[科普中國(guó)]-石英砂

簡(jiǎn)介

石英砂是一種堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分是SiO2 ，石英砂的顏色為乳白色、或無(wú)色半透明狀，硬度7，性脆無(wú)解理，貝殼狀斷口，油脂光澤，密度為2.65，堆積密度（1-20目為1.6~1.8），20-200目為1.5，其化學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能具有明顯的異向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔點(diǎn)1750℃。1

常用規(guī)格有：0.5-1mm、1-2mm、2-4mm、4-8mm、8-16mm、16-32mm、10-20目、20-40目、40-80目、100-120目。

石英砂是無(wú)色、透明的石英的變種，希臘人稱為“Krystallos”，意思是“潔白的冰”，他們確信石英是耐久而堅(jiān)固的冰。中國(guó)古代人認(rèn)為嘴里含上冷的水晶能夠止渴。石英砂巖是固結(jié)的碎屑巖石，石英碎屑含量達(dá)95%以上，來(lái)源于各種巖漿巖，沉積巖和變質(zhì)巖，重質(zhì)礦物較少，伴生礦物為長(zhǎng)石、云母和黏土礦物。石英巖分沉積成因和變質(zhì)成因兩種，前者碎屑顆粒與膠結(jié)物的界限不明顯，后者指變質(zhì)程度深、質(zhì)純的石英巖礦石。脈石英是由熱液作用形成，幾乎全部由石英組成，致密塊狀構(gòu)造。石英砂中礦物含量變化較大，以石英為主，其次為長(zhǎng)石、云母、巖屑、重礦物，黏土礦物等。1

主要分類石英有較高的耐火性能，工業(yè)上將石英砂常分為：普通石英砂，精制石英砂，高純石英砂，熔融石英砂及硅微粉等。

普通石英砂普通石英砂，即SiO2≥90—99% Fe2O3≤0.06—0.02%，耐火度1750℃，外觀：部分大顆粒表面有黃皮包囊。普通石英砂一般是采用天然石英礦石，經(jīng)破碎，水洗，烘干，二次篩選而成的一種水處理濾料；該濾料具有：無(wú)雜質(zhì)，無(wú)棱角，密度大，機(jī)械強(qiáng)度高，載污能力線使用周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，是化學(xué)水處理的理想材料。粒度范圍5—220目，可按用戶要求粒度生產(chǎn)。主要用途：冶金，墨碳化硅，玻璃及玻璃制品，搪瓷，鑄鋼，水過(guò)濾，泡花堿，化工，噴吵等行業(yè)。

精制石英砂又稱酸洗石英砂，SiO2≥99—99.5% Fe2O3≤0.005%，采用優(yōu)質(zhì)天然石英砂，砂漿。

高純石英砂SiO2≥99.5—99.9% Fe2O3≤0.001%，采用優(yōu)質(zhì)天然石英石，砂漿。（mm為亳米）

熔融石英砂**化學(xué)成份：**SiO2 99.9-99.95% Fe2O3 5PPM-25PPM max Li2O 1-2PPM max Al2O3 20-30PPM max

K2O 20-25PPM max Na2O 10-20PPM max （PPM為百萬(wàn)分之一單位）

物理性能：

外觀為無(wú)色透明塊狀，顆?；虬咨勰?/p>

相對(duì)比重：2.21 ；

莫氏硬度：7.0 ；

PH值：6.0 。

硅微粉硅微粉：外觀為灰色或灰白色粉末﹑耐火度>1600℃。容重：200～250千克/立方米。硅微粉的化學(xué)成份見(jiàn)下表：

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原料產(chǎn)地石英礦通常分為石英、鱗石英、白矽石三大類?；旧嫌墒⒘＝M成的未膠結(jié)的碎巖石稱為石英砂。1

主要產(chǎn)地從全國(guó)范圍來(lái)講，石英礦比較廣泛。石英砂是采用天然的石英礦石，從礦山開采出的石英石經(jīng)加工后，經(jīng)粉碎、篩選、水洗等工藝加工而成。外觀呈多棱形、球狀，純白色，具有機(jī)械強(qiáng)度高、截污能力強(qiáng)、耐酸性能好等特點(diǎn)。一般細(xì)度在120Mesh以內(nèi)的產(chǎn)品稱石英砂。超過(guò)120Mesh的產(chǎn)品稱為石英粉。優(yōu)質(zhì)礦源主要分布在內(nèi)蒙古自治區(qū)集寧，安徽省的鳳陽(yáng)，湖北省的黃岡，河北靈壽縣產(chǎn)量大品質(zhì)高,另外在廣東及江西也有少量分布。1

