粉石英的深加工及其應(yīng)用

粉石英具有一系列優(yōu)良的物化性質(zhì)，經(jīng)過超細、分級、提純和改性等深加工，即可獲得超細、高純、活性石英微粉系列產(chǎn)品，在陶瓷、玻纖、耐火材料、保溫材料、精密鑄造、橡膠、塑料填料和絕緣材料等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，是不可多得的一種新型工業(yè)礦物原料。

粉石英礦是一種天然產(chǎn)出的粉狀石英礦物，是由微晶質(zhì)的石英巖風(fēng)化形成的一種新型硅原料。與傳統(tǒng)硅質(zhì)巖相比，粉石英礦具有顆粒細、易加工、用途廣等特點。粉石英易采選，成本低，而且不需碾磨即可使用，因而簡化了生產(chǎn)工藝，降低了能耗，減少了環(huán)境污染，提高了經(jīng)濟效益。

同時，粉石英具有一系列優(yōu)良的物化性質(zhì)，經(jīng)過超細、分級、提純和改性等深加工，即可獲得超細、高純、活性石英微粉系列產(chǎn)品，在陶瓷、玻纖、耐火材料、保溫材料、精密鑄造、橡膠、塑料填料和絕緣材料等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，是不可多得的一種新型工業(yè)礦物原料。

粉石英的基本特性

粉石英是一種白色、灰白色或淡黃白色的粉體。經(jīng)掃描電鏡分析，粉石英顆粒為近等軸狀六角多面體形。由于經(jīng)受地表長期的風(fēng)化淋濾作用，顆粒表面產(chǎn)生不同程度的洼坑，形成粗糙的顆粒表面特征。顆粒棱邊和頂角也已磨蝕和鈍化，使顆粒具有球度高(三軸近相等)、圓度低(具棱邊)的準球形特點。粉石英粒度根據(jù)其礦點的風(fēng)化程度，顆粒分布差別較大，但其吸粉的平均粒度大多在20μm左右。

粉石英具有獨特的球形顆粒和粒度組成，與研磨石英粉相比，它具有極低的吸油率、混合粘度和摩擦系數(shù)，粉體流動性好，粉體堆積形成的休止角極小。因此，與有機高分子材料混合時易分散，混料均勻，流動性好，可明顯改善混合材料的加工工藝性能。

X射線衍射分析結(jié)果表明，粉石英主要成分為微結(jié)晶石英，屬α-石英。此外還有少量方解石、白云石、黏土礦物等。粉石英的化學(xué)成分依產(chǎn)地而異。一般SiO2含量都在98%以上，雜質(zhì)有Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等。

粉石英的超細粉碎

粉石英是一種碎屑狀風(fēng)化產(chǎn)物，具有可磨性好的特點，磨細能耗低。可用攪拌磨、振動磨、砂磨、剝片機、球磨機、氣流磨、高壓水射流和機械沖擊粉碎機等進行超細粉碎。粉碎方法有干法、濕法兩種，通常濕法因助磨劑的助磨作用，所得產(chǎn)品的粒度較干法細。

粉石英經(jīng)超細粉碎后，不僅中位徑減小，比表面積增大，而且結(jié)構(gòu)與性能也會發(fā)生一定程度的變化。超細粉碎后產(chǎn)品的表面活性增強，這為粉石英的表面改性提供了良好的基礎(chǔ)。超細粉碎產(chǎn)品可應(yīng)用于高壓電瓷、高檔陶瓷釉料、加氣混凝土、耐火材料等行業(yè)。

粉石英的提純

粉石英純度雖然較高，但比脈石英的石英還是低一些，加之某些礦山開采混亂，造成產(chǎn)品化學(xué)成分波動較大。當(dāng)粉石英用于耐高壓電瓷、日用細瓷、中高檔玻璃、涂料、填料等要求較高的行業(yè)時，必須進行提純。

粉石英中雜質(zhì)主要為金屬氧化物，其中，部分Fe2O3以氧化膜的形式附存于礦物顆粒表面，Al2O3則以黏土礦物(如高嶺土、伊利石、云母等顆粒礦物)的形式混入。所以常用物理(機械擦洗)與化學(xué)(酸處理)的方式結(jié)合進行。常用酸有鹽酸、硫酸、氫氟酸、草酸等?？捎脝我凰?，也可用混合酸，實驗表明，混合酸的提純效果優(yōu)于單一酸。

粉石英中硅粉、硅砂超細產(chǎn)品、尾泥經(jīng)提純后均可在電子、電工行業(yè)中應(yīng)用，但在石英玻璃行業(yè)僅硅粉具有應(yīng)用的可能。

粉石英的表面改性

主要改性試劑為偶聯(lián)劑。通常認為用硅烷偶聯(lián)劑進行改性能獲得較好的效果，但由于硅烷偶聯(lián)劑價格昂貴，工業(yè)上多用鈦酸酯、鋁酸酯或磷酸酯偶聯(lián)劑作替代物，對粉石英進行表面改性研究。

礦物填料表面改性的方法主要有濕法和干法兩種。濕法工藝較復(fù)雜，成本高，工業(yè)化生產(chǎn)很少采用；干法工藝不需后處理，成本低，是礦物填料表面改性的主要方法。對于干法工藝，一般是先將粉石英填料加入到改性設(shè)備中進行預(yù)熱干燥，在預(yù)熱過程中加入改性助劑，調(diào)整粉石英表面電位，使偶聯(lián)劑能更好地與粉石英表面產(chǎn)生化學(xué)鍵合，然后加入偶聯(lián)劑在一定的工藝條件下進行改性。在使用偶聯(lián)劑前需要預(yù)先稀釋，這樣可以獲得更好的改性效果。由于在改性過程中會產(chǎn)生一些聚合顆粒，必須除去，否則會影響改性產(chǎn)品的質(zhì)量和應(yīng)用效果。

改性粉石英主要用作塑料、橡膠等高分子材料的填充增強劑。國外已在環(huán)氧樹脂、苯二甲二丙酯、聚丙烯、聚酯、高密度聚乙烯等樹脂體系中廣泛應(yīng)用，主要用于熱固性塑料和熱塑性塑料。國內(nèi)主要在環(huán)氧樹脂中應(yīng)用，少量在耐火涂料中應(yīng)用。