石英砂是重要的工業(yè)礦物原料，廣泛用于濾料、玻璃、陶瓷及耐火材料、冶煉、建筑、化工和機(jī)械、填料、電子等工業(yè)。
石英砂的主要用途
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 類(lèi)型 | 主要用途 |
| 玻璃及玻璃制品工業(yè) | 建筑玻璃 | 制造各種平板玻璃、夾絲玻璃、壓花玻璃、玻璃磚、空心玻璃、泡沫玻璃等 |
| 日用玻璃 | 制作瓶罐及玻璃器皿，如啤酒瓶、玻璃杯及裝飾品等 | |
| 技術(shù)玻璃 | 制作光學(xué)玻璃、玻璃儀器、玻璃纖維、導(dǎo)電玻璃、石英坩堝、激光光源和輻射光源型石英玻璃等 | |
| 機(jī)械工業(yè) | 鑄造 | 造型用砂及研磨材料 |
| 電子工業(yè) | 原料 | 高純度金屬硅、電子塑封用熔融硅微粉、光導(dǎo)纖維等 |
| 冶金工業(yè) | 輔料 | 作冶煉添加劑、溶劑以及各種硅鐵合金 |
| 耐火材料 | 窯爐 | 窯用高硅磚、普通磚及耐火粉料等 |
| 水泥工業(yè) | 水泥 | 沙子水泥配料 |
| 水泥制品 | 加氣混凝土、普通制品等 | |
| 硅酸鈉 | 制作水玻璃及無(wú)定形二氧化硅等 | |
| 無(wú)水硅酸 | 硅膠、干燥劑、石油精煉催化劑 | |
| 填料領(lǐng)域 | 橡膠、塑料的填料；防腐蝕和耐磨道路標(biāo)志涂料的填料等 | |
1、玻璃工業(yè)用石英砂
石英砂作為玻璃工業(yè)的主要原料，其對(duì)石英砂的質(zhì)量要求，主要體現(xiàn)在化學(xué)成分、穩(wěn)定性、粒度組成三個(gè)方面。
石英玻璃原料的一般工業(yè)要求
| 原料品質(zhì) | 雜質(zhì)總量×10-6 | 主要雜質(zhì)成分ω/% | 應(yīng)用范圍 | ||||
| Al | Fe | B | 堿金屬 | 堿土金屬 | |||
| 普通 | 150-50 | 無(wú)具體要求 | 電光源 | ||||
| 高純 | ＜30 | ＜15×10-3 | ＜1.5×10-3 | ＜0.5×10-3 | ＜4.0×10-3 | ＜4.0×10-3 | 電子石英光纖管 |
| 超純 | ＜10 | ＜3×10-3 | ＜0.1×10-3 | ＜0.1×10-3 | ＜0.5×10-3 | ＜1.0×10-3 | 光學(xué)應(yīng)用 |
平板玻璃用硅質(zhì)原料化學(xué)成分及波動(dòng)范圍
| 級(jí)別 | 化學(xué)成分ω/% | ||
| SiO2不小于 | Al2O3不大于 | Fe2O3不大于 | |
| 優(yōu)等品 | 98.50±0.20 | 1.00±0.10 | 0.05±0.01 |
| 優(yōu)等品 | 98.00±0.25 | 0.10 | |
| 二級(jí)品 | 96.00±0.30 | 2.00±0.15 | 0.20 |
| 三級(jí)品 | 92.00±0.30 | 4.50±0.20 | 0.25 |
| 四級(jí)品 | 90.00±0.30 | 5.50±0.30 | 0.33 |
平板玻璃用硅質(zhì)原料粒度組成
| 級(jí)別 | 粒度組成（不大于）/% | ||||
| +1mm | 800μm | 710μm | 500μm | -100μm | |
| 優(yōu)等品 | 0 | 0 | 0.5 | 5.5 | 5.00 |
| 優(yōu)等品 | 0.5 | 10.00 | |||
| 二級(jí)品 | 20.00 | ||||
| 三級(jí)品 | 25.00 | ||||
| 四級(jí)品 | 30.00 | ||||
玻璃允許的含鐵量
| 玻璃種類(lèi) | Fe2O3允許量/% |
| 光學(xué)玻璃、透紫外玻璃 | 0.01 |
| 優(yōu)良水晶玻璃 | 0.015 |
| 普通水晶玻璃 | 0.02 |