市場(chǎng)需求石英石，耐火材料，冶煉硅鐵，冶金熔劑，陶瓷，研磨材料，鑄造，石英石在建筑中利用其有很強(qiáng)的抗酸性介質(zhì)浸蝕能力，用來(lái)制取耐酸混凝土及耐酸砂漿。

二氧化硅作為硅原料的核心原料在硅原料的生產(chǎn)與供應(yīng)中起著不可替代的重要基礎(chǔ)作用。它所具有的獨(dú)特的物理、化學(xué) 光學(xué)特性，使得其在許多高科技產(chǎn)品中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，如，IT行業(yè)的核心技術(shù)產(chǎn)品--計(jì)算機(jī)芯片，光導(dǎo)纖維，電子產(chǎn)業(yè)的諧振器，新型電光源，高絕緣的封接材料，航空航天儀器，軍工技術(shù)產(chǎn)品，特種光學(xué)玻璃，化學(xué)分析儀器等等，都離不開這些基礎(chǔ)原料。結(jié)晶和形狀美麗的石英石可作眼鏡及貴重的工藝品，利用石英晶體的壓電性，可制作無(wú)電線工業(yè)中的頻率穩(wěn)定器，石英濾波器?？芍谱鞲鞣N透鏡、反射器、光譜管、導(dǎo)光管和光學(xué)儀器中的棱鏡、偏光鏡等。已廣泛應(yīng)用水熱溫差法制作人造石英晶體用于制造壓電元件。在化學(xué)工業(yè)中，石英可用于耐酸耐溫儀器和器皿；在電器工業(yè)上，常采用石英作優(yōu)良的絕緣材料；石英石也是玻璃、搪瓷和耐火磚制造工業(yè)中的優(yōu)良原料；熔煉石英的杰出性能也使其廣泛地應(yīng)用于冶金、食品、制藥及造紙工業(yè)中。出口的石英石（砂）大都用于冶金及耐火材料工業(yè)中。2

石英管、灰色石英管、黑色石英管、藍(lán)色石英管等，還生產(chǎn)濾紫外石英管、透明石英管、石英棒等石英制品。

應(yīng)用石英砂所具有的獨(dú)特的物理、化學(xué)特性，使得其在航空、航天、電子、機(jī)械以及當(dāng)今飛速發(fā)展的IT產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位，特別是其內(nèi)在分子鏈結(jié)構(gòu)、晶體形狀和晶格變化規(guī)律，使其具有的耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、耐腐蝕、壓電效應(yīng)、諧振效應(yīng)以及其獨(dú)特的光學(xué)特性，在許多高科技產(chǎn)品中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。3

玻璃行業(yè)玻璃平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品（玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等）、光學(xué)玻璃、玻璃纖維、玻璃儀器、導(dǎo)電玻璃、玻璃布及防射線特種玻璃等的主要原料。3

陶瓷陶瓷及耐火材料瓷器的胚料和釉料，窯爐用高硅磚、普通硅磚以及碳化硅等的原料；冶金硅金屬、硅鐵合金和硅鋁合金等的原料或添加劑熔劑混凝土、膠凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能檢驗(yàn)材料（即水泥標(biāo)準(zhǔn)砂）等。4

化工主要原料，研磨材料（噴砂、硬研磨紙、砂紙、砂布等），清砂、除銹、去除氧化皮處理 電子 高純度金屬硅、通訊用光纖等 橡膠、塑料填料（可提高耐磨性）。涂料填料可提高涂料的耐候性；其次是：應(yīng)用于鑄造、鍛造、機(jī)械、冶金、熱處理、鋼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、集裝箱、船舶、修造、橋梁、礦山、等領(lǐng)域的清砂、除銹、強(qiáng)化、成形、消除應(yīng)力及各種型材的表面清理和涂裝、電鍍前的粗糙度（拉毛）預(yù)處理、石材切割、磁丸鑄造、作為重型混凝土及高爐耐火材料的添加劑，以增加其耐磨性，耐高溫性，抗沖刷性、靜電屏蔽、防輻射、油井的過(guò)濾罐、配重等等。花崗巖、大理石表面處理采用優(yōu)質(zhì)的石英砂為原料專門為體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館設(shè)計(jì)生產(chǎn)的草坪專用產(chǎn)品，具有硬度高、比重大、粒度均勻、棱角小、顏色自然等特點(diǎn)，對(duì)人造草坪損傷小、形成保護(hù)草毛的作用，使草坪更為耐用。得到了國(guó)內(nèi)多家大專院校體育場(chǎng)館的應(yīng)用，石英砂是現(xiàn)代田徑場(chǎng)、足球場(chǎng)、高爾夫球場(chǎng)等人造場(chǎng)地配套使用的理想材料。3

