第一節(jié) 產(chǎn)品定義及發(fā)展歷程

1、定義

石英砂又名硅砂，或二氧化硅。指含二氧化硅較多的河砂、海砂、風(fēng)化砂等。除主要成分二氧化硅外，還含有氧化鐵、粘土、云母和有機(jī)雜質(zhì)。石英砂主要用作玻璃工業(yè)和陶瓷工業(yè)的原料，冶金工業(yè)的助熔劑，其用于鑄造用的石英砂就是鑄造石英砂。

2、發(fā)展歷程

石英是地球表面分布最廣的礦物之一，它的用途也相當(dāng)廣泛。遠(yuǎn)在石器時(shí)代，人們用它制作石斧、石箭等簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工具，以獵取食物和抗擊敵人。石英鐘、電子設(shè)備中把壓電石英片用作標(biāo)準(zhǔn)頻率；熔融后制成的玻璃，可用于制作光學(xué)儀器、眼鏡、玻璃管和其它產(chǎn)品；還可以做精密儀器的軸承、研磨材料、玻璃陶瓷等工業(yè)原料。

1950年以前，我國(guó)鑄造業(yè)界對(duì)膨潤(rùn)土還是非常陌生的。無(wú)論配制粘土濕型砂或是干型用砂，大多采用天然粘結(jié)砂，再加入天然硅砂和水，由人工混配而成。少數(shù)鑄造廠(chǎng)用天然硅砂、粘土和水配砂，所用的粘土也是高嶺土質(zhì)粘土，當(dāng)時(shí)有人稱(chēng)之為“陶土”，即現(xiàn)在通稱(chēng)的耐火粘土。

早在50年代中期，我國(guó)的鑄造工作者就對(duì)天然石英砂的高溫處理問(wèn)題進(jìn)行了多方面的 研究 工作。同時(shí)，對(duì)活化處理的石英砂性能做出了準(zhǔn)確的判斷。但是，由于生產(chǎn)條件等諸多因素，使得石英砂熱處理這一行之有效的技術(shù)沒(méi)能得到很好的發(fā)展和應(yīng)用。

世界各國(guó)鑄造 行業(yè) 中所用的原砂，一直都是以硅砂為主。目前，全世界鑄造 行業(yè) 每年耗用的原砂不下6000萬(wàn)t，其中，硅砂所占的比重約在97%以上。硅砂中又以天然顆粒狀沉積砂的用量最大，由破碎石英巖制成的人工硅砂用量很小。硅砂最可取之處是儲(chǔ)量豐富、價(jià)廉易得，這一點(diǎn)是任何其他礦砂無(wú)法與之相比的。此外，還具有能適應(yīng)鑄造工況條件的一些特性，如：有足夠高的耐火度，能耐受絕大多數(shù)鑄造合金澆注溫度的作用；顆粒堅(jiān)硬，能耐受造型時(shí)的舂、壓作用和舊砂再生時(shí)的沖擊和摩擦；在接近其熔點(diǎn)時(shí)仍有足以保持其形狀的強(qiáng)度。

進(jìn)入90年代，由于汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展，用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)的高效材料——覆膜砂得到了迅速發(fā)展，同時(shí)也對(duì)該產(chǎn)品的性能提出了越來(lái)越高的要求。特別是生產(chǎn)高強(qiáng)度、低膨脹、低發(fā)氣覆膜砂時(shí)，一般的天然石英砂由于其熱膨脹率比較高，用其生產(chǎn)的覆膜砂的熱膨脹率達(dá)到1.2％，無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求，因此，天然石英砂的高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)就必然提到議事日程上來(lái)了。

第二節(jié) 產(chǎn)品特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域 分析

1、特點(diǎn)

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，相對(duì)密度為2.65，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℃。顏色呈乳白色、淡黃、褐色及灰色，硅有較高的耐火性能，基于這一點(diǎn)，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。

2、應(yīng)用領(lǐng)域

制造玻璃，耐火材料，冶煉硅鐵，冶金熔劑，陶瓷，研磨材料，鑄造，硅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。石英砂作為硅原料的核心原料在硅原料的生產(chǎn)與供應(yīng)中起者不可替代的重要基礎(chǔ)作用。