| 無(wú)色空腔玻璃、水晶鏡片玻璃 | 0.03 |
| 燈泡用玻璃 | 0.05 |
| 鏡子用玻璃 | 0.1 |
| 物理化學(xué)用玻璃 | 0.1 |
| 半透明厚玻璃 | 0.2 |
| 半透明薄玻璃 | 0.3 |
| 綠色、褐色玻璃 | 0.5以上 |
超白玻璃用石英砂要求 （單位：wt%)
| 原料 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2CO3 | TiO2 | NaCL |
| 石英砂 | ≥98.5 | ≤1.0 | ≤0.01 | ≤0.1 | ||||
| ±0.3 | ±0.1 | ±0.001 | ±0.01 |
連熔透明石英玻璃管的原料要求
| 級(jí)別 | 特級(jí) | 優(yōu)級(jí) | 二級(jí) | 三級(jí) |
| 雜質(zhì)總量 | ＜30×10-6 | ＜50×10-6 | ＜100×10-6 | ＜150×10-6 |
| 雜質(zhì)顆粒/�！g-1 | 無(wú) | ＜5 | ＜10 | ＜20 |
| 水分含量/% | 0.3 | 0.3 | 0.5 | 0.5 |
| 玻璃質(zhì)量等級(jí) | 1、2級(jí) | 3級(jí)以上＞40% | 4級(jí)以上＞70% | 4級(jí)＞40% |
2、機(jī)械工業(yè)
鑄造用的石英砂其二氧化硅含量要高，其他成分含量低，便于保證耐火度，故以二氧化硅的含量來(lái)作為鑄造用石英砂的主要驗(yàn)收依據(jù)。
鑄鋼用砂：二氧化硅的含量應(yīng)大于97%；
鑄鐵用砂：二氧化硅的含量應(yīng)大于85%；
有色合金鑄造用砂：二氧化硅的含量應(yīng)大于75%。
磨料用砂：粒磨圓度好，無(wú)棱角，粒度0.8-1.5mm，SiO2＞98%，Al2O3＜0.72%，F(xiàn)e2O3＜0.18%。
化學(xué)工業(yè)清除銹噴砂：要求SiO2＞99.6%，Al2O3＜0.18%，F(xiàn)e2O3＜0.02%，粒度50-70目，粒形為球形，莫氏硬度為7。
鑄造型砂工業(yè)要求
| 原砂類(lèi)型 | 等級(jí)符號(hào) | 含泥率/% | SiO2/% | K2O+Na2O/% | CaO+MgO/% | Fe2O3/% |
| 石英砂 | 1S | ≤2 | ≥97 | ≤0.5 | ≤1.0 | ≤0.75 |
| 2S | ≤2 | ≥96 | ≤1.5 | ≤1.5 | ≤1.0 | |
| 3S | ≤2 | ≥94 | ≤2.0 | ≤2.0 | 1.5 | |
| 4S | ≤2 | ≥90 | - | - | - | |
| 石英-長(zhǎng) | 1SC | ≤2 | ≥85 | - | - | - |
| 石砂 | 2SC | ≤2 | ≥85 | - | - | - |
鑄造型砂粒度指標(biāo)要求
| 名稱(chēng) | 特粗砂 | 粗粒砂 | 中粒砂 | 細(xì)粒砂 | 特細(xì)砂 | ||||||
| 粒級(jí)序號(hào) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 粒度/mm | 3.36-1.68 | 1.68-0.84 | 0.84-0.5 | 0.84-0.42 | 0.59-0.297 | 0.42-0.21 | 0.297-0.149 | 0.21-0.105 | 0.149-0.075 | 0.105-0.053 | 0.075-0.053 |
3、超硬材料
目前我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種。
黑碳化硅是以石英砂，石油焦和優(yōu)良硅石為主要原料，通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成。
