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硅石矿产资源特征及其物化及工艺性能特征
发布时间:2006-10-18      作者:      来源:本网
 

 
硅石矿产资源特征及其物化及工艺性能特征
 
一、矿产名称   硅石 sieica
 
二、矿床类型及其分布
 
  硅石是硅质原料的统称,有石英砂岩、石英岩、脉石英、交代硅质角岩和石英砂等。
  我国硅质原料矿床主要类型及矿床实例,见表1。
  我国硅质原料矿产矿石化学成分,见表2、表3、表4、表5。矿物组成见表6、表7。
 
表1  硅质原料矿床类型及矿床实例
矿床类型
主要矿石类型
矿  石  特  征
成矿时代
矿床实例
沉积——变质矿床
石英岩
矿石呈乳白色,致密坚硬,块状,油脂光泽,半透明,性脆,粒状构造。矿石成分简单,石英占96~98%,胶结物为硅质;矿石的化学成分:SiO2>98%,Al2O3<1%,Fe2O3<0.1
元古代
辽宁庄河石英岩矿床、安徽凤阳石英岩矿床等
海相沉积矿床
石英砂岩、石英岩、石英砂
矿石为白或灰白中细粒石英砂岩、石英岩或石英砂。颗粒多在0.2~0.4mm间。化学成分:SiO2>97%,Al2O30.32~0.60%,Fe2O3<0.1。石英砂的成分变化复杂
震旦纪、泥盆纪、第四纪
昆明白眉村震旦系石英砂岩矿床、河北滦县雷庄震旦系石英砂岩矿床、苏州清明山泥盆系石英砂岩矿床等
陆相沉积矿床
泥质石英砂岩、泥质石英砂、石英砂等
矿石成分复杂,都含少量长石,胶结物多为泥质,含铁较高,矿石结构松散,有害杂质多
中生代、新生代
(第三纪、第四纪)
江苏宿迁白马涧第三系石英砂岩矿床、内蒙古通辽甘旗卡第四系石英砂矿等
脉石英——伟晶岩型矿床
脉石英、
硅质岩
矿石成分单一,SiO2含量一般在99%以上,矿床规模一般不大,产状陡
太古代、中生代
湖北蕲春灵虬山脉石英矿床、新疆尾亚白山伟晶岩型脉石英矿床等
 
表2  海相沉积石英岩、石英砂岩矿石化学成分
矿区名称
成 矿
时 代
矿石类型
化   学   成   分  %
SiO2
Al2O3
Fe2O3
Cao
MgO
TiO2
Cr2O2
K2O
Na2O
FeO
辽宁本溪
小平顶山
震旦纪
石英砂岩
石英岩
99.45
0.56
0.063
0.03~0.05
0.06
0.03
<2ppm
0.09
0.10
0.014
辽宁凌源
魏 杖 子
震旦纪
石  英
(砂)岩
97.58
0.97
0.077
 
 
 
 
 
 
 
 
 (续表2)
矿区名称
成 矿
时 代
矿石类型
化   学   成   分  %
SiO2
Al2O3
Fe2O3
Cao
MgO
TiO2
Cr2O2
K2O
Na2O
FeO
河北滦县
雷    庄
震旦纪
石  英
(砂)岩
98.63
0.65
0.098
 
 
 
 
 
 
 
河南洛阳
方    山
震旦纪
石  英
(砂)岩
97.52
1.32
0.12
 
 
 
 
 
 
 
青海大道
窑    沟
震旦纪
石 英 岩
99.05
0.41
0.139
<0.07
0.02~0.08
0.02∽0.08
0.00
<0.01
<0.01
 
云南昆明
白 眉 村
震旦纪
石英砂岩
97.87
<1
0.171
0.03~0.20
0.10~0.20
 
 
 
 
 
山东沂南
蛮    山
寒武纪
石英砂岩
98.42
0.84
0.09
0.14
0.17
0.052
8ppm
0.18
0.07
 
江苏苏州
清 明 山
泥盆纪
石英砂岩
98.30
0.86
0.16
 
 
0.049
微量
 
 
 
贵州凯里
万   潮
泥盆纪
石英砂岩
98.03
1.04
0.08
 
 
0.89
0.001
 
 
 
湖    北
大 军 山
泥盆纪
石英砂岩
98.03
0.60
0.24
 
 
0.08
 
 
 
