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硅石
本詞條是多義詞，共2個義項
脈石英、石英巖、石英砂巖的總稱
基本簡介
物理性質
二氧化硅又稱硅石(石英砂)，化學式SiO2。自然界中存在有結晶二氧化硅和無定形二氧化硅兩種。結晶二氧化硅因晶體結構不同，分為石英、鱗石英和方石英三種。純石英為無色晶體
，大而透明棱柱狀的石英叫水晶。若含有微量雜質的水晶帶有不同顏色，有紫水晶、茶晶、墨晶等。普通的砂是細小的石英晶體，有黃砂(較多的鐵雜質)和白砂(雜質少、較純凈)。二氧化硅晶體中，硅原子的4個價電子與2個氧原子形成4個共價鍵，硅原子位于正四面體的中心，4個氧原子位于正四面體的4個頂角上，整個晶體是一個巨型分子，SiO2是表示組成的最簡式不表示單個二氧化硅分子，僅是表示二氧化硅晶體中硅和氧的原子個數(shù)之比。SiO2中Si—O鍵的鍵能很高，熔點、沸點較高(熔點1723℃，沸點2230℃)。自然界存在的硅藻土是無定形二氧化硅，是低等水生植物硅藻的遺體，為白色固體或粉末狀，多孔、質輕、松軟的固體，吸附性強。
硅石
化學性質
酸性氧化物、硅酸的酸酐?；瘜W性質很穩(wěn)定。不溶于水也不跟水反應，不跟一般的酸起作用。能與氟化氫氣體或氫氟酸反應生成四氟化硅氣體。SiO2+4HF SiF4↑+2H2O有酸性氧化物的其它通性，高溫下能與堿(強堿溶液或熔化的堿)反應生成鹽和水。常溫下強堿溶液與SiO2緩慢地作用生成相應的硅酸鹽。強堿溶液能腐蝕玻璃，故貯存強堿溶液的玻璃瓶不能用磨口玻璃塞，若采用玻璃塞(玻璃中含SiO2)，會生成有粘性的硅酸鈉，將玻璃瓶塞和瓶口粘結在一起。玻璃瓶內不能久放濃堿液。高溫下二氧化硅與堿性氧化物或某些金屬的碳酸鹽共熔，生成硅酸鹽。SiO2+CaO CaSiO3(煉鐵造渣)將此高溫下熔融狀態(tài)的硅酸鈉降溫、冷卻，可得石英玻璃，它有良好的透過紫外線性能，可作水銀燈罩、耐高溫的化學儀器、石英坩堝和光學儀器等。來源多由巖漿熱液形成的或沉積形成。
性質評價
外觀性質
外觀性質主要是硅石的外形、斷面、顏色、光澤、夾雜物等。通過外觀，可以初步判定硅石是結晶硅石還是膠結硅石，是否是脈石英等。
結晶硅石外觀一般呈乳白色、灰白色、淡黃色以及紅褐色。有鮮明的光澤，斷面平滑連續(xù)，并帶有銳利棱角，硬度、強度都很大。脈石英呈致密塊狀，純白色，半透明，發(fā)油脂光澤，斷面呈貝殼狀，石英結晶顆粒多在2mm以上，肉眼可辨。
膠結硅石外觀有白色、灰白色、黃灰色、黑色、紅色等，斷面致密，呈貝殼狀，沒有明顯的粒狀組織結構，斷面的銳棱不明顯，幾乎沒有光澤。
優(yōu)良的硅石應該呈致密塊狀，有時有貝殼狀或鱗狀斷面，沒有明顯的層狀結構，在層與層之間沒有夾雜物，并且不帶石灰石外殼。其顏色取決于雜質，通常鐵質化合物使硅石呈紅褐色，有機物雜質則使硅石帶灰色、黑色等。
組織結構
研究硅石的微觀組織結構對評價硅石的質量很重要。用它可以正確判定硅石的結晶類型、石英顆粒的大小與分布、雜質及分布狀況。我國主要產地硅石的顯微結構特征如表1-5所列。
表1-5硅石的顯微結構特征
產地 | 分類 | 顯微結構特征 |
山西五臺 | 膠結硅石 | 細晶結構為主，晶粒大小以0.005～0.01mm為主，結晶小，孔隙多，雜質量較多 |
遼寧石門 | 結晶硅石 | 以鑲嵌結構為主，晶粒大小一般為0.2～0.6mm，最大為0.3mm，晶粒大小比較均勻，雜質較少 |
山東王村 | 結晶硅石 | 以齒狀結構為主，晶粒大小在1mm左右，晶粒大小不均勻，雜質也較多 |
河南鐵門 | 結晶硅石 | 以鑲嵌結構和齒狀結構為主，晶粒為0.15～0.25mm，雜質較少 |
江蘇江陰 | 結晶硅石 | 以鑲嵌結構為主，晶粒大小為0.1～0.2mm，有少量雜質 |
