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粉石英的深加工及其应用


来源:中国粉体网   平安

[导读]  粉石英具有一系列优良的物化性质,经过超细、分级、提纯和改性等深加工,即可获得超细、高纯、活性石英微粉系列产品,在陶瓷、玻纤、耐火材料、保温材料、精密铸造、橡胶、塑料填料和绝缘材料等领域已得到广泛应用,是不可多得的一种新型工业矿物原料。

中国粉体网讯  粉石英矿是一种天然产出的粉状石英矿物,是由微晶质的石英岩风化形成的一种新型硅原料。与传统硅质岩相比,粉石英矿具有颗粒细、易加工、用途广等特点。粉石英易采选,成本低,而且不需碾磨即可使用,因而简化了生产工艺,降低了能耗,减少了环境污染,提高了经济效益。

同时,粉石英具有一系列优良的物化性质,经过超细、分级、提纯和改性等深加工,即可获得超细、高纯、活性石英微粉系列产品,在陶瓷、玻纤、耐火材料、保温材料、精密铸造、橡胶、塑料填料和绝缘材料等领域已得到广泛应用,是不可多得的一种新型工业矿物原料。



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粉石英的基本特性

粉石英是一种白色、灰白色或淡黄白色的粉体。经扫描电镜分析,粉石英颗粒为近等轴状六角多面体形。由于经受地表长期的风化淋滤作用,颗粒表面产生不同程度的洼坑,形成粗糙的颗粒表面特征。颗粒棱边和顶角也已磨蚀和钝化,使颗粒具有球度高(三轴近相等)、圆度低(具棱边)的准球形特点。粉石英粒度根据其矿点的风化程度,颗粒分布差别较大,但其细粉的平均粒度大多在20μm左右。

粉石英具有独特的球形颗粒和粒度组成,与研磨石英粉相比,它具有极低的吸油率、混合粘度和磨擦系数,粉体流动性好,粉体堆积形成的休止角极小。因此,与有机高分子材料混合时易分散,混料均匀,流动性好,可明显改善混合材料的加工工艺性能。

X射线衍射分析结果表明,粉石英主要成分为微结晶石英,属α-石英。此外还有少量方解石、白云石、粘土矿物等。粉石英的化学成分依产地而异。一般SiO2含量都在98%以上,杂质有Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等。

粉石英的超细粉碎

粉石英是一种碎屑状风化产物,具有可磨性好的特点,磨细能耗低。可用搅拌磨、振动磨、砂磨、剥片机、球磨机、气流磨、高压水射流和机械冲击粉碎机等进行超细粉碎。粉碎方法有干法、湿法两种,通常湿法因助磨剂的助磨作用,所得产品的粒度较干法细。



大型立式湿法搅拌研磨机

图片来源:江苏密友粉体新装备制造有限公司

粉石英经超细粉碎后,不仅中位径减小,比表面积增大,而且结构与性能也会发生一定程度的变化。超细粉碎后产品的表面活性增强,这为粉石英的表面改性提供了良好的基础。超细粉碎产品可应用于高压电瓷、高档陶瓷釉料、加气混凝土、耐火材料等行业。

粉石英的提纯

粉石英纯度虽然较高,但比脉石英的石英还是低一些,加之某些矿山开采混乱,造成产品化学成分波动较大。当粉石英用于耐高压电瓷、日用细瓷、中高档玻璃、涂料、填料等要求较高的行业时,必须进行提纯。

粉石英中杂质主要为金属氧化物,其中,部分Fe2O3以氧化膜的形式附存于矿物颗粒表面,Al2O3则以粘土矿物(如高岭土、伊利石、云母等颗粒矿物)的形式混入。所以常用物理(机械擦洗)与化学(酸处理)的方式结合进行。常用酸有盐酸、硫酸、氢氟酸、草酸等。可用单一酸,也可用混合酸,实验表明,混合酸的提纯效果优于单一酸。

粉石英中硅粉、硅砂超细产品、尾泥经提纯后均可在电子、电工行业中应用,但在石英玻璃行业仅硅粉具有应用的可能。

粉石英的表面改性

主要改性试剂为偶联剂。通常认为用硅烷偶联剂进行改性能获得较好的效果,但由于硅烷偶联剂价格昂贵,工业上多用钛酸酯、铝酸酯或磷酸酯偶联剂作替代物,对粉石英进行表面改性研究。

矿物填料表面改性的方法主要有湿法和干法两种。湿法工艺较复杂,成本高,工业化生产很少采用;干法工艺不需后处理,成本低,是矿物填料表面改性的主要方法。对于干法工艺,一般是先将粉石英填料加入到改性设备中进行预热干燥,在预热过程中加入改性助剂,调整粉石英表面电位,使偶联剂能更好地与粉石英表面产生化学键合,然后加入偶联剂在一定的工艺条件下进行改性。在使用偶联剂前需要预先稀释,这样可以获得更好的改性效果。由于在改性过程中会产生一些聚合颗粒,必须除去,否则会影响改性产品的质量和应用效果。

改性粉石英主要用作塑料、橡胶等高分子材料的填充增强剂。国外已在环氧树脂、苯二甲二丙脂、聚丙烯、聚脂、高密度聚乙烯等树脂体系中广泛应用,主要用于热固性塑料和热塑性塑料。国内主要在环氧树脂中应用,少量在耐火涂料中应用。


参考资料:

邓慧宇等.粉石英的深加工及其利用研究

林金辉等.粉石英表面改性及效果评价

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