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Silica Powder General Information And Characteristics
2015-3-29 22:06:47  

石英的基本知识

石英的主要特点

    石英主要成分为SiO2,一般我们所说的天然石英主要指分布广泛α石英,属三方晶系,形态多为白色块状固体,部分混有其他元素呈现其他色泽,也有少部分良好且透明的结晶,真密度为2.65,莫氏硬度为7,熔点1750℃左右。α石英又称低温石英,在自然界分布最广,是许多火山岩、沉积岩和变质岩的主要造岩矿。
石英的形成
    岩浆在浸入演化活动过程中,由于温度、压力等条件的改变,分出富含SiO2的热液,顺层理、裂隙贯入围岩变质岩系中,或沿先期岩浆岩的接触破碎带侵入,形成脉状石英岩矿体,就是我们常说和工业用途最广泛的脉石英。也有一些形成天然砂状,或砂状聚集物,我们称天然石英岩。石英岩(如安徽凤阳的石英岩砂)的SiO2一般含量相对脉石英低。多用于普通玻璃,耐火及一般陶瓷工业,相对没有脉石英用途广泛。

石英的种类
    在正常的压力下,石英晶体随着温度的不同共有五种不同性质的变体,如图(一)所示:

(1) α石英,其温度低于573℃时为稳态,工业或学术上也叫结晶石英(Crystal Silica/Quartz),我们通常用的石英晶体属于此类。
(2)β石英,对α石英加温超过573℃时,即转变为β石英,它在573℃~870℃之间为稳态,若应用于电子行业,此状态石英没有压电效应,也不能用作压电器了。
(3)磷石英,当对β石英加温超过870℃,β石英变为磷石英,它在870℃~1470℃之间为稳态。
(4)方石英,当对磷石英加温超过1470℃时,磷石英变为方石英,它在1470℃~1710℃之间为稳态。
(5)石英玻璃,当对方石英加温超过1710℃时及以后即开始溶化,熔化后的石英,将温度降低也不能恢复为上述形态。1710℃及以上温度熔融时间超过8个小时,一般可破坏石英的全部结晶,所以我们又称之为无定形石英(Amorphous Silica/Quartz),或通俗叫的熔融石英。
在特殊条件下石英还有柯石英,斯石英两种变体, 均为石英在冲击波作用下转变为较致密和更致密的高压相多型体,真密度从3.01g/cm3到4.35g/cm3,但在常温常压状态均保存量很少,无工业用途价值。

工业用途广泛的石英状态
(1)α石英,就是结晶石英(Crystal Silica/Quartz),广泛应用于电子、涂料,化学(硅胶硅酮),玻璃,耐火材料,冶金熔剂,陶瓷,研磨材料,精密铸造等许多行业。
(2)方石英,广泛应用于耐火材料,贵金属研磨抛光材料,因其具备突出的白度也广泛用于牙科材料,涂料等行业。
(3)石英玻璃,即无定形石英(Amorphous Silica/Quartz)或称熔融石英,因其经过高温熔融,不存在晶体结构,因此具备优秀的热学性能,热膨胀系数极低(从0-100摄氏度膨胀率仅为99.8 X 10-8 )。 因此其广泛应用于电子填料、高档耐火材料、高温技术陶瓷、精密铸造等许多行业。
    无论何种石英,必须在各行业特定要求的纯度,粒度状态下才适合行业使用,有些特殊行业还对其电导率、白度及其它杂质含量有特别的要求,这就关系到石英矿质, 破碎粉碎方法和除杂质工艺,本文第二部分将介绍此项内容。