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根據硅石的顯微特征在一定程度上可以判斷硅石的加熱性質與轉變情況，為制磚提供工藝依據。膠結硅石的活性較大，其轉變速度比結晶硅石快；膠結物愈多，其轉變速度愈快。石英顆粒的粗細及變形程度也影響轉變速度，一般結晶顆粒粗大的較細小的慢。對于結晶硅石，如果石英結晶比較小，粒度大小不一，并以鋸齒狀結構交錯緊密結合，則煅燒時容易轉變，膨脹也不大，并且不易松散；如果硅石的石英結晶較大且直徑大小接近并呈圓形，則燒成膨脹大，轉變慢，易松散，燒成容易產生裂紋，硅磚的氣孔率高，強度低。
成分與耐火度
硅石中SiO2是主成分，Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等均為雜質。硅石的化學成分愈純，SiO2含量愈高，其耐火度也愈高。一般要求：SiO2≥96%，Na2O+K2O≤0.2%～0.4%。
Al2O3的存在除增加硅石在高溫下形成液體的趨勢外，還會延緩硅石的分解。Al2O3含量多時還會顯著降低磚體的荷重軟化點，Al2O3為2%，荷重軟化點降低125°C；Al2O3為6%時，則降低275°C。因此，一般控制Al2O3<1.3%，生產優(yōu)質硅磚時則需要<0.5%。Na2O、K2O是很強的熔劑，一方面它是顯著降低硅石的耐火度，另一方面它們又能促進石英的轉變，對Na2O+K2O的要求是一般不超過0.2%～0.4%。Fe2O3、CaO、MgO等雜質對硅石質量的影響不像K2O、Na2O、Al2O3那樣大，如果它們呈分散狀態(tài)存在，可視為有益組分。TiO2不影響石英的轉化，但研究表明添加金紅石（TiO2）的降低硅磚的氣孔率，提高體積密度，促進燒結，從而提高硅磚導熱率，并改善熱震穩(wěn)定性，此點對焦爐用硅磚尤為有用。實踐證明，加入1.5%的金紅石效果較好。如果單用化學成分和耐火度來決定硅石質量的優(yōu)劣，那是不夠的，還必須考慮其組織結構、煅燒性質等因素。有些硅石原料，如脈石英，化學成分很純，耐火度很高，但不是制造硅磚的理想原料，因為它結晶顆粒大，膨脹性高，石英難于轉化，而且燒成時易開裂。
中國主要產地的硅石化學成分與耐火度如表1-6所列。
表1-6硅石的化學成分及耐火度
產地 | 硅石類型 | 化學成分/% | 耐火度 /°C | |||||
SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | LiI | |||
遼寧石門 | 結晶硅石 | 98.62 | 0.35 | 0.58 | 0.09 | 微 | 0.22 | 1730～1750 |
河南鐵門 | 結晶硅石 | 98.47 | 0.42 | 0.63 | 0.18 | 0.13 | 0.17 | 1750～1770 |
山東王村 | 結晶硅石 | 97.07 | 0.51 | 0.82 | 0.07 | 0.37 | 0.39 | 1750 |
山西五臺 | 膠結硅石 | 95.72 | 1.61 | 1.80 | 微 | 0.29 | 0.16 | 1690～1710 |
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致密程度與轉變速度
硅石的致密程度、轉變速度與制磚工藝密切相關。不致密的硅石不能用于制造重要用途的硅磚，但可以細磨成粉后與致密硅石配合使用，而多孔的硅石則不能用于制造硅磚。膠結硅石的轉變速度較快，結晶硅石的轉變速度一般較慢或極慢。用于硅磚配料時，快速轉變的硅石燒成溫度應降低，礦化劑的加入量也應適當減少；對于較難轉變的硅石，應采用細顆粒配料并加入適量的礦化劑。中國主要產地硅石的致密程度和轉變速度列于表1-7中。
