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石英砂问答

石英砂的用途有哪些(石英砂到底有多少种用途)

发布时间:2023-04-06  人气: 84

玻璃工业

图源:旗滨集团

玻璃行业是使用石英原料的大户,石英原料赋予了硅酸盐玻璃及其制品许多优异的性能,如透明性、机械强度、化学稳定性等。原料中SiO2含量对硅酸盐玻璃制品的性能会产生重要的影响,在普通硅酸盐玻璃的组成中,SiO2一般占65%~75%左右。现代浮法玻璃一般要求石英原料中SiO2含量在96%以上,Al2O3含量在2%以下,Fe2O3在0.01%~0.1%之间,粒度在0.4mm左右,粒度在0.5mm以上及0.1mm以下的颗粒均不得超过5%。

高档玻璃,如特种玻璃、优质平板玻璃和精密光学玻璃等,对石英原料的化学成分有更严格的要求,SiO2的含量要在99%以上,Fe2O3的含量要低于0.05%~0.1%,Al2O3和TiO2的含量分别要求在0.5~2.0%和0.05%以下。

机械铸造工业

在机械铸造行业,石英原料被广泛用作型砂、铸造模芯和铸造模具等,这是因为石英砂除了具有熔点高的特点外,在冶炼过程中还具有增温、脱硫、脱氧等作用。石英砂在铸造行业的用量比较大,一般生产1吨铸件需要1吨型砂和粘土。随着铸件精密化程度的提高,对石英原料的纯度也有了更高的要求,如铸造中比较先进的树脂砂工艺所需要的石英砂中SiO2的含量要高于97%,粒度要在40~320目之间。在机械铸造行业所使用的石英砂大约占全球总产量的33%。

陶瓷工业

作为一种瘠性原料,石英原料可调节陶瓷坯体的可塑性和结合性,在烧成过程中可抵消坯体收缩并与氧化铝反应形成陶瓷材料的结构骨架,提高陶瓷制品机械强度的同时还可增加其透光度和白度。

石英还是陶瓷釉料中玻璃质的主要形成体,赋予了陶瓷釉面一系列良好的物理化学性能(如强度、光泽度、耐磨性、硬度和耐化学侵蚀等),另外增加釉料中SiO2含量还能提高釉料的熔融温度与粘度。

熔融石英陶瓷,是以熔融石英或石英玻璃为原料,将原料粉碎、然后经过原料分级、球磨制浆、注浆或注凝成型,最后经烧成工艺制成的烧结体。熔融石英陶瓷具有热膨胀系数小、热震稳定性好、电绝缘性能好、耐酸碱侵蚀等诸多优异性能,自问世以来,在世界各国得到了迅速推广及应用。

耐火材料工业

石英原料在耐火材料行业的主要用途是用来生产硅质耐火砖,包括硅砖、轻质硅砖和熔融石英制品。为保证硅质耐火材料的耐火度高于1650~1700℃,荷重软化温度高于1650℃,并且具有热稳定性好、化学稳定性好、热膨胀系数小和机械性能高等特点,需对石英原料中SiO2的含量以及石英颗粒的级配严格控制,否则将会严重影响耐火材料的使用性能。一般要求石英原料中SiO2含量在93%以上,对结晶状态较差的石英原料,粗颗粒应限制在2mm以下。

化工工业

石英砂在化工工业中的应用一般常见于水玻璃、硅胶和泡花碱等产品中。以泡花碱为例,根据其用途不同可以分为固体和液体泡花碱,作为洗涤用品和纸箱粘合剂的液体泡花碱要求SiO2的含量高于98%,Fe2O3的含量低于0.2%,粒度要求在0.2~2mm之间,而作为石油炼制催化剂的固体泡花碱则要求严格些,SiO2的含量高于99%,Fe2O3的含量低于0.03%。

净水材料

石英砂是一种广泛用于各种给水处理、污水处理和环境治理的净水材料。但是由于石英砂滤料表面孔隙少,比表面积和等电点较低,在正常条件下带负电,使得它对水中有毒物质(重金属离子等)、细菌、病毒和有机物的去除效果很不理想。近年来,研究者提出了对普通石英砂滤料改性的想法,通过在石英砂表面附着不同功能的物质,改善滤料表面的性质,制成具有优良吸附性能和一定机械强度的改性滤料。鉴于我国目前的经济水平,这一技术将在给水处理中有广阔的应用前景。