綠碳化硅是以石油焦和優(yōu)良硅石為主要原料，添加食鹽作為添加劑，通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成。
綠碳化硅（a）及黑碳化硅（b）用石英砂技術(shù)要求
| 綠碳化硅(a) | ||||||
| 粒度/mm | ＞4.5 | ＞3.5 | 3.5-1.0 | 1.0-0.5 | ＜0.5 | 色澤 |
| 含量/% | 0 | ＜2 | ＞85 | ＜13 | 0 | 純白色半透明 |
| 化學(xué)成分 | SiO2 | FeO+Al2O3+CaO+MgO | 燒失 | |||
| 含量/% | ＞99.4 | ＜0.3 | ＜0.3 | |||
| 黑碳化硅(b) | ||||||
| 粒度/mm | ＞3 | 3-1.5 | 1.5-1.0 | 1.0-.05 | ＜0.5 | 色澤 |
| 含量/% | 0 | 約65 | 35 | ＜5 | 0 | 白色或灰白色 |
| 化學(xué)成分 | SiO2 | FeO+Al2O3+CaO+MgO | 燒失 | |||
| 含量/% | ＞99.3 | ＜0.35 | ＜0.35 | |||
4、化工行業(yè)
在化學(xué)用品加工領(lǐng)域，石英砂是生產(chǎn)硅酸鉀、硅酸鈉和各種形態(tài)二氧化硅的主要原料。
生產(chǎn)硅酸鈉對(duì)石英砂要求純度較高，至少達(dá)到容器玻璃級(jí)石英砂標(biāo)準(zhǔn)，比如鐵（Fe2O3）小于0.03%，重礦物含量應(yīng)小于5×10-6，不過(guò)其對(duì)Al2O3和CaO要求比較高，其含量均要小于0.1%，有些情況下，要求更高，其含量各為0.01%-0.02%。
生產(chǎn)硅酸鈉用的石英砂標(biāo)準(zhǔn)
| 化學(xué)組成 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% | 粒度 |
| SiO2 | ＞99.5 | 0.991mm無(wú) |
| Fe2O3 | ＜0.03 | 0.833mm無(wú) |
| Al2O3 | 0.01 | 0.5mm＜4% |
| CaO+MgO | ＜0.10 | 0.35mm＜25% |
| TiO2 | ＜0.03 | 通過(guò)0.105mm＜5% |
| ZrO2 | ＜0.01 | |
| Na2O+K2O | 0.1 | |
| 水分 | ＜0.10 | |
| Cr2O3 | ＜0.001 |
隨著高科技及電子工業(yè)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體硅、沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅等需求也越來(lái)越多，其純度的要求也越來(lái)越高，如Na、Al、Mg、Cu、Ca、Mn、Ti、Cr、Cl的含量應(yīng)小于0.1×10-6，Th和U應(yīng)小于0.1×10-9。
二氧化硅生產(chǎn)方法主要分為火法和濕法，兩者都是以石英砂為原料，但生產(chǎn)工藝卻不同。火法是以石英砂為原料，先還原成金屬硅，再與氯化氫產(chǎn)出四氯化硅，四氯化硅高溫水解，產(chǎn)出氣相二氧化硅。濕法是以石英砂為原料，先生產(chǎn)出硅酸鈉，再與酸反應(yīng)，產(chǎn)出沉底二氧化硅或者膠體二氧化硅。
化工領(lǐng)域所用石英砂量比玻璃業(yè)要少，但硅酸鈉和二氧化硅的應(yīng)用是十分廣泛的，因此今后的需求將不斷增長(zhǎng)。各種形態(tài)的二氧化硅及其延續(xù)產(chǎn)品硅烷、硅酮等需求的上升，對(duì)石英砂的需求將更多，為石英砂這類(lèi)大宗非金屬礦的精細(xì)加工和增值開(kāi)辟?gòu)V闊前景。
5、填料領(lǐng)域
（1）塑料