水處理濾料由于三層濾料濾床的石英砂粒徑比雙層濾料的石英砂粒小，且石英砂層之下還有一層更細(xì)的重質(zhì)無(wú)煙煤濾料，所以在其它條件相同，甚至濾速高一些的情況下，三層濾料濾池的濾后水的水質(zhì)比雙層濾料濾池的水質(zhì)為好。在使用石英砂的時(shí)候，盡量配合使用。

我國(guó)絕大多數(shù)污水處理廠執(zhí)行的是《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)，而執(zhí)行一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)可以較大限度的對(duì)污水進(jìn)行“除磷脫氮”，減少對(duì)后續(xù)受納水體的污染，出水可作為回用水，解決我國(guó)部分地區(qū)水資源緊缺的問(wèn)題。5

石英砂濾池污水廠尾水通過(guò)進(jìn)水管進(jìn)入過(guò)濾器底部，經(jīng)布水器均勻布水后自上而下通過(guò)濾料層。在此過(guò)程中，尾水被過(guò)濾，去除了水中的污染物。同時(shí)石英砂濾料中污染物的含量增加，并且下層濾料層的污染物程度比上層濾料要高。此時(shí)打開位于過(guò)濾器中央的空氣提升泵，將下層的石英砂濾料提至過(guò)濾器頂部的洗沙器中進(jìn)行清洗。濾砂清洗后返回濾床，同時(shí)將清洗所產(chǎn)生的污染物外排。
石英砂濾料在提升泵的作用下呈自上而下的運(yùn)動(dòng)，對(duì)尾水起攪拌作用。過(guò)濾器內(nèi)濾料能夠及時(shí)得到清潔，抗污染物負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)。石英砂過(guò)濾器特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其自身運(yùn)行特點(diǎn)，使得混凝、澄清、過(guò)濾在同一個(gè)池體內(nèi)可全部完成。2

石英砂過(guò)濾器的技術(shù)特點(diǎn)
(1)石英砂濾料層較厚，濾池較深，土建費(fèi)用較高。
(2)過(guò)濾效率較高，過(guò)濾效果較好，無(wú)需停機(jī)反沖洗，運(yùn)行費(fèi)用低。
(3)水頭損失較高，一般需要設(shè)置二次提升泵房，增加了運(yùn)行費(fèi)用。
(4)活性砂過(guò)濾器可根據(jù)水量變化靈活增加或減少過(guò)濾器數(shù)量，主要適應(yīng)于小規(guī)模的污水處理廠。
活性砂過(guò)濾器是一種集絮凝、澄清、過(guò)濾為一體的連續(xù)過(guò)濾設(shè)備，廣泛應(yīng)用于飲用水、工業(yè)用水、污水深度處理及中水回用處理領(lǐng)域。系統(tǒng)采用升流式流動(dòng)床過(guò)濾原理和單一均質(zhì)濾料，過(guò)濾與洗砂同時(shí)進(jìn)行，能夠24小時(shí)連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行，巧妙的提砂和洗砂結(jié)構(gòu)代替了傳統(tǒng)大功率反沖洗系統(tǒng)，能耗極低。
因此，進(jìn)行城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造是水環(huán)境保護(hù)的要求，也是國(guó)家提出的節(jié)能減排的要求。

石英砂濾料是采用天然石英礦為原料，經(jīng)破碎，水洗精篩等加工而成，目前是水處理行業(yè)中使用最廣泛、量最大的凈水材料，無(wú)雜質(zhì)，抗壓耐磨，機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)性能穩(wěn)定，截污能力強(qiáng)，效益高、使用周期長(zhǎng)，適用于單層、雙層過(guò)濾池、過(guò)濾器和離子交換器中，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到（CJ/T43-2005）標(biāo)準(zhǔn)。
石英砂濾料：主要用在污水處理中，用三五年都沒(méi)問(wèn)題，只要防止石英砂流失就行，被污染了不要緊，因?yàn)槲鬯幚碇?，污泥可以進(jìn)行好氧或者厭氧呼吸，將污水中的污染物降解。
常用規(guī)格：0.5-1.0mm 0.6-1.2mm 1-2mm 2-4mm 4-8mm 8-16mm 16-32mm。