光伏超白玻璃

图源:福莱特

超白玻璃作为一种新材料,以其高透光率、晶莹剔透的特性,在太阳能光伏产业、高档轿车、高级建筑、高档园艺建筑和高档家具等方面应用前景广阔。“十四五”期间,根据国家“碳达峰、碳中和”的战略规划,光伏行业将引来爆发式的发展,其基础材料光伏超白玻璃所用的低铁石英砂需求量预计将以每年30%以上的速度飞速增长。

人造石英石板材

图源:中国粉体网

人造石英石是由93%~95%石英和7%左右的不饱和聚酯树脂粘合剂、色料、固化引发剂及其他辅助试剂,经固化成型所制得的一种复合材料,它质地坚硬、结构致密、色泽丰富、耐磨、耐压、耐高温、抗腐蚀、防渗透,在市场上得到广泛应用,是人造石材中发展最快的品种。

人造石英石的生产工艺一般是:原料由自动配料系统进入混料系统,把石英砂、石英粉、树脂等助剂混合后进入模具框内布料,然后在真空条件下进行震动压实,再把压制好的混合料送入固化炉加热固化,固化好的料成为毛坯板,再经过抛光。对抛光后板材进行一系列的检验,去除瑕疵的次品。

石英坩埚

图源:欧晶科技

石英坩埚属于石英玻璃制品中的细分产品,具有洁净、同质、耐高温等性能。目前广泛应用于太阳能和半导体领域提炼晶体硅的生产工艺中,是晶体硅生产过程中的消耗品。受益于硅片产能加速扩张、N型硅片渗透率提高,高纯石英砂和石英砂坩埚需求有望快速增长。
石英坩埚的生产是将高纯石英砂装入可任意倾动角度的旋转成型模内,利用离心力作用和成型棒手工成型,将已成坩埚形的旋转装置移动至电极棒处,然后将电极送电启弧并插入已成型的粉料腔内,同时启动真空系统,使其快速熔化成坩埚形状的熔融石英,经冷却后取出,即完成一个石英坩埚的毛坯生产。

光纤

图源:久智科技

光纤,光导纤维的简称,是用于长距离传输光能或光信号的圆柱形光波导,其结构是由各种导光材料制成的纤维丝。目前通信光纤的主流是石英光纤。作为光纤光缆生产的“源头”,光纤预制棒一直被认为是光纤光缆产业链的核心竞争点。其中,石英套管占光纤的石英材料90%以上的比例,其作为外包层材料与大尺寸掺杂芯棒匹配成光纤预制棒以降低光纤预制棒的生产成本。

国内科研人员以天然石英砂为原料,利用等离子固相外沉积方法(PSOD),制备单模光纤预制棒用大尺寸石英套管,产品具有一次成型、羟基含量低、杂质含量少、规格尺寸大(相对于多模套管)及玻璃化程序好等特点,能够满足单模光纤预制棒制备所需。

电子玻璃

图源:凯盛

TFT-LCD玻璃基板作为液晶显示面板的核心部件,是电子信息显示产业的关键战略材料,其生产控制精度与半导体行业相当,代表着目前全球现代玻璃规模化制造领域的最高水平。SiO2是TFT-LCD玻璃基板重要的结构元素,SiO2以硅氧四面体[SiO4]的结构形成不规则的连续网络而成为玻璃的骨架,占玻璃组成58%~63%,它能降低玻璃的热膨胀系数,提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、软化温度、应变点、耐热性、硬度、机械强度、黏度和透紫外光性。

疫苗玻璃瓶

图源:山东药玻

疫苗瓶,用的是“耐水性”级别最高的中硼硅玻璃。虽然中硼硅玻璃的主要成分,就是普普通通的石英砂(二氧化硅),但是,制备工艺却不普通。中硼硅玻璃的含硼量大于10%、氧化铝含量接近7%,这一特性,导致在熔化过程中,面临着粘度大、熔化温度较高等问题。同时,中硼硅玻璃的气泡含量、化学均匀性、温度均匀性都比普通玻璃要求高很多。

