[科普中国]-石英砂

简介

石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2 ，石英砂的颜色为乳白色、或无色半透明状，硬度7，性脆无解理，贝壳状断口，油脂光泽，密度为2.65，堆积密度（1-20目为1.6~1.8），20-200目为1.5，其化学、热学和机械性能具有明显的异向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔点1750℃。1

常用规格有：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。

石英砂是无色、透明的石英的变种，希腊人称为“Krystallos”，意思是“洁白的冰”，他们确信石英是耐久而坚固的冰。中国古代人认为嘴里含上冷的水晶能够止渴。石英砂岩是固结的碎屑岩石，石英碎屑含量达95%以上，来源于各种岩浆岩，沉积岩和变质岩，重质矿物较少，伴生矿物为长石、云母和黏土矿物。石英岩分沉积成因和变质成因两种，前者碎屑颗粒与胶结物的界限不明显，后者指变质程度深、质纯的石英岩矿石。脉石英是由热液作用形成，几乎全部由石英组成，致密块状构造。石英砂中矿物含量变化较大，以石英为主，其次为长石、云母、岩屑、重矿物，黏土矿物等。1

主要分类石英有较高的耐火性能，工业上将石英砂常分为：普通石英砂，精制石英砂，高纯石英砂，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℃，外观：部分大颗粒表面有黄皮包囊。普通石英砂一般是采用天然石英矿石，经破碎，水洗，烘干，二次筛选而成的一种水处理滤料；该滤料具有：无杂质，无棱角，密度大，机械强度高，载污能力线使用周期长的特点，是化学水处理的理想材料。粒度范围5—220目，可按用户要求粒度生产。主要用途：冶金，墨碳化硅，玻璃及玻璃制品，搪瓷，铸钢，水过滤，泡花碱，化工，喷吵等行业。

精制石英砂又称酸洗石英砂，SiO2≥99—99.5% Fe2O3≤0.005%，采用优质天然石英砂，砂浆。

高纯石英砂SiO2≥99.5—99.9% Fe2O3≤0.001%，采用优质天然石英石，砂浆。（mm为亳米）

熔融石英砂**化学成份：**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为百万分之一单位）

物理性能：

外观为无色透明块状，颗粒或白色粉末。

相对比重：2.21 ；

莫氏硬度：7.0 ；

PH值：6.0 。

硅微粉硅微粉：外观为灰色或灰白色粉末﹑耐火度>1600℃。容重：200～250千克/立方米。硅微粉的化学成份见下表：

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原料产地石英矿通常分为石英、鳞石英、白矽石三大类。基本上由石英粒组成的未胶结的碎岩石称为石英砂。1

主要产地从全国范围来讲，石英矿比较广泛。石英砂是采用天然的石英矿石，从矿山开采出的石英石经加工后，经粉碎、筛选、水洗等工艺加工而成。外观呈多棱形、球状，纯白色，具有机械强度高、截污能力强、耐酸性能好等特点。一般细度在120Mesh以内的产品称石英砂。超过120Mesh的产品称为石英粉。优质矿源主要分布在内蒙古自治区集宁，安徽省的凤阳，湖北省的黄冈，河北灵寿县产量大品质高,另外在广东及江西也有少量分布。1

市场需求石英石，耐火材料，冶炼硅铁，冶金熔剂，陶瓷，研磨材料，铸造，石英石在建筑中利用其有很强的抗酸性介质浸蚀能力，用来制取耐酸混凝土及耐酸砂浆。

二氧化硅作为硅原料的核心原料在硅原料的生产与供应中起着不可替代的重要基础作用。它所具有的独特的物理、化学 光学特性，使得其在许多高科技产品中发挥着越来越重要的作用，如，IT行业的核心技术产品--计算机芯片，光导纤维，电子产业的谐振器，新型电光源，高绝缘的封接材料，航空航天仪器，军工技术产品，特种光学玻璃，化学分析仪器等等，都离不开这些基础原料。结晶和形状美丽的石英石可作眼镜及贵重的工艺品，利用石英晶体的压电性，可制作无电线工业中的频率稳定器，石英滤波器。可制作各种透镜、反射器、光谱管、导光管和光学仪器中的棱镜、偏光镜等。已广泛应用水热温差法制作人造石英晶体用于制造压电元件。在化学工业中，石英可用于耐酸耐温仪器和器皿；在电器工业上，常采用石英作优良的绝缘材料；石英石也是玻璃、搪瓷和耐火砖制造工业中的优良原料；熔炼石英的杰出性能也使其广泛地应用于冶金、食品、制药及造纸工业中。出口的石英石（砂）大都用于冶金及耐火材料工业中。2