精制石英砂濾料的理化分析：

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酸洗為了消除石英砂原料《石英石》硅藻土載體表面吸附,減少色譜峰脫層載體在生產(chǎn)加工前需進(jìn)行酸洗處理。酸洗是把載體用6mol/L鹽酸浸煮2h或濃鹽酸加熱浸煮30min,過(guò)濾,用水洗至中性,烘干。酸洗可除去表面上的鐵、鋁等雜質(zhì)。

提純方法提純工藝工業(yè)上的石英砂原料品位越來(lái)越低，為滿足工業(yè)上的需求，可以通過(guò)選礦工藝提高其品位。主要有以下一些提純方法：

1、擦洗脫泥。

擦洗是指借助機(jī)械力和砂粒間的磨剝力來(lái)除去石英砂表面的薄膜鐵、粘結(jié)及泥性雜質(zhì)礦物和進(jìn)一步擦碎未成單體的礦物集合體，再經(jīng)分級(jí)作業(yè)達(dá)到進(jìn)一步提純石英砂的效果?，F(xiàn)今主要有棒磨擦洗和機(jī)械擦洗。影響擦洗效果的主要因素為擦洗機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及配置形式；次要因素為擦洗時(shí)間、擦洗濃度（擦洗濃度一般以50%—60%為宜）。主要有機(jī)械擦洗、棒磨擦洗和加藥高效強(qiáng)力擦洗和超聲波擦洗等方法。2

2、磁選。

磁選主要用于除去石英砂中的磁性礦物，如可以通過(guò)強(qiáng)磁性機(jī)除去赤鐵礦、褐鐵礦、黑云母等弱磁性礦物，而強(qiáng)磁性礦物如磁鐵礦則可以通過(guò)弱磁選機(jī)除去。

3、浮選。

浮選用于除去石英砂中的長(zhǎng)石、云母等一些磁選無(wú)法除去的雜質(zhì)，進(jìn)一步提高其純度。

4、酸浸。

酸浸是利用石英不溶于酸（HF酸除外），而其它雜質(zhì)礦物能被酸液溶解的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)石英的進(jìn)一步提純。

5、微生物浸出。

是指利用微生物浸除石英砂顆粒表面的薄膜鐵或浸染鐵，這是新近發(fā)展起來(lái)的一種除鐵技術(shù)。

生產(chǎn)流程1、大石料進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)

2、選粗破

3、選細(xì)破

4、制砂機(jī)震動(dòng)篩選

5、洗砂機(jī)洗出成品砂

6、烘干機(jī)烘干或自然晾曬

危害在日常生活、生產(chǎn)和科研等方面石英砂有著重要的用途，但有時(shí)也會(huì)對(duì)人體造成危害。6

某些硅物質(zhì)對(duì)人體有害,如石棉。石棉是一種纖維狀的硅質(zhì)礦物。人長(zhǎng)期吸入，會(huì)引致肺部組織受破壞，這些極微細(xì)的石棉纖維會(huì)沉積在肺氣泡內(nèi)，引致肺部組織逐步纖維化，繼而影響肺部氣體交換的功能。

由于石棉纖維非肉眼所能看到，一般人對(duì)它的傳播，都不能作出預(yù)防。暴露于石棉的危險(xiǎn)性，并沒(méi)有一個(gè)安全界限?；旧?，各類石棉均會(huì)致癌。而到目前為止，尚未有任何藥物、外科手術(shù)或放射治療法，可以醫(yī)治與石棉有關(guān)的病癥。

另外，石棉亦會(huì)引致肺癌、胸膜間皮瘤及胸膜良性病變。患上石棉沉著病的人后期可能并發(fā)支氣管炎及因肺部廣泛纖維化并發(fā)肺原性心臟病，導(dǎo)致心臟衰竭而死亡。

石英砂的粉塵極細(xì)，比表面積達(dá)到100㎡/g以上可以懸浮在空氣中，如果人長(zhǎng)期吸入含有石英砂的粉塵，就會(huì)患硅肺?。ㄒ蚬枧f稱為矽，硅肺舊稱為矽肺）。

硅肺是一種職業(yè)病，它的發(fā)生及嚴(yán)重程度，取決于空氣中粉塵的含量和粉塵中石英砂的含量，以及與人的接觸時(shí)間等。長(zhǎng)期在石英砂粉塵含量較高的地方，如采礦、翻砂、噴砂、制陶瓷、制耐火材料等場(chǎng)所工作的人易患此病。

因此，在這些粉塵較多的工作場(chǎng)所，應(yīng)采取嚴(yán)格的勞動(dòng)保護(hù)措施，采用多種技術(shù)和設(shè)備控制工作場(chǎng)所的粉塵含量，以保證工作人員的身體健康。5