




硅砂(石英砂)是应用最广、用量最大的铸造用砂。铸造用硅砂粒物,按其开采和加工方法的不同,分为水洗砂、擦洗砂、精选砂等天然硅砂和人工硅砂。铸造用的石英砂是以石英(SiO2)为主要矿物成分,二氧化硅含量要高,其他成分含量低,便于保证耐火度,所以二氧化硅的含量是铸造用石英砂的主要验收依据。
铸造型砂工业要求:
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3. 超硬材料

4. 化工行业

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. 石油行业
石英砂在石油行业的应用主要体现在水力压裂过程中,作为支撑剂发挥着关键作用。石英砂因其较高的硬度和抗压强度使得它能够在高压环境下保持稳定的形态和结构,从而有效地支撑裂缝并防止其闭合。此外,石英砂的圆球度好,破碎率低,这也为其作为支撑剂提供了良好的物理基础。石英砂的相对密度较低(约2.65),流动性良好,这便于施工泵送。
石油行业广泛使用的支撑剂主要有天然石英砂、人造陶粒以及覆膜支撑剂3种,其中石英砂占80%,陶粒支撑剂占10%,覆膜树脂砂占10%。目前,中石油石英砂支撑剂的应用成为主流,使用比例达到了85.6%。其中3500米以浅页岩气石英砂比例由34%提高到75%,大庆古龙和新疆页岩油几乎100%石英砂。
6. 冶金工业
在冶金工业中,石英砂是制造耐火材料(如硅砖)的主要原料之一,可用于制造耐火材料(硅砖)、冶炼硅质合金(硅铁、硅锰、硅铬)或作熔剂,二氧化硅含量较高的可作为工业硅的生产原料。硅砖因其高耐火度、良好的抗热震性和化学稳定性,在冶金工业中常用于砌筑高炉、热风炉、焦炉等热工设备。石英砂还可以用于制造研磨材料、化学试剂等,为冶金工业提供多种辅助材料和工具。
按用途可冶金用硅石(石英)分为耐火材料用硅石、铁合金用硅石、工业硅用硅石。冶炼硅铁的硅石的SiO2含量大于97%,Fe₂O₃、Al₂O₃等金属氧化物以及云母、长石等矿物杂质的含量需要控制在较低水平,以避免对冶炼过程和产品质量产生不利影响。
7. 填料领域
石英砂是使用最早,也是应用较广泛的各种给水处理、污水处理和环境治理的净水材料。通常作为污水预处理的垫层使用,能过滤水中较大颗粒的悬浮物,具有较强的截污能力,是一种环保无污染的垫层材料。石英砂滤料的粒径和厚度对过滤性能的好坏有着至关重要的作用。大部分水过滤中使用普通石英砂即可,但在电厂树脂垫层中使用的石英砂是高精制提纯石英砂,要求纯白、无粉尘、强度大。对于比较难处理的废水,有时也会对石英砂滤料进行改性处理提高过滤性能。
人造石英石是以天然石英石(砂、粉)、硅砂、尾矿渣等无机材料(其主要成分为二氧化硅)为主要原材料,以高分子聚合物或水泥或两者混合物为粘合材料制程的人造石,简称石英石或人造石英石,俗称石英微晶合成装饰板或人造硅晶石。人造石英石中骨料天然石英砂(粉)约占90%以上,色料、树脂和其它调节粘接、固化等的添加剂占10%左右。其对石英原料的要求并没有统一标准,可以说只要是石英矿都可以做人造石英石的原料,如脉矿石英、砂(岩)矿石英、风化(粉)石英等,目前市场上以脉石英为主。
一般标准要求如下:(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%。
石英是陶瓷生产的主要原料之一,主要用于制作瓷器的釉料和坯体,包括日用陶瓷、高硅质瓷等。石英在陶瓷坯釉中最大使用量达40%,一般都是就地就近取材,用商品石英砂的情况很少。
混凝土和砂浆:石英砂作为混凝土和砂浆的掺合料,可以显著提高材料的强度和耐久性。其高硬度和耐磨性使得混凝土和砂浆更加坚固耐用,适用于各种建筑和基础设施工程。
高纯石英砂在光通讯领域主要用于制造光纤预制棒和辅材。 光纤预制棒是制造光纤光缆的核心原材料,被誉为光纤产业“皇冠上的明珠”,占据了光纤产业70%的价值。高纯石英套管是光纤预制棒的不可或缺的外皮材料,石英靶棒、尾棒等则是光纤拉丝用的支撑材料。芯棒和石英套管对材料纯度、羟基含量等技术参数的要求非常高。



