石英砂颗粒粒径是影响填充效果的重要因素。颗粒粒径越小,比表面积越大,表面活性就越大,与有机分子界面作用就越强,越有利于提高橡胶的撕裂强度、耐磨性、拉伸强度等力学性能。

但是石英砂粒径越小,表面能也越大,粒子易凝聚使分散变得越困难,不利于填充。故橡胶生产中的填料粒径大小,应根据橡胶的性能来定。

(3)涂料

石英砂是涂料中应用较广泛的填料之一。由于石英砂在涂料中具有较好的遮盖力,从而能部分替代钛白粉等颜料,来降低漆料成本,同时对漆的光泽、储存稳定性的影响不大,另外石英砂能提高涂膜的牢固性,耐热性和耐腐蚀性等。

6、水处理

水处理用石英砂要求:SiO2含量>98,密度2.55-2.65g/cm3,烧失量<0.7%,磨减量<3.0%,盐酸可溶率<3.5%,粒径0.3-2.0mm。

7、人造石英石板材用石英砂

(1)颜色一致,透则透,白则白;红似血,黑如墨,黄如玉等,一般一个产品里面不能有第二种颜色在里面;

(2)粒度组成均匀,不能有太多过粗或过细的颗粒,影响颗粒大小不均的美观度。追求颗粒趋于颗粒状,使板材更接近自然板材;

(3)产品干净清洁度好,无粉尘;

(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,可赋予釉面高的机械强度、硬度、耐磨性与抗化学侵蚀性能,同时可调节釉料光亮度(光亮釉、亚光釉)和釉料温度,石英含量和粒度对釉料性能具有重要影响。一般陶瓷釉料用石英砂要求:SiO22O3<0.05%,粒度-200目占98%。

9、光纤用石英砂

光纤用石英原料有合成砂和天然砂之分。选择光纤用石英砂应考虑的主要因素如下:

(1)光衰减性降低的潜力;

(2)折射率的可控制性;

(3)形状的可控制性;

(4)光纤的化学稳定性和机械强度以及制造成本等。

光纤衰耗的降低有利于各种较长中继距离传输系统的建设。为了保证光纤的低衰耗,对于光纤用石英砂而言,要求过渡金属离子的含量低于10-9,但是对于不导光部分的外包层材料,只需保证金属离子的扩散不会对预制棒的芯层和内包层产生影响。

我国石英资源丰富,但多数只是用于玻璃、板材、滤料等领域,大口径石英管、高质量石英棒和石英锭以及光通信使用的石英玻璃等仍需要大量进口,高纯、低羟基石英产品将是未来研究和大力发展的重点。

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