石英砂作塑料填料，不僅可降低塑料生產(chǎn)成本，還能提高塑料的耐候性、阻燃性和硬度等，其特性對(duì)塑料的影響是多方面的，主要特性是其粒徑、硬度、化學(xué)組成等性質(zhì)。
一般來(lái)說(shuō)，石英砂顆粒粒徑越小，塑料的力學(xué)性能越好，不過(guò)粒徑越小，需要的加工成本就越高，使其均勻分散也越困難，且將消耗更多的助劑。
故石英砂顆粒粒徑的大小，據(jù)使用情況來(lái)選擇，因?qū)λ芰闲阅芤约吧a(chǎn)工藝均有影響，是在塑料生產(chǎn)中，使用石英砂填料需要考慮的重要因素。
（2）橡膠
在橡膠中添加石英砂，可大幅度提高橡膠的力學(xué)性能、增加體積、降低成本、改善加工工藝性能，且來(lái)源豐富，價(jià)格低，是淺色和彩色橡膠制品的主要填料。
在橡膠生產(chǎn)中以石英砂作為填料時(shí)，石英砂顆粒粒徑是影響填充效果的重要因素。顆粒粒徑越小，比表面積越大，表面活性就越大，與有機(jī)分子界面作用就越強(qiáng)，越有利于提高橡膠的撕裂強(qiáng)度、耐磨性、拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能。
但是石英砂粒徑越小，表面能也越大，粒子易凝聚使分散變得越困難，不利于填充。故橡膠生產(chǎn)中的填料粒徑大小，應(yīng)根據(jù)橡膠的性能來(lái)定。
（3）涂料
石英砂是涂料中應(yīng)用較廣泛的填料之一。由于石英砂在涂料中具有較好的遮蓋力，從而能部分替代鈦白粉等顏料，來(lái)降低漆料成本，同時(shí)對(duì)漆的光澤、儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響不大，另外石英砂能提高涂膜的牢固性，耐熱性和耐腐蝕性等。
6、水處理
水處理用石英砂要求：SiO2含量＞98，密度2.55-2.65g/cm3，燒失量＜0.7%，磨減量＜3.0%，鹽酸可溶率＜3.5%，粒徑0.3-2.0mm。
7、人造石英石板材用石英砂
（1）顏色一致，透則透，白則白；紅似血，黑如墨，黃如玉等，一般一個(gè)產(chǎn)品里面不能有二種顏色在里面；
（2）粒度組成均勻，不能有太多過(guò)粗或過(guò)細(xì)的顆粒，影響顆粒大小不均的美觀度。追求顆粒趨于顆粒狀，使板材更接近自然板材；
（3）產(chǎn)品干凈清潔度好，無(wú)粉塵；
（4）水分含量要低于0.5%。
8、陶瓷釉料
石英砂在陶瓷釉料中是形成玻璃相的主要成分，可賦予釉面高的機(jī)械強(qiáng)度、硬度、耐磨性與抗化學(xué)侵蝕性能，同時(shí)可調(diào)節(jié)釉料光亮度（光亮釉、亞光釉）和釉料溫度，石英含量和粒度對(duì)釉料性能具有重要影響。一般陶瓷釉料用石英砂要求：SiO2＞98.5%，Al2O3＜0.05%，粒度-200目占98%。
9、光纖用石英砂
光纖用石英原料有合成砂和天然砂之分。選擇光纖用石英砂應(yīng)考慮的主要因素如下：
（1）光衰減性降低的潛力；
（2）折射率的可控制性；
（3）形狀的可控制性；
（4）光纖的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度以及制造成本等。
光纖衰耗的降低有利于各種較長(zhǎng)中繼距離傳輸系統(tǒng)的建設(shè)。為了保證光纖的低衰耗，對(duì)于光纖用石英砂而言，要求過(guò)渡金屬離子的含量低于10-9，但是對(duì)于不導(dǎo)光部分的外包層材料，只需保證金屬離子的擴(kuò)散不會(huì)對(duì)預(yù)制棒的芯層和內(nèi)包層產(chǎn)生影響。
我國(guó)石英資源豐富，但多數(shù)只是用于玻璃、板材、濾料等領(lǐng)域，大口徑石英管、高質(zhì)量石英棒和石英錠以及光通信使用的石英玻璃等仍需要大量進(jìn)口，高純、低羥基石英產(chǎn)品將是未來(lái)研究和大力發(fā)展的熱點(diǎn)。