 
湖南湘潭
雷 子 排
泥盆纪
石英砂岩
97.43
0.97
0.20
 
 
 
 
 
 
 
陕西汉中
老 鹰 岩
泥盆纪
石 英 岩
98.76
0.50
0.07
 
 
0.07
微量
 
 
 
淅江长兴
范    湾
泥盆纪
石英砂岩
97.46
1.32
0.14
0.09
0.04
0.14
0.17
0.13
 
表3  伟晶岩、脉石英、变质石英矿床矿石化学成分
矿区名称
成 矿
时 代
矿石类型
化   学   成   分  %
SiO2
Al2O3
Fe2O3
Cao
MgO
TiO2
Cr2O2
K2O
Na2O
SO3
湖北靳春
灵 虬 山
太古代
脉 石 英
99.00
0.25
0.02
0.08
0.02
<10ppm
<4ppm
0.11
0.07
30ppm
四川峨边
全    河
前寒
武纪
变    质
石 英 岩
98.06
0.14
0.19
0.50
0.07
0.05
5ppm
0.03
30ppm
新疆哈密
尾    亚
 
伟晶岩型
石英块体
97.41~98.60
0.67~1.24
0.11
0.26
0.11
0.002
<0.002
<0.49
<0.02
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
表4  海相石英砂化学组分
矿   区
化    学    组    成    %
Sio2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
Cr2O3
CaO
MgO
K2O
Na2O
海南东方
97.40
0.88
0.11
0.08
 
 
0.14~0.61
0.31~0.48
海南儋县
98.63
0.30
0.14
0.11
<10ppm
0.06
0.03
0.03
0.11
广东新会
97.79
0.89
0.12
0.06
 
 
 
 
 
 
  (续表4)
矿   区
化    学    组    成    %
Sio2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
Cr2O3
CaO
MgO
K2O
Na2O
广东碧里
96.60
0.88
0.05
0.06
 
 
0.30
 
0.79
广东湛江
98.84
 
0.10
 
4ppm
0.09
0.27
0.06
0.02
广东湛江
97.42
0.69
0.12
 
 
0.20~0.25
0.33
0.05
<0.02
广西北海
98.44
0.29
0.12
0.09
3ppm
 
 
 
 
福建东山
97.44
1.32
0.15
0.07
 
0.02
0.05
0.57
0.06
山东旭口
93.50
3.40
0.15
0.05
0.68
0.20
0.03
2.30
 
 
表5  陆相石英砂化学组分(%)
矿   区
化    学    组    成    %
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
Mgo
TiO2
Cr2O3
K2O
Na2O
江西永修松峰湖砂
93.77
3.05
0.16
0.09
0.05
0.11
微量
1.54
甘肃兰州河湾河砂
89
4.2
0.54
 
 
 
 
 
 
江苏宿迁白马涧第三纪河成砂
83.35
9.29
1.03
0.59
0.36
0.07
微量
2.69
1.48
内蒙古四道泉河成石英砂
90.27
3.53
0.44
0.97
0.75
0.11
0.015
1.30
0.37
吉林郑家屯湖成砂
90.04
4.52
0.33
0.12~0.53
0.08~0.42
<0.43
微量
1.66~2.44
0.74~1.00
内蒙古通辽甘旗卡湖成砂
90.00
5.16
0.31
 
 
 
 
2.38
1.03
辽宁彰武章午台湖成砂
89.70
5.19
0.34
0.22
0.11
0.08
微量
2.30
1.03
 
表6  我国海相石英砂矿的矿物组成
矿      区
矿    物    组    成
石英,%
长石 ,%
重矿物及黑色矿物
海南东方
>96
少量
微量钛铁矿、锆英石、电气石、白钛矿、锐钛矿、独居石、磷钇矿、赤铁矿、红柱石
广东湛江乾塘
>98
未见
电气石、钛铁矿、锐铁矿、白钛矿、独居石、锆石、金红石、黄玉、蓝晶石、黄钛矿
广东阳江溪头
96.75
未见
电气石、钛铁矿、锐铁矿、白钛矿、独居石、金红石、磷钇矿、锆石
广西北海
>95
未见
钛铁矿、锆石、绿帘石、锡石、磁铁矿、锐钛矿
福建东山
97.70
2
钛铁矿、角闪石、电气石、白钛矿、磁铁矿、柘榴石、白云石、黑云母
山东旭日
87.62
9.73
角闪石、绿帘石、石榴石、电气石、锆石、金红石、黄玉、云母、赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、铬尖晶石
 