第三節(jié) 產(chǎn)業(yè)鏈概述

一、在產(chǎn)業(yè)鏈中的位置

二、相關(guān) 行業(yè) 簡(jiǎn)述

1、型砂

在鑄造中用來(lái)造型的材料。型砂一般由鑄造砂、型砂粘結(jié)劑和輔加物等造型材料按一定的比例混合而成，也可用天然含粘土的硅砂。型砂在鑄造生產(chǎn)中的作用極為重要，因型砂的質(zhì)量不好而造成的鑄件廢品約占鑄件總廢品的30～50％。通常對(duì)型砂的要求是：

1）具有較高的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，以承受各種外力和高溫的作用。

2）良好的流動(dòng)性，即型砂在外力或本身重力作用下砂粒間相互移動(dòng)的能力。

3）一定的可塑性，即型砂在外力作用下變形，當(dāng)外力去除后能保持所給予的形狀的能力。

4）較好的透氣性，即型砂孔隙透過(guò)氣體的能力。

5）高的潰散性，又稱(chēng)出砂性，即在鑄件凝固后型砂是否容易破壞，是否容易從鑄件上清除的性能。型砂按所用粘結(jié)劑不同，可分為粘土砂、水玻璃砂、水泥砂、樹(shù)脂砂等。以粘土砂、水玻璃砂及樹(shù)脂砂用的最多。

2、螢石

螢石又稱(chēng)氟石，是一種常見(jiàn)的鹵化物礦物，它是一種化合物，它的成分為氟化鈣，是提取氟的重要礦物。螢石有很多種顏色，也可以是透明無(wú)色的。透明無(wú)色的螢石可以用來(lái)制作特殊的光學(xué)透鏡。螢石還有很多用途，如作為煉鋼、鋁生產(chǎn)用的熔劑，用來(lái)制造乳白玻璃、搪瓷制品、高辛烷值燃油生產(chǎn)中的催化劑等等。螢石一般呈粒狀或塊狀，具有玻璃光澤，綠色或紫色為多。螢石在紫外線(xiàn)或陰極射線(xiàn)照射下常發(fā)出藍(lán)綠色熒光，它的名字也就是根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)而來(lái)。 在人造螢石技術(shù)尚未成熟前，是制造鏡頭所用光學(xué)玻璃的材料之一。

3、鎂砂

又稱(chēng)燒結(jié)鎂砂。由菱鎂礦、水鎂礦或從海水中提取的氫氧化鎂經(jīng)高溫煅燒而成?？顾芰?qiáng)。

系菱鎂礦等鎂質(zhì)原料經(jīng)高溫處理達(dá)到燒結(jié)程度的產(chǎn)物的統(tǒng)稱(chēng)。用豎窯、回轉(zhuǎn)窯等高溫設(shè)備一次煅燒或二步煅燒工藝，以天然菱鎂礦為原料燒制的鎂砂稱(chēng)為燒結(jié)鎂砂；以菱鎂礦等為原料經(jīng)電弧爐熔煉達(dá)到熔融狀態(tài)冷卻后形成的稱(chēng)為電熔鎂砂；從海水中提取氧化鎂制成的稱(chēng)為海水鎂砂。鎂砂是耐火材料最重要的原料之一，用于制造各種鎂磚、鎂鋁磚、搗打料、補(bǔ)爐料等。含有雜質(zhì)較多的，用于鋪筑煉鋼爐底等。

第四節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

近些年來(lái)，由于鑄造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)原材料的質(zhì)量要求大幅度的提高，隨著酚醛樹(shù)脂覆膜砂在鑄造 行業(yè) 中的大量應(yīng)用，對(duì)其使用的主體材料——硅砂提出了較高的要求。一般情況下，粒度合適的硅砂經(jīng)簡(jiǎn)單的水洗，擦洗和烘干處理即可投入使用。含泥量小于0.3％的擦洗砂即可滿(mǎn)足普通覆膜砂的需要。但是，對(duì)于那些有特殊要求，例如低膨脹（熱膨脹率<0.5％），高強(qiáng)度、低發(fā)氣覆膜砂(常溫抗彎強(qiáng)度>9.0MPa；發(fā)氣量<14ml/g)等。

