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，它的用途也相當廣泛。遠在石器時代，人們用它制作石斧、石箭等簡單的生產(chǎn)工具，以獵取食物和抗擊敵人。石英鐘、電子設備中把壓電石英片用作標準頻率；熔融后制成的玻璃，可用于制作光學儀器、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，我國鑄造業(yè)界對膨潤土還是非常陌生的。無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，當時有人稱之為“陶土”，即現(xiàn)在通稱的耐火粘土。

早在50年代中期，我國的鑄造工作者就對天然石英砂的高溫處理問題進行了多方面的 研究 工作。同時，對活化處理的石英砂性能做出了準確的判斷。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)沒能得到很好的發(fā)展和應用。

世界各國鑄造 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量豐富、價廉易得，這一點是任何其他礦砂無法與之相比的。此外，還具有能適應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；顆粒堅硬，能耐受造型時的舂、壓作用和舊砂再生時的沖擊和摩擦；在接近其熔點時仍有足以保持其形狀的強度。

進入90年代，由于汽車工業(yè)的高速發(fā)展，用于汽車發(fā)動機制造業(yè)的高效材料——覆膜砂得到了迅速發(fā)展，同時也對該產(chǎn)品的性能提出了越來越高的要求。特別是生產(chǎn)高強度、低膨脹、低發(fā)氣覆膜砂時，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到1.2％，無法滿足生產(chǎn)的要求，因此，天然石英砂的高溫熱處理技術(shù)就必然提到議事日程上來了。

第二節(jié) 產(chǎn)品特點及應用領(lǐng)域 分析

1、特點

石英砂是一種堅硬、耐磨、化學性能穩(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色半透明狀，硬度7，性脆無解理，貝殼狀斷口，油脂光澤，相對密度為2.65，其化學、熱學和機械性能具有明顯的異向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔點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，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的抗酸性介質(zhì)浸蝕能力，用來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)與供應中起者不可替代的重要基礎作用。

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) 簡述

1、型砂

在鑄造中用來造型的材料。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％。通常對型砂的要求是：

1）具有較高的強度和熱穩(wěn)定性，以承受各種外力和高溫的作用。

2）良好的流動性，即型砂在外力或本身重力作用下砂粒間相互移動的能力。

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

4）較好的透氣性，即型砂孔隙透過氣體的能力。

5）高的潰散性，又稱出砂性，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、樹脂砂等。以粘土砂、水玻璃砂及樹脂砂用的最多。

2、螢石

螢石又稱氟石，是一種常見的鹵化物礦物，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，也可以是透明無色的。透明無色的螢石可以用來制作特殊的光學透鏡。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。螢石在紫外線或陰極射線照射下常發(fā)出藍綠色熒光，它的名字也就是根據(jù)這個特點而來。 在人造螢石技術(shù)尚未成熟前，是制造鏡頭所用光學玻璃的材料之一。

3、鎂砂

又稱燒結(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。抗水化能力強。

系菱鎂礦等鎂質(zhì)原料經(jīng)高溫處理達到燒結(jié)程度的產(chǎn)物的統(tǒng)稱。用豎窯、回轉(zhuǎn)窯等高溫設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為燒結(jié)鎂砂；以菱鎂礦等為原料經(jīng)電弧爐熔煉達到熔融狀態(tài)冷卻后形成的稱為電熔鎂砂；從海水中提取氧化鎂制成的稱為海水鎂砂。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，由于鑄造技術(shù)的發(fā)展，對原材料的質(zhì)量要求大幅度的提高，隨著酚醛樹脂覆膜砂在鑄造 行業(yè) 中的大量應用，對其使用的主體材料——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％的擦洗砂即可滿足普通覆膜砂的需要。但是，對于那些有特殊要求，例如低膨脹（熱膨脹率<0.5％），高強度、低發(fā)氣覆膜砂(常溫抗彎強度>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被破壞，結(jié)晶格子緊張與歪扭，為了恢復晶格安原有的平衡局勢，于是要求得到外能補償，因此，便在結(jié)晶組織表面積蓄了勢能。砂粒表面單位面積的吸附場也就隨之得到了加強。普遍認為經(jīng)過高溫處理的硅砂的熱膨脹比未處理的砂小。因此，抓住這一機遇和條件，對硅砂進行活化處理，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到技術(shù)要求的關(guān)鍵之一。本項技術(shù)的核心是用干燥的硅砂，使用多爐膛加熱爐（５爐膛）進行五級加熱，使硅砂加熱到900-950℃，然后，進行爐外保溫，其保溫時間大于2小時；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。