石英产品的加工

石英原料的选择
    任何行业,以石英矿物作为基本或辅助的原料,必然会对其纯度等化学的或物理的性能有特定的要求。如电子行业、通信行业、化学、硅胶硅酮行业,对其流动性、电导率等有特定的要求。涂料行业,对其白度,粒度等有特定的要求。这样,矿物的选择尤为关键,因为不同矿质会形成石英产品上述不同的性能。如上文所提脉石英形成于地质岩隙中,会不同程度含有云母、钾长石、钠长石还有Fe2O3及一些重金属等杂质。
    此类外来物质,均会增加石英矿物中有害元素含量,降低SiO2的含量,改变矿物性能。如提高其电导率等。同时,针对不同杂质处理的方法和效果也不尽相同。例如工业用途上Fe2O3属有害杂质,但在后序的石英矿物除杂中,像Fe2O3等杂质可通过酸处理的方法去除。而云母、长石等由于其性质稳定,不与一般酸反应,无法去除。这样,选择适合的矿源对工业用途就尤为重要了。
    根据地质分析和实践应用证明,江苏新沂、东海地区的脉石英,其分布为鸡窝状矿,但其主要含Fe2O3杂质,其它杂质如Al2O3、重金属、云母、长石等含量相对少,经酸处理后,电导率很低(最终产品电导率特殊处理最好可达3µs/ cm以内, 一般严格管理的生产工艺都可保证10µs/ cm以内 )很适合电子、硅酮、光纤等行业使用,其他地区如河北、河南、湖北、江西等矿源,白度较好,但Al2O3含量较高,更适合涂料、建材等行业使用。
石英矿物的基本加工方法
    石英矿物开采出来后,一般为较大块状,从10㎜到500㎜不一。这样就需要一个前期的初步破碎,一般矿山均采用鄂式破碎将其初步破碎为小块或砂状,并初步分为大约50㎜左右、10㎜左右、5㎜左右、2㎜左右、0.5㎜左右的颗粒。此外尺寸较小的矿石也可使用锤式破碎机初步破碎,早期也有使用水碾破碎,但水碾式破碎,因为其大量使用水资源,并引进不可处理杂质(花岗岩碾盘磨损)的原因,使用越来越少。
    然后,再根据用途,决定是否需要酸处理,或者直接用于最终用途或石英微粉的生产。
石英粉的生产工艺介绍
    根据最终产品用途的需要,确定合适和合适纯度的石英颗粒原料,即可进行石英粉(硅微粉)的研磨。
基本上,研磨石英粉,有湿式和干式两种方式,湿式即在原料中配入一定比例的水(若产品纯度要求高, 也可使用去离子水),在机器中研磨,然后采用水流分级(分粒度)、烘干等工艺。
    此方式以前一直作为较广泛的硅微粉加工方法,但由于其需消耗大量水资源,排放大量污染水和烘干浪费大量热能,水流分级粒度准确度也相对低,使用也日趋减少。
    目前,只有小部分要求特殊的电子行业要求使用此类产品。
    干式的研磨目前使用较广泛,且有越来越增加的趋势。基本的方法就是选择合适的研磨介质,进行粉磨,然后筛分粒度或用气流分级(分粒度)。这种方法,环保经济,且气流分级粒度准确,唯一不足之处就是由于研磨介质的成分由于磨耗,会少量增加其在产品中的成分。因此选择一种具有高效研磨效果,磨损低且作为杂质少量含在产品中能为大部分行业所接受的研磨介质就显得尤其重要。
    目前,大量行业实践证明,高铝刚玉(主要成分为95%的Al2O3, 其余次要成分主要为SiO2)研磨介质为最适合的。各个行业,基本上均可接受使用高铝刚玉研磨的硅微粉产品。
    硅微研磨设备的选择,目前有多种粉磨的设备,有棒磨机、锥磨机、雷蒙机等,但因为其不可避免地在加工中带入产品大量的Fe2O3成分,因此只能用于生产建材、耐火等行业的低要求石英粉。
    电子、化学、涂料等行业的一般采用球磨机、气流磨,但气流磨耗能巨大,只适合于2500目以细的产品生产,因此目前应用最广的是球磨机。可以为湿式,也可为干式,可为连续式生产,也可为分批次生产。其中研磨介质也可选择,可选择为前文所说的高铝刚玉,也可选择为石英块自身,也可二者进行搭配使用。
    同时,还可以配合气流分级机控制最终产品粒度的控制,是目前硅微粉生产中用途最为广泛合理的一种解决方案。