固體在熱能影響下，品格間原有的平衡局勢(shì)被破壞，結(jié)晶格子緊張與歪扭，為了恢復(fù)晶格安原有的平衡局勢(shì)，于是要求得到外能補(bǔ)償，因此，便在結(jié)晶組織表面積蓄了勢(shì)能。砂粒表面單位面積的吸附場(chǎng)也就隨之得到了加強(qiáng)。普遍認(rèn)為經(jīng)過(guò)高溫處理的硅砂的熱膨脹比未處理的砂小。因此，抓住這一機(jī)遇和條件，對(duì)硅砂進(jìn)行活化處理，可以使硅砂的熱膨脹率減小到最低限度。一般情況下，未經(jīng)處理的天然硅砂，在高溫條件下的膨脹率大于15。經(jīng)預(yù)處理的活化硅砂的熱膨脹率小于0.5>％。硅砂中除石英外還含有長(zhǎng)石、云母、鐵的氧化物、碳酸鹽以及粘土等礦物；這些礦物的存在降低了硅砂的耐火度；這些礦物均被稱(chēng)為雜質(zhì)。由于這些雜質(zhì)的存在，使硅砂 (擦洗砂)的發(fā)氣量 (850℃)增加3-5ml/g。活化處理后，硅砂的發(fā)氣量可以減少2～4ml／g。

合理的活化處理工藝是保證處理后的硅砂能否達(dá)到技術(shù)要求的關(guān)鍵之一。本項(xiàng)技術(shù)的核心是用干燥的硅砂，使用多爐膛加熱爐（５爐膛）進(jìn)行五級(jí)加熱，使硅砂加熱到900-950℃，然后，進(jìn)行爐外保溫，其保溫時(shí)間大于2小時(shí)；而后，自然冷卻、裝袋備用。硅砂的高溫活化處理工藝方框圖如下：

硅砂的高溫活化處理工藝

采用天然硅砂活化處理工藝，把硅砂進(jìn)行高溫活化處理，既可以大幅度的減少硅砂的熱膨脹，又可以使硅砂的外表面獲得更好的活化、凈化，使其具備生產(chǎn)上述特種覆膜砂所要求性能和條件。

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)試驗(yàn)證實(shí)：石英砂，即硅砂可以利用高溫處理的方法來(lái)提高其使用性能。其方法是：將硅砂加熱，其溫度大于870～900℃，保溫2小時(shí)，冷卻至常溫即可。生產(chǎn)覆膜砂時(shí)，采用經(jīng)高溫處理工藝處理過(guò)的硅砂可以使生產(chǎn)的覆膜砂強(qiáng)度提高，樹(shù)脂加入量減少，發(fā)氣量降低，變形量減少；這種覆膜砂可以用于生產(chǎn)汽車(chē)曲軸和凸輪軸等要求變形量較小的鑄件，以及其它尺寸精度要求高的鑄件。

第五節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點(diǎn)或流程

石英砂加工工藝大體分為兩種，即：干法加工和濕法加工。

1、干法加工

工藝流程是：原礦→一級(jí)破碎→二級(jí)破碎→粉碎→篩分→分裝，流程的每個(gè)環(huán)節(jié)都產(chǎn)生大量粉塵。

2、濕法加工

工藝流程是：原礦→初級(jí)破碎→中級(jí)加水研磨（碾磨、球磨或棒磨）→烘干→篩分→分裝。主要產(chǎn)塵環(huán)節(jié)為初級(jí)破碎、篩分、分裝。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“鑄造用硅砂”GB/T9442-1998對(duì)硅砂成分按二氧化硅含量和最大含泥量分級(jí)，其它成分未作具體要求，使用化學(xué)粘結(jié)劑時(shí)規(guī)定了最大酸耗值（<5mL）指標(biāo)；顆粒形狀由角形因數(shù)反映；粒度分布由集中度三篩（>75%）、四篩（>85%）配合平均細(xì)度反映；對(duì)烘干沙規(guī)定含水量不大于0.3%；同時(shí)規(guī)定了牌號(hào)表示方法為：ZGS 二氧化硅分級(jí)代號(hào)-首/尾篩號(hào)（平均細(xì)度）。如：ZGS 93-40/70（38）表示含硅量93%，40/70目，平均細(xì)度值38的鑄造用硅砂。顯然這一標(biāo)準(zhǔn)比較寬泛，在使用中“偏粗”“偏細(xì)”不好定量表述，平均細(xì)度雖然不同，沒(méi)有明確界限，發(fā)生質(zhì)量爭(zhēng)議也不好判定。