本文通過實驗室和生產(chǎn)試驗證實：石英砂，即硅砂可以利用高溫處理的方法來提高其使用性能。其方法是：將硅砂加熱，其溫度大于870～900℃，保溫2小時，冷卻至常溫即可。生產(chǎn)覆膜砂時，采用經(jīng)高溫處理工藝處理過的硅砂可以使生產(chǎn)的覆膜砂強度提高，樹脂加入量減少，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→一級破碎→二級破碎→粉碎→篩分→分裝，流程的每個環(huán)節(jié)都產(chǎn)生大量粉塵。

2、濕法加工

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

國家標準“鑄造用硅砂”GB/T9442-1998對硅砂成分按二氧化硅含量和最大含泥量分級，其它成分未作具體要求，使用化學粘結(jié)劑時規(guī)定了最大酸耗值（<5mL）指標；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%）配合平均細度反映；對烘干沙規(guī)定含水量不大于0.3%；同時規(guī)定了牌號表示方法為：ZGS 二氧化硅分級代號-首/尾篩號（平均細度）。如：ZGS 93-40/70（38）表示含硅量93%，40/70目，平均細度值38的鑄造用硅砂。顯然這一標準比較寬泛，在使用中“偏粗”“偏細”不好定量表述，平均細度雖然不同，沒有明確界限，發(fā)生質(zhì)量爭議也不好判定。

為準確評定硅砂等級，1999年制定了內(nèi)部使用的機械 行業(yè) 標準，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，鑄鋼、鑄鐵質(zhì)量等級分為優(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誤差不大于5%，同時規(guī)定了上篩和下篩的最大含量，使硅砂質(zhì)量評定更具體，有較強的可操作性。

最近，機械工業(yè)部根據(jù)科學技術(shù)發(fā)展計劃的要求，對GB9442-1998“鑄造用硅砂”進行了修訂。綜合考慮目前先進造型、制芯工藝對硅砂質(zhì)量的要求，增強標準的可操作性，借鑒先進國家的經(jīng)驗，盡可能向工業(yè)發(fā)達國家標準靠攏，以便于國際間交流與貿(mào)易，是此次鑄造用硅砂標準修訂工作的重點。在本標準修訂中鑄造用硅砂用含泥量進行分級，以突出這一指標的重要性。特別明確了平均細度的界限范圍，方便了樹脂砂、覆膜砂等先進工藝對硅砂的這一項指標要求。

平均細度計算中的細度因數(shù)從3到300相差很大，對40目以上規(guī)格的硅砂，平均細度值波動范圍明顯加大，例如：20/40目的硅砂， 三篩重量分別為10,30,10時平均細度值為20，當三篩重量為9,30,10，有1克底篩時平均細度值激增為26，顯然失去了實際應用價值，而且顆粒越粗這種波動就越明顯，所以40/70目以上規(guī)格的不推薦使用平均細度值，本次修訂也沒有給出它的平均細度值范圍。

標準中對其它指標沒作強制性規(guī)定。對于硅砂中碳酸鈣和有機物等雜質(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步，鑄造硅砂作為基礎性材料也會不斷改進和提高，相應的標準也在不斷完善，簡單、準確、實用是修訂標準的方向。

第六節(jié) 國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢 分析

石英砂也有不少的缺點，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、高溫下化學穩(wěn)定性不好，易與FeO作用產(chǎn)生易熔的鐵橄欖石，導致鑄件表面粘砂。

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

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