玻璃纤维

图源:中国巨石

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料,种类繁多,优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好,机械强度高。玻璃纤维是以石英砂、叶腊石、高岭土、石灰石等矿石为原料经高温熔制、拉丝、烘干、络纱等工艺制造而成,其单丝直径为几微米到二十几微米,相当于一根头发丝的1/20-1/5,每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料、电绝缘材料和绝热保温材料,电路基板等国民经济各个领域,是国家重点鼓励发展的新材料产业。

石英纤维

图源:菲利华

石英纤维是一种高性能无机纤维,制备原料为高纯度二氧化硅或天然的石英晶体。它保持了固体石英的部分性能和特点,是一种良好的耐高温材料,并可作为先进复合材料的增强体。石英纤维的纯度很高(≥99.9%),这使得其具备一些良好的特性,如抗烧蚀性强、耐温性好、导热率低,且其化学稳定性高,介电性能也较为优良。

石油压裂支撑剂

压裂开采是油气田稳产增产的重要技术手段,对低渗透率及超深油气藏的开发尤为重要。其中压裂支撑剂是进行油气压裂开采的核心技术产品。它是油气储层改造中用来支撑压裂人工裂缝的一种关键材料,是提高压裂成功率和改造效果的关键。

支撑剂是具有一定粒度和强度、一定圆球度和级配的天然砂或人造高强陶瓷固体颗粒。自世界上第一例油气田水力压裂技术成功应用以来,支撑剂的发展已经有数十年。目前工业上使用的支撑剂主要有天然石英砂、人造陶粒、覆膜支撑剂3种。

硅酸钙板

图源:中材

硅酸钙板是以硅质材料、钙质材料及增强纤维为主要原材料,经流浆成型、板坯压实、蒸压养护制成的强度高、性能稳定的无机建筑板材。具有防火(达到A1级标准)、保温隔热、防腐防蛀、防水防潮、隔音吸音、轻质高强、绿色无害等优越特性,比传统板材更加节能环保、抗震、抗冲击,可广泛用于房屋建筑内外墙保温装饰、吊顶及船舱隔板、广告牌等领域,且设计安装可塑性强、省时省工。

石英砂是硅酸钙制品中最重要的原材料之一,占硅酸钙板原材料质量的40%,石英砂中SiO2的纯度对水化反应过程中托勃莫来石晶体的生成影响很大,未参与化学反应的石英粉也作为水泥胶结物中的骨料。但石英砂湿磨耗能很大,为了减少石英砂的湿磨能耗,并更多地使用工业废料,在生产硅酸钙板时优选SiO2含量高于90%的石英砂,并可适当掺加一定数量的粉煤灰以降低生产成本。

彩砂地坪

图源:中国粉体网

彩色石英砂是彩砂地坪涂料的主要原料。彩砂地坪涂料是一种以彩色石英砂为骨料,主要以改性环氧树脂为粘接剂制成的地坪材料,施工厚度一般为3~30mm,适用于宾馆、办公楼、展馆、商场、医院等场所。近年来环氧彩坪装饰地坪在发达国家非常流行,被欧美国家誉为“彩砂无缝硬地毯”。

彩色石英砂不仅赋予地坪优美装饰性能,而且能保障地坪的高抗压性和高耐磨性。环氧地坪中的彩色石英砂应选用球形颗粒的,并具有合适的级配,彩砂颗粒能够尽量“最紧密堆积”,使环氧彩砂层充分密实。这样可以保证产品强度,节省罩面涂层的树脂用量,降低成本。彩砂地坪中彩色石英砂以人工制备的为主。

工业填料

石英砂作为工业填料是其又一个重要的应用领域,受到了普遍的重视。主要用于有机高分子材料中,比如塑料及其塑料薄膜、橡胶、涂料、油漆和粘结剂等,以改善它们的物化特性或者提高某一方面的特性,例如加入石英砂后可以提高塑料的抗压和抗拉强度。一般对石英砂质量的要求比较高,SiO2的含量达到99%以上,Fe2O3的含量要在0.05%以下。有时对石英砂质量的要求可以达到高纯石英的要求。

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