具体工艺流程请参见图 (二) :
    其中,最为需要注意的一点就是为避免生产对产品引入外来杂质,对产品物料在生产过程中所有所有接触部分的隔离很重要。例如因为石英磨削能力较强,在生产中若接触含铁的设备部件,就不可避免地在硅微粉产品中相应增加Fe2O3的含量,相应就会改变产品的性能。就上面介绍的生产系统,为了避免加工杂质的引入,生产管理严格的方式,应该把物料接触系统的任何部分,包括料仓、输料机、研磨、分级及储料各个部分, 甚至系统各管道,分级叶轮都要做高铝刚玉涂层, 并定期检查其磨损情况,以防止涂层损坏而引起产品中杂质的增加。

中腾提供道康宁的大样介绍
大样使用的原料

根据道康宁提供的标样分析,我们选择合适的原料生产出此大样,基本特点为纯度高、白度高、电导率低。
原料纯度大体为:
SiO2:99.85%以上
Fe2O3:30PPM以内
Al2O3:30PPM 以内
白度:95以上
硅微粉产品基本特点
SiO2:99.5%左右
Fe2O3:100PPM左右
Al2O3:130PPM 左右
白度:94以上
电导率:5-7µs/ cm 左右
粒度控制为:D50 7.485µm
粒度检测: 具体参见附件一:
产品激光粒度分布检测报告
检测仪器品牌及型号:
MARLVERN MASTERSIZER 2000
水筛检测: +400目(38.5µm):0.01%
其它分析:中腾公司化验室
化学滴定法,白度对照仪,电导率仪等
参见附件二:产品化学成份物理性能报告
使用的生产工艺
(1) 前文所提的生产系统;
(2) 系统物料接触部分(包括分级机页轮)全为高铝刚玉或高铝刚玉涂层;
(3)系统配合英国马尔文(Malvern)激光粒度分析仪在线控制产品粒度分布,以确保符合要求。
产品其它信息
常用包装
(1)柔性大集装袋,上下带进、出料口及吊装挂带,每袋装净重1000-1200公斤。若需要另外可以下托木托盘,外罩塑胶袋,更便于叉车装卸及运输途中预防雨淋。
(2)双层(内塑胶外塑编)净重20-25公斤每袋。若需要另外可以下托木托盘(每托盘1000-1200公斤)外用缠绕收缩胶膜更便于叉车装卸和运输途中预防雨淋。
(3) 其它特殊包装。
存储及使用安全注意事项
    本产品无特殊的化学毒性或活性, 化学性质较稳定,一般不会自行在空气中产生化学变化。但其固有含有微量的Fe2O3等杂质, 随外界条件变化可能会产生化学变化, 因此还需在运输存储及使用中合理安排并注意一些基本事项:
(1)运输中防雨防潮,否则产品会结块并可能改变相应性能 。
(2)存储中防雨防潮,否则产品会结块并可能改变相应性能 。
(3)总的来说,正常使用本产品无特殊的化学毒性。但要注意和人及动物隔离,如粘染皮肤,应及时用清水或肥皂水清洗干净,一般不会产生异常伤害反应。若少数个体有异常反应,应及时就医。若产品不慎误入人眼睛,应及时用大量清水清洗干净,并及时就医。
(4)此产品属结晶硅微粉, 使用区域可能产生漂浮微粉 (包括肉眼可见或不可见浮尘),人或动物 呼吸系统长期暴露此类环境会在呼吸系统沉积微小粉尘并对呼吸系统产生损伤(如矽肺)。因此,用对此环境工作人员职业安全要求予以保护。
(5)同时,按相关国家地区职业安全要求使用。
(6)其它请参见附件三,产品安全使用说明书MSDS。