表7  我国陆相石英砂矿的矿物组成
矿      区
矿    物    组    成
石英,%
长石,%
岩眉,%
重矿物或黑色矿物
江西永修松峰
92
5
2
电气石、透闪石、石榴石、褐铁矿、云母
内蒙古通辽衙门营
69.19~75.95
16.86~23
6.60~7.63
石榴石、绿帘石、角闪石、黑云母、白云母、电气石、绿泥石、辉石
吉林郑家屯
88.86~92.19
2.77~4.09
4.33~5.99
石榴石、绿帘石、角闪石、电气石、钛铁矿、云母、锆石等
甘肃兰州河湾河砂
96~98
1~4
 
方解石、褐铁矿、赤铁矿、黑云母、电气石、锆石
江苏宿迁白马涧
70~90
10~25
 
绿泥石、云母、金红石、赤铁矿、电气石、锆石
 
 
三、矿床的主要工业指标
  矿床的主要工业指标见表8。
表8  硅石矿一般参考工业指标
矿 石 品 级
化学成分,%
 
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
其   他
硅砖用硅石
≥98
≤0.5
≤0.5
≤0.5
耐火度1750℃
≥97.5
≤1.0
≤1.0
≤0.5
耐火度1730℃
≥96
≤1.5
≤1.5
≤1.0
耐火度1710℃
硅铁用硅石
≥97.5
≤1.0
 
≤0.3
P2O5≤0.02
≥96
≤1.5
 
≤1.0
P2O5≤0.03
熔剂用硅石
≥90~95
≤2~5
≤1~3
≤3.0
 
硅铝用硅石
≥98.5
≤0.5
 
 
 
结晶硅用硅石
≥98~99
≤0.5
≤0.5
≤0.5
P2O5≤0.03
石英玻璃用硅石
≥99.95
极微
极微
极微
P2O5极微
玻璃原料
用 硅 石
一类玻璃要求
>99
≤0.5
≤0.05
 
Cr2O3<0.001,
TiO2<0.05
二类玻璃要求
>98
<1
<0.1
 
三类玻璃要求
>96
<2
<0.2
 
建筑卫生、日用陶瓷用硅石
>98.5
 
 
 
Fe2O3+TiO2<0.5
无线电、陶瓷
 
用   硅  石
>99.5
<0.2
<0.01
<0.1
K2O+Na2O<0.1,
MgO<0.1,烧矢量0.2
>98.5
<1.0
<0.05
<0.1
K2O+Na2O<0.2,
MgO<0.1,烧矢量0.2
电瓷用硅石
 
>98.5
 
<0.15
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  注:可采厚度2m,夹石厚度1~2m。玻璃硅质原料要求可采厚度≥2m,夹石剔除厚度>0.5~1m,平均剥采比≤0.5;储量计算最低开采标高的底盘宽度不小于40m;边坡角50°~55°(边坡高度>100mm),55°~60°(边坡高度<100m);爆破安全距离一般不小于400m。石英矿床最低可采最度0.5~1m,夹石剔除厚度>0.5m,平均剥采比<1,边坡角30°。
 