石英管、灰色石英管、黑色石英管、蓝色石英管等，还生产滤紫外石英管、透明石英管、石英棒等石英制品。

应用石英砂所具有的独特的物理、化学特性，使得其在航空、航天、电子、机械以及当今飞速发展的IT产业中占有举足轻重的地位，特别是其内在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律，使其具有的耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、压电效应、谐振效应以及其独特的光学特性，在许多高科技产品中发挥着越来越重要的作用。3

玻璃行业玻璃平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品（玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等）、光学玻璃、玻璃纤维、玻璃仪器、导电玻璃、玻璃布及防射线特种玻璃等的主要原料。3

陶瓷陶瓷及耐火材料瓷器的胚料和釉料，窑炉用高硅砖、普通硅砖以及碳化硅等的原料；冶金硅金属、硅铁合金和硅铝合金等的原料或添加剂熔剂混凝土、胶凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能检验材料（即水泥标准砂）等。4

化工主要原料，研磨材料（喷砂、硬研磨纸、砂纸、砂布等），清砂、除锈、去除氧化皮处理 电子 高纯度金属硅、通讯用光纤等 橡胶、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：应用于铸造、锻造、机械、冶金、热处理、钢结构、网架结构、集装箱、船舶、修造、桥梁、矿山、等领域的清砂、除锈、强化、成形、消除应力及各种型材的表面清理和涂装、电镀前的粗糙度（拉毛）预处理、石材切割、磁丸铸造、作为重型混凝土及高炉耐火材料的添加剂，以增加其耐磨性，耐高温性，抗冲刷性、静电屏蔽、防辐射、油井的过滤罐、配重等等。花岗岩、大理石表面处理采用优质的石英砂为原料专门为体育运动场馆设计生产的草坪专用产品，具有硬度高、比重大、粒度均匀、棱角小、颜色自然等特点，对人造草坪损伤小、形成保护草毛的作用，使草坪更为耐用。得到了国内多家大专院校体育场馆的应用，石英砂是现代田径场、足球场、高尔夫球场等人造场地配套使用的理想材料。3

水处理滤料由于三层滤料滤床的石英砂粒径比双层滤料的石英砂粒小，且石英砂层之下还有一层更细的重质无烟煤滤料，所以在其它条件相同，甚至滤速高一些的情况下，三层滤料滤池的滤后水的水质比双层滤料滤池的水质为好。在使用石英砂的时候，尽量配合使用。

我国绝大多数污水处理厂执行的是《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级B 标准，而执行一级A 标准可以较大限度的对污水进行“除磷脱氮”，减少对后续受纳水体的污染，出水可作为回用水，解决我国部分地区水资源紧缺的问题。5

石英砂滤池污水厂尾水通过进水管进入过滤器底部，经布水器均匀布水后自上而下通过滤料层。在此过程中，尾水被过滤，去除了水中的污染物。同时石英砂滤料中污染物的含量增加，并且下层滤料层的污染物程度比上层滤料要高。此时打开位于过滤器中央的空气提升泵，将下层的石英砂滤料提至过滤器顶部的洗沙器中进行清洗。滤砂清洗后返回滤床，同时将清洗所产生的污染物外排。
石英砂滤料在提升泵的作用下呈自上而下的运动，对尾水起搅拌作用。过滤器内滤料能够及时得到清洁，抗污染物负荷冲击能力强。石英砂过滤器特殊的内部结构及其自身运行特点，使得混凝、澄清、过滤在同一个池体内可全部完成。2

石英砂过滤器的技术特点
(1)石英砂滤料层较厚，滤池较深，土建费用较高。
(2)过滤效率较高，过滤效果较好，无需停机反冲洗，运行费用低。
(3)水头损失较高，一般需要设置二次提升泵房，增加了运行费用。
(4)活性砂过滤器可根据水量变化灵活增加或减少过滤器数量，主要适应于小规模的污水处理厂。
活性砂过滤器是一种集絮凝、澄清、过滤为一体的连续过滤设备，广泛应用于饮用水、工业用水、污水深度处理及中水回用处理领域。系统采用升流式流动床过滤原理和单一均质滤料，过滤与洗砂同时进行，能够24小时连续自动运行，巧妙的提砂和洗砂结构代替了传统大功率反冲洗系统，能耗极低。
因此，进行城镇污水处理厂提标改造是水环境保护的要求，也是国家提出的节能减排的要求。