在評價硅石原料的質量時，應根據硅磚的品種及應用領域，對上述性質進行綜合分析，確定出合理的配比及生產工藝條件。
表1-7硅石的致密程度與轉變速度
產地 | 生料 | 1450°C燒后保溫1小時 | 晶粒大小/mm | ||||
吸水率/% | 氣孔率/% | 真比重 | 吸水率/% | 氣孔率/% | 真比重 | ||
遼寧石門 | 0.16 | 0.42 | 2.64 | 1.68 | 4.19 | 2.57 | 0.2～0.6 |
山東王村 | 2.36 | 5.82 | 2.66 | 6.68 | 14.4 | 2.56 | 1.0 |
江蘇江陰 | 0.22 | 0.57 | 2.65 | 1.48 | 3.74 | 2.68 | 0.1～0.2 |
湖南湘鄉(xiāng) | 0.65 | 1.69 | 2.64 | 8.58 | 17.4 | 2.56 | 0.8～1.0 |
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簡介分類
組織結構分類
硅石
⑴結晶硅石
是由硅質砂巖（石英砂巖）經變質作用再結晶而成的變質巖。硅質砂巖中的硅質膠結物在地質條件作用下而在原石英顆粒表面再結晶，成為石英顆粒的增大部分。因此，其組織結構特征是：由結晶的石英顆粒所組成，石英顆粒間沒有膠結物或極少（3%～8%）；由于變質過程中的再結晶作用而使石英顆粒緊密地連接在一起，并且構成了原硅質砂巖所沒有的各種變晶結構，如鋸齒結構、花崗巖結構和鑲嵌結構等。
⑵膠結硅石
結晶硅石與膠結硅石的特征對比如表1-1所列。
表1-1結晶硅石與膠結硅石的特征
組織分類 | 結晶硅石 | 膠結硅石 | ||
石英巖 | 脈石英 | 石英砂巖 | ||
組織結構 | 分漿沉淀，火成巖，顯晶質石英，晶粒粗大，一般>2mm，質地純凈 | 以玉髓為基質，其中含有脈石英晶粒 | ||
化學組成 | SiO2>98% | SiO2 99% | SiO2>95% ，Al2O3 1%～3%，R2O 1%～2% | SiO2>95% |
礦物組成 | 石英為主，有的夾有紅色或黃褐色水銹 | 石英>90%，含少量長石、云母 | ||
轉變特征 | 不易轉變 | 難于轉變 | 不易轉變 | 易轉變 |
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轉變速度分類
從硅磚的制造工藝觀點出發(fā)，依照硅石原料在1450°C時煅燒1小時的真比重大小，可將硅石非為極慢、慢速、中速和快速轉變四種類型（表1-2）。因鱗石英的真比重（2.242）較小，燒后真比重越小，則表明轉變成鱗石英的數(shù)量也多。
表1-2硅石的轉變速度分類
燒后真比重 | ≥2.50 | 2.45～2.50 | 2.40～2.45 | <2.40 |
硅石類型 | 極慢 | 慢速 | 中速 | 快速 |
致密程度分類
可以分為極致密、致密、比較多孔和多孔四種（表1-3）。硅石原料應具有較大的致密性，前兩種硅石是優(yōu)質的耐火材料，第三種可以與前兩種配合使用，或單獨用于制造一般用途的硅磚。第四種不適合制磚。
表1-3硅石的致密程度分類
硅石類型 | 極致密 | 致密 | 比較多孔 | 多孔 |
吸水率/% | <0.5 | 0.5～1.5 | 1.5～4.0 | >4.0 |
顯氣孔率/% | <1.2 | 1.2～4.0 | 4.0～10.0 | >10.0 |
雜質賦存狀態(tài)
硅石除了主要礦物石英外，通常伴有長石、云母、粘土和鐵質等雜質礦物。制備的高純和超高純石英原料，是除了二氧化硅外其它都是雜質，其中主要的有害雜質是含鐵和含鋁雜質，所以硅質原料提純方法和工藝流程的進步和改進也主要體現(xiàn)在對含鐵雜質和含鋁雜質的有效脫除上。