為準(zhǔn)確評(píng)定硅砂等級(jí)，1999年制定了內(nèi)部使用的機(jī)械 行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)，JB/T53440-1999“鑄造用水洗天然硅砂產(chǎn)品質(zhì)量分等”，將硅砂按用途分為鑄鋼、鑄鐵、非鐵合金鑄造三類(lèi)，鑄鋼、鑄鐵質(zhì)量等級(jí)分為優(yōu)等砂、一等砂和合格砂，規(guī)定了優(yōu)等砂和一等砂粒度組成波動(dòng)誤差不大于5%，同時(shí)規(guī)定了上篩和下篩的最大含量，使硅砂質(zhì)量評(píng)定更具體，有較強(qiáng)的可操作性。

最近，機(jī)械工業(yè)部根據(jù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的要求，對(duì)GB9442-1998“鑄造用硅砂”進(jìn)行了修訂。綜合考慮目前先進(jìn)造型、制芯工藝對(duì)硅砂質(zhì)量的要求，增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的可操作性，借鑒先進(jìn)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，盡可能向工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)靠攏，以便于國(guó)際間交流與貿(mào)易，是此次鑄造用硅砂標(biāo)準(zhǔn)修訂工作的重點(diǎn)。在本標(biāo)準(zhǔn)修訂中鑄造用硅砂用含泥量進(jìn)行分級(jí)，以突出這一指標(biāo)的重要性。特別明確了平均細(xì)度的界限范圍，方便了樹(shù)脂砂、覆膜砂等先進(jìn)工藝對(duì)硅砂的這一項(xiàng)指標(biāo)要求。

平均細(xì)度計(jì)算中的細(xì)度因數(shù)從3到300相差很大，對(duì)40目以上規(guī)格的硅砂，平均細(xì)度值波動(dòng)范圍明顯加大，例如：20/40目的硅砂， 三篩重量分別為10,30,10時(shí)平均細(xì)度值為20，當(dāng)三篩重量為9,30,10，有1克底篩時(shí)平均細(xì)度值激增為26，顯然失去了實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，而且顆粒越粗這種波動(dòng)就越明顯，所以40/70目以上規(guī)格的不推薦使用平均細(xì)度值，本次修訂也沒(méi)有給出它的平均細(xì)度值范圍。

標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)其它指標(biāo)沒(méi)作強(qiáng)制性規(guī)定。對(duì)于硅砂中碳酸鈣和有機(jī)物等雜質(zhì)可用燒灼減量反映，氧化物可用酸耗值反映，其他有特殊要求的都可以在合同中特別約定。

隨著鑄造工藝的不斷進(jìn)步，鑄造硅砂作為基礎(chǔ)性材料也會(huì)不斷改進(jìn)和提高，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷完善，簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、實(shí)用是修訂標(biāo)準(zhǔn)的方向。

第六節(jié) 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 分析

石英砂也有不少的缺點(diǎn)，主要是：

1、熱穩(wěn)定性差，在570℃左右發(fā)生相變，伴有甚大的體積膨脹，是鑄件產(chǎn)生各種“膨脹缺陷”的根源，也是影響鑄件尺寸精度和表面粗糙度主要因素。

2、高溫下化學(xué)穩(wěn)定性不好，易與FeO作用產(chǎn)生易熔的鐵橄欖石，導(dǎo)致鑄件表面粘砂。

在對(duì)鑄件質(zhì)量的要求日益提高，以及對(duì)環(huán)保和清潔生產(chǎn)的法規(guī)日益嚴(yán)格的同時(shí)，鑄造 行業(yè) 中重要的 研究 課題之一就是 研究 石英砂更為先進(jìn)和安全的生產(chǎn)技術(shù)及工藝，各工業(yè)國(guó)家對(duì)此都相當(dāng)重視。

免責(zé)申明：本文僅為中經(jīng)縱橫 市場(chǎng) 研究 觀(guān)點(diǎn)，不代表其他任何投資依據(jù)或執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)行為。如有其他問(wèn)題，敬請(qǐng)來(lái)電垂詢(xún)：4008099707。特此說(shuō)明。