石英砂滤料是采用天然石英矿为原料，经破碎，水洗精筛等加工而成，目前是水处理行业中使用最广泛、量最大的净水材料，无杂质，抗压耐磨，机械强度高，化学性能稳定，截污能力强，效益高、使用周期长，适用于单层、双层过滤池、过滤器和离子交换器中，各项指标均达到（CJ/T43-2005）标准。
石英砂滤料：主要用在污水处理中，用三五年都没问题，只要防止石英砂流失就行，被污染了不要紧，因为污水处理中，污泥可以进行好氧或者厌氧呼吸，将污水中的污染物降解。
常用规格：0.5-1.0mm 0.6-1.2mm 1-2mm 2-4mm 4-8mm 8-16mm 16-32mm。

精制石英砂滤料的理化分析：

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酸洗为了消除石英砂原料《石英石》硅藻土载体表面吸附,减少色谱峰脱层载体在生产加工前需进行酸洗处理。酸洗是把载体用6mol/L盐酸浸煮2h或浓盐酸加热浸煮30min,过滤,用水洗至中性,烘干。酸洗可除去表面上的铁、铝等杂质。

提纯方法提纯工艺工业上的石英砂原料品位越来越低，为满足工业上的需求，可以通过选矿工艺提高其品位。主要有以下一些提纯方法：

1、擦洗脱泥。

擦洗是指借助机械力和砂粒间的磨剥力来除去石英砂表面的薄膜铁、粘结及泥性杂质矿物和进一步擦碎未成单体的矿物集合体，再经分级作业达到进一步提纯石英砂的效果。现今主要有棒磨擦洗和机械擦洗。影响擦洗效果的主要因素为擦洗机的结构特点及配置形式；次要因素为擦洗时间、擦洗浓度（擦洗浓度一般以50%—60%为宜）。主要有机械擦洗、棒磨擦洗和加药高效强力擦洗和超声波擦洗等方法。2

2、磁选。

磁选主要用于除去石英砂中的磁性矿物，如可以通过强磁性机除去赤铁矿、褐铁矿、黑云母等弱磁性矿物，而强磁性矿物如磁铁矿则可以通过弱磁选机除去。

3、浮选。

浮选用于除去石英砂中的长石、云母等一些磁选无法除去的杂质，进一步提高其纯度。

4、酸浸。

酸浸是利用石英不溶于酸（HF酸除外），而其它杂质矿物能被酸液溶解的特点，可以实现对石英的进一步提纯。

5、微生物浸出。

是指利用微生物浸除石英砂颗粒表面的薄膜铁或浸染铁，这是新近发展起来的一种除铁技术。

生产流程1、大石料进入仓库

2、选粗破

3、选细破

4、制砂机震动筛选

5、洗砂机洗出成品砂

6、烘干机烘干或自然晾晒

危害在日常生活、生产和科研等方面石英砂有着重要的用途，但有时也会对人体造成危害。6

某些硅物质对人体有害,如石棉。石棉是一种纤维状的硅质矿物。人长期吸入，会引致肺部组织受破坏，这些极微细的石棉纤维会沉积在肺气泡内，引致肺部组织逐步纤维化，继而影响肺部气体交换的功能。

由于石棉纤维非肉眼所能看到，一般人对它的传播，都不能作出预防。暴露于石棉的危险性，并没有一个安全界限。基本上，各类石棉均会致癌。而到目前为止，尚未有任何药物、外科手术或放射治疗法，可以医治与石棉有关的病症。

另外，石棉亦会引致肺癌、胸膜间皮瘤及胸膜良性病变。患上石棉沉著病的人后期可能并发支气管炎及因肺部广泛纤维化并发肺原性心脏病，导致心脏衰竭而死亡。

石英砂的粉尘极细，比表面积达到100㎡/g以上可以悬浮在空气中，如果人长期吸入含有石英砂的粉尘，就会患硅肺病（因硅旧称为矽，硅肺旧称为矽肺）。

硅肺是一种职业病，它的发生及严重程度，取决于空气中粉尘的含量和粉尘中石英砂的含量，以及与人的接触时间等。长期在石英砂粉尘含量较高的地方，如采矿、翻砂、喷砂、制陶瓷、制耐火材料等场所工作的人易患此病。

因此，在这些粉尘较多的工作场所，应采取严格的劳动保护措施，采用多种技术和设备控制工作场所的粉尘含量，以保证工作人员的身体健康。5