鐵在硅石中常以以下幾種形式存在：以微細粒狀態(tài)賦存在粘土，或者高嶺土化的長石中；以氧化鐵薄膜形式附著在石英顆粒的表面；含在重礦物和鐵礦物等顆粒中；在石英顆粒內部呈浸染或透鏡狀態(tài)或以固溶態(tài)存在于石英晶體內部。此外，加工過程中也會混入一定量的機械鐵。
此外，硅石中普遍存有流體包裹體, 按其成因可分原生包裹體、假次生包裹體、次生包裹體三類 :原生包裹體是先于主礦物或與主礦物同時形成的包裹體，其特點是包裹體生成后不發(fā)生空間上的移動。原生包裹體占據主礦物結晶構造位置上，均勻分布于晶體中。
假次生包裹體是在主礦物結晶過程中，由于應力和構造作用，使已結晶的礦物發(fā)生破碎和裂開，在這些裂隙中，成礦溶液又重新進入而產生重結晶時形成的包裹體。其特點是形成之后在空間上發(fā)生過位移。假次生包裹體外端終止于晶體內的一個生長面，并存在著明顯的排列面。
次生包裹體是形成于主礦物結晶基本完成之后任何過程的包裹體，晶體形成后，因受外界作用力的影響而破裂，產生裂隙，這時在環(huán)境中活動的含礦溶液就有可能滲入晶體內成為包裹體。次生包裹體一般在后期構造愈合的位置上，常沿裂隙分布，且?guī)捉M包裹體可以相交，形狀較為復雜。
流體體積很小，一般直徑在微米右左，粉碎石英礦時，次生包裹體就容易被機械破裂，但原生包裹體，就很難破裂消除，即使用高溫滾燒也只能將表面局部氣體包裹體炸裂，不足以改變內部微小氣泡狀態(tài)] 。流體包裹體中的小分子氣體可以通過高溫和延長排氣時間等排出。但CO、CO2 等氣體極難從固體或熔體中排出，造成熔制產品缺陷 ] 。
選礦提純工藝
根據硅石礦物原料的雜質和包裹體的賦存狀態(tài)，在選礦提純工藝主要分擦洗- 磁選- 浮選- 酸浸等工藝流程，隨著選礦工藝研究的不斷深入，又引進了電選和生物選礦等。
擦洗
擦洗是借助機械力和砂粒間的磨剝力來除去石英砂表面的薄膜鐵、粘結及泥性雜質礦物的選礦方法，它可以進一步擦碎未成單體的礦物集合體，再經分級作業(yè)對泥質性雜質礦物進行有效脫除。該工藝一般作為硅石礦物原料入選前的預處理工藝。目前，主要有機械擦洗、棒磨擦洗和加藥高效強力擦洗和超聲波擦洗等方法。
機械擦洗，一般認為影響擦洗效果的因素主要是來自擦洗機的結構特點和配置形式，其次為工藝因素，包括擦洗時間和擦洗濃度。研究表明，砂礦擦洗濃度在50 %～60 %之間效果最好；擦洗時間原則上以初步達到產品質量要求為基準。
棒磨擦洗，影響擦洗效果主要因素為礦漿濃度、擦洗時間、加棒量及棒配比。由于棒磨機的磨礦介質是線性接觸的，因此，棒磨過程具有選擇性、產品的粒度較為均勻、過粉碎現(xiàn)象較輕。采用此工藝，一方面強化了擦洗效果，另一方面可以改變原砂的粒度組成，為石英砂進一步的分選提供了礦物學基礎。
加藥高效強力擦洗，加藥的目的是增大雜質礦物和石英顆粒表面的電斥力，增強雜質礦物與石英顆粒相互間的分離效果。
超聲波擦洗 主要是去除顆粒表面的次生鐵薄膜(即“薄膜鐵”FeOOH) 。鐵質薄膜固附著于顆粒表面和裂隙面，在選礦中使用的機械擦洗方法不能使其分離出來，它是造成天然硅砂鐵質過高、難以去除的主要原因。在超聲波作用下，粘附在顆粒表面的鐵雜質便脫落下來進入液相，從而達到除鐵的目的。與其它機械擦洗方法相比，這種方法不僅可以消除礦物表面的雜質，而且可以清除顆粒解理縫隙處的雜質，因而，其除鐵效果更好。
浮選
浮選是為了除去硅石礦物原料中的長石、云母等非磁性伴生雜質礦物。長石雜質礦物的去除石英、長石在物理性質、化學組成、結構構造等方面相似，浮選成為它們分離的主要方法。在常規(guī)工藝中是采用陽離子捕收劑和氫氟酸活化劑在酸性pH 范圍內進行石英- 長石浮選分離的，始于20 世紀40 年代，也稱“有氟有酸”法。