四、矿石性质
  硅石是硅质原料的统称,有石英砂岩、石英岩、脉石英、交代硅质角岩和石英砂等。矿物成分主要为石英(晶质SiO2)和玉髓(隐晶质SiO2)。为块状或粒状集合体,三方晶系,六方柱晶形。无色、灰褐、黑、紫、绿、粉红色。晶面玻璃光泽,断口油脂光泽,贝壳状断口。化学分子式为SiO2,有少量的Fe2O3、Al2O3、CaO、P2O5、MgO和有机物。纯质的脉石英和石英岩其SiO2含量可达98~99%,石英砂岩为95~97%。
  硅石质地坚硬,莫氏硬度7,密度2.65g/cm3,有极佳的耐火性和耐酸性,熔点1730℃,熔融体冷却后变为石英玻璃,结晶体石英为水晶,具有透过紫外线光能力及压电性。
  硅石可分为下列几种矿石:
  1.石英砂岩:是石英与其他矿物颗粒被某种胶结物胶结起来的沉积岩。其特点是80%以上的碎屑都是石英和硅质碎屑,此外还有长石、燧石、高岭土、白云母杂于其中。颗粒呈浑圆状,表面光滑、干净,多为中——细状。胶结物常为硅质,有时常见钙质、铁质、泥质、锰质,其中以硅质胶结质量最好,胶结物常为蛋白玉及玉髓。矿石一般呈白、灰白、浅红、浅黄色,硬度大,断面粗糙,透水性好。
  2.石英岩:由石英砂岩受热变质重结晶作用而成。通常结晶颗粒间的胶结物已消失,矿物组成为石英,常含绿泥石、黑云母、白云母、硅线石、辉石、角闪石、绿帘石、石榴石、方解石、石墨及含铁矿物等。外表呈白色至灰白色。致密块状,其硬度及强度均很大。
  3.硅质角砾岩:是硅质交代的一种岩石,矿石致密,呈细粒状,具有贝壳状断口,颜色多为灰色及黑色。
  4.脉石英:矿物成分为石英,含少量长石、云母及其它矿物,致密块状,质纯呈白色,半透明,油脂光泽,贝壳状断口,结晶颗粒很大,SiO2含量高,加热时不易转化且发生分裂而松散。
  5.石英砂:是比较纯的砂,呈白色或灰白色,带杂质时则呈浅红、浅褐黄或土色。砂粒是各种硅质岩石的碎粒。
  6.石英粉矿:是SiO2含量高达98%以上的天然高硅原料。
 
五、工艺特性及用途
  1.工艺特性
  决定硅石工业应用价值的工艺特性在于:硅石质地坚硬,莫氏硬度为7,有极佳的耐火性和耐酸性,熔点1730℃,熔体冷却后变为石英玻璃,结晶体为水晶,具有透过紫外线光能力及压电性。
  2.主要用途
  (1)冶金工业:主要用于制造耐火材料——硅砖,冶炼硅质合金(硅铁、硅锰、硅铬)和作熔剂。质纯的可制结晶硅。结晶硅是生产单晶硅的主要原料,又可制硅铝和有机硅。
  (2)玻璃工业:硅石是制造玻璃的主要原料。硅石可作普通及光学玻璃,质纯者可熔炼成优质技术玻璃。耐火砖可作玻璃熔窑的窑衬。
  (3)建筑工业:可作重要的建筑基石。碎石可作道路充填石及铁路道砟。砂与沥青混合可铺路,石英还可作硅酸盐水泥的校正材料。
  (4)化学工业:硅石可制作各种硅化物和硅酸盐及硝酸盐,质佳者可作耐酸性的硫酸塔中的充填物。
  (5)研磨业:石英岩和石英砂岩可制作磨石、油石、砂纸及碳酸硅等研磨材料;石英砂也多用来锯石料、磨光玻璃、磨金属制品及石器制品的表面,石英也用于琢磨珠宝。
  (6)其它工业:可作搪瓷和陶瓷原料。质纯者广泛用于无线电工业、超声波技术及现代国防和尖端技术,纯的石英岩具有旋光性和透过紫外线性能,可制造各种光学仪器和医疗用的石英灯等,也是制造金刚砂(碳化硅)的基本原料。细石英砂可作过滤用。
 
六、产品质量标准
  1.玻璃工业对硅质原料的要求
  普通玻璃是由包括石英砂、石英砂岩、石英岩、脉石英或其他含SiO2高的矿物与岩石和长石、白云石、石灰石、芒硝以及纯碱等原料,在高温下熔融成透明的玻璃液而制成的。由于生产方法和玻璃的用途不同,各国生产的玻璃成分有少量波动,如表9。
  玻璃品种虽然很多,但成分大同小异。二氧化硅为其主要成分,其次有三氧化二铝、氧化镁、氧化钙和碱金属氧化物。在生产过程中从各种原料中带入的少量杂质,如氧化铁、氧化钛等是有害组分。
  二氧化硅SiO2是玻璃的主要组分,是玻璃的骨髓。玻璃的一系列优良性能,如透明度、机械强度、热稳定性、化学稳定性等均来自二氧化硅,它在一般玻璃中含量达到70%以上。
  我国根据工业部门的要求,结合本国矿产资源的实际情况,对硅质原料的一般要求列入表10至表11。
  石英砂粒度对制造玻璃的影响很大。一般认为砂的粒度为0.1~0.5mm最适宜。对石英砂粒度的要求,目前我国尚无统一标准,表12是一些国家对玻璃用石英砂的粒度要求。
 