2. 照明行业
石英砂是制造高性能灯管(如金属卤素灯、高强度气体放电灯等)的重要原材料。在LED灯具的制造过程中,石英砂或其制品(如石英玻璃)可能用于封装、透光部件等。由于工业照明的电光源产品一般会产生高强度气体放电,其泡壳材料的表面需要承受高温和高压,为了保证灯管的质量和良好的光透率,泡壳一般采用石英管,具体产品包括卤素灯、HID灯、汽车灯等照明产品以及红外加热灯、紫外杀菌灯等特种光源。高纯石英砂制作的石英玻璃灯罩具有耐热性能好、热膨胀系数极小、热传导速率快等优点,能承受极高的温度和剧烈的温度变化,因此被广泛应用于这些高性能灯的生产制造中。美国矽比科(原尤尼明)IOTA6、IOTASTD、IOTACG系列高纯石英砂是生产照明设备的主要原料,可以用来生产汽车疝气灯、卤素灯、高强度气体放电灯和超高性能灯。
4. 集成电路半导体领域
石英砂是半导体制造过程中的一种重要原材料,且标准要求极高,一般来说,半导体用石英材料的纯度要求达到5N以上(即纯度大于99.999%)。在半导体制造过程中,需要使用高纯度的石英砂来制备硅晶圆,这是半导体芯片的基础材料。
光刻掩膜是半导体芯片制造中的一项重要技术,用于在硅晶圆上形成精细的电路图案。在光刻掩膜的制作过程中,需要使用到高质量的石英砂。石英砂用来制作光刻掩膜的基板,具有抗蚀性和高耐久性等特性,可以确保光刻掩膜的质量和稳定性。
在半导体的生产流程中,高纯石英砂主要用于生产标准半导体级石英管、石英棒、石英坩埚和超高纯半导体级石英管、石英棒。半导体级高纯石英砂要求以低铁含量和低碱金属含量为其显著特征,石英砂粒度分布集中,羟基含量低。用该类石英砂生产的石英玻璃中气泡、气线、色线等缺陷极少。
5. 光学领域
石英砂因其高纯度和良好的光学性能,常被用作制造光学元件的基材。这些光学元件包括望远镜、显微镜、激光器、光学镜头、滤光片等。这些元件都是由高纯石英砂为原料制成的石英玻璃。透明石英玻璃的光学性能好,折射率低,可以满足185-3500mμ波段范围内任意透光波段,因此既可以作为光学仪器的透紫外材料也可以作为透红外材料,主要产品为制造摄谱仪、红外照相机、棱镜以及透镜。同时,石英玻璃具有很强的热稳定性,数值在800~1000℃之间,光学石英玻璃还广泛应用于高空高温照相,比如:高温作业窥视窗口、高精度测距仪以及大型天文望远镜。
石英砂在光学领域的应用还涉及其制备工艺。制备工艺的选择和优化对于确保石英砂的光学性能和产品质量至关重要。常见的制备工艺包括火法和水法。火法采用高温熔炼石英石的方法,获得晶体形态的石英砂;水法则是从硅质矿石中提取氧化硅,再经过沉淀和烘干得到石英砂。
6. 航空航天
石英砂在航空航天领域的有着极为重要的应用,包括高纯石英玻璃光学系统(精密光学系统的透镜、反射镜、棱镜和窗口);航天器结构材料的高纯石英玻璃纤维(航天器的关键部位的结构增强材料);热防护装置中的高纯石英材料(火箭喷火口、航天器的隔热材料);雷达和通信部件中的石英玻璃;耐辐照滤紫外石英玻璃,用来保护航天器免受宇宙射线和太阳辐射的影响。例如,中国建材总院开发的耐辐照滤紫外石英玻璃、高纯耐辐照石英玻璃以及光掩膜石英玻璃等产品,被用于嫦娥五号任务中,显示了高纯石英材料在国家重大航天项目中的应用价值。
石英砂的应用非常广泛,有传统的应用领域,也有高端的新兴产业领域。因传统行业发展稳定,对石英砂的需求也将保持相对稳定。而新兴需求领域,如光伏,半导体,光纤通信,光学,航空航天,在各级政府不断加大的产业扶持力度下,产学研的结合下,石英砂提纯技术不断取得进步,环保要求标准日益严格,国产化进程也在加快。考虑进入石英产业的你,会选哪个赛道呢?
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