應用領域
行業(yè)標準
ZBD 53001-1990
我國行業(yè)標準（ZB D53001-90）對耐火材料用硅石的質量標準作出了規(guī)定，如表1-8所列。硅石中不得混入廢石、角礫石狀硅石、風化石等，表面不允許有超出1mm厚的雜質，硅石塊內不允許有直徑大于5mm的各種有害包裹體。
表1-8硅石的技術條件
理化指標要求 | ||||||
牌號 | 化學成分/% | 耐火度/°C | 吸水率/% | |||
SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | |||
GS-98.5 | ≥98.5 | <0.3 | <0.5 | <0.15 | ≥1750 | <3.0 |
GS-98 | ≥98.0 | <0.5 | <0.8 | <0.20 | ≥1750 | <4.0 |
GS-97 | ≥97.0 | <1.0 | <1.0 | <0.30 | ≥1730 | <4.0 |
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YB/T 5268-2007
最新標準YB/T 5268-2007 硅石
本標準代替YB/T5268-1999《硅石》
本標準與YB/T5268-1999相比主要差異如下：
──增加了牌號；
──修改了牌號的表示方法；
──修改了耐火度的表示方法，由溫度表示改為錐號表示；
──取消了吸水率的要求；
──增加了檢驗批量。
本標準由冶金工業(yè)信息標準研究院歸口。
本標準主要起草單位：冶金工業(yè)信息標準研究院、西小坪耐火材料有限公司。
本標準所代替標準的歷次版本發(fā)布情況為：
──YB 2416-1981、YBD 53001-1990、YB/T 5268-1999
1 范圍
本標準規(guī)定了硅石的分類與牌號、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標志、運輸、貯存和質量證明書。
本標準適用于耐火材料、鋁合金和工業(yè)硅用硅石。
2 規(guī)范性引用文件
下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協(xié)議的各方研究是否可適用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。
GB/T 2007.1-1987 散裝礦產品取樣、制樣通則手工取樣方法
GB/T 2007.2-1987 散裝礦產品取樣、制樣通則手工制樣方法
GB/T 6901.2-1986 硅質耐火材料化學分析方法重量-鉬藍光度法測定二氧化硅量
GB/T6901.3-1986 硅質耐火材料化學分析方法氫氟酸重量法測定二氧化硅量
GB/T 6901.4-1986 硅質耐火材料化學分析方法鄰二氮雜菲光度法測定三氧化二鐵量
......
3 分類與牌號
4 技術要求
5 試驗方法
6 檢驗規(guī)則
7 包裝、標志、運輸、貯存和質量證明書
最新標準YB/T 5268-2014《硅石》
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世界氣象組織（英語全稱：World Meteorological Organization，簡稱：WMO），是聯(lián)合國的一個專門機構，總部設于瑞士日內瓦，有193個會員國和會員地區(qū)（截至2023年6月） ，致力于在地球大氣狀態(tài)和變化規(guī)律及其與陸地和海洋的相互作用、大氣產生的天氣和氣候、以及由此產生的水
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