表9  各国平板玻璃主要成分
国家与玻璃品种
化      学      组      分,      %
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2R
K2O
SO2
美国普通窗玻璃
72.00
1.30
8.20
3.50
14.00
0.30
0.30
美国抛光平板玻璃
71.60
1.00
9.80
4.30
13.30
0.20
美国吸热玻璃
70.70
4.30
0.80
9.40
3.70
9.80
0.70
英国浮法玻璃
72.50
1.00
0.10
8.90
3.10
13.30
0.50
原联邦德国
72.00
0.30
0.05
13.70
13.30
0.60
日  本
72.50
1.60
0.09
7.70
4.00
14.00
原苏联
72.80
1.00
8.70
3.60
13.40
0.50
法  国
73.00
0.10
0.10
8.90
3.90
13.60
0.05
0.30
捷克斯洛伐克
72.40
0.97
0.07
8.20
3.60
0.25
14.20
0.30
西班牙
71.78
0.84
0.11
9.14
3.49
14.07
0.08
0.32
中  国*
72.07
2.33
0.19
6.53
3.78
14.51
14.51
0.28
       为17个大、中型平板玻璃厂的平均值。
 
表10  中国特种玻璃和工业技术玻璃及平板玻璃用硅质原料的化学成分
矿石品级
化  学  成  分,  %
说       明
SiO2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
Cr2O3
1
>99
<0.5
<0.05
<0.05
10ppm
用于制造特种玻璃
2
>98
<1.0
<0.1
用于制造工业技术玻璃
3
>96
<2.0
<0.20
用于制造一般平板玻璃
4
>89
<6.0
<0.35
与商品级矿石掺合达到3级品以上质量要求时,方可适用
 
      
               表11  中国器皿玻璃用硅质原料的化学成分要求
矿石品级
化  学  成  分,  %
说       明
SiO2
Al2O3
Fe2O3
Cr2O3
1
2
3
>99
>96
>90
<1.0
<2.0
<4.0
<0.05
<0.10
<0.35
<10ppm
仪器器皿玻璃(不包括晶质玻璃)用
一般器皿玻璃和无色玻璃用
一般瓶罐玻璃用
 
表12  中国各主要玻璃厂对硅质原料质量要求
玻璃厂名称
所用硅质原料矿区名称
质   量   要   求
品级
SiO2 %
Al2O3 %
Fe2O3 %
粒度 mm
秦皇岛玻璃厂
河北省雷庄甲山石英砂岩矿
 
97
0.20
0.80
0.1~0.75
上海耀华玻璃厂
江苏省苏州市胥口清明山石英砂岩矿
一级
二级
>98
>96
<1
<2
<0.1
<0.1
0.1~0.75
0.1~0.75
洛阳玻璃厂
河南省渑池县方山石英砂岩矿
特级
一级
二级
>98
>97
>96
<0.5
<1.0
<1.2
<0.5
<1.0
<1.5
0.1~0.75
0.1~0.75
0.1~0.75
杭州玻璃厂
浙江省长兴县范湾石英砂岩矿
 
>96
<2
<0.2
0.1~0.75
昆明玻璃厂
云南省昆明市白眉村石英砂岩矿
 
99.10
0.33
0.08
0.1~0.75
内蒙古通辽玻璃厂
内蒙古自治区哲盟科尔沁左翼后旗甘旗卡硅砂矿
 
92
1.8~5.8
<0.35
<0.6
沈阳玻璃厂
内蒙古自治区衙门口营硅砂矿
 
89
<5.5
<0.4
0.1~0.75占85%
 
表13  一些国家对玻璃用石英砂的粒度要求
国      家
大粒度砂要求
小粒度砂要求
原苏联
>0.5mm   <5%
<0.1mm    <8%
美  国
>0.59mm 不允许有
<0.1mm   <15%
英  国
>1.17mm 不允许有
0.14mm   <12%
比利时
>0.4mm  <4%
<0.12mm    4%
原民主德国
>1mm 不允许有
 
 
 
 
 
 

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