人造石英石生產(chǎn)原料、加工、應(yīng)用及未來(lái)展望（一）

（廣東中旗新材料股份有限公司，廣東 佛山 528000）

李 勇

人造石英石，簡(jiǎn)稱石英石，是人造石材的一種，是指以不飽和聚酯樹(shù)脂（UPR）為粘合劑，以石英砂和玻璃顆粒為主要骨料、以石英粉為主要填料制成的一種人造石材。石英石繼承了天然花崗巖質(zhì)地堅(jiān)硬、耐腐蝕、耐磨損以及天然大理石花色精美、檔次高的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于以廚房、衛(wèi)生間、窗臺(tái)、餐廳等臺(tái)面為主的室內(nèi)裝飾裝修領(lǐng)域。下面從石英石生產(chǎn)用原料、石英石成品加工、石英石的應(yīng)用領(lǐng)域、石英石行業(yè)未來(lái)展望等四個(gè)部分來(lái)介紹石英石。

1 石英石生產(chǎn)用原料

1.1 石英石行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

圖1涵蓋了石英石上下游全產(chǎn)業(yè)鏈，本文的內(nèi)容圍繞石英石行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈這條主線進(jìn)行論述，見(jiàn)圖1。

1.2 石英礦石來(lái)源

水晶作為自然界中純度最高的石英，十分稀有，見(jiàn)圖1，一般僅用于芯片用高純石英或者用于珠寶裝飾品。其他不同純度等級(jí)的石英均可用于石英石板材的生產(chǎn)，見(jiàn)圖2。純度較高、雜質(zhì)較少的石英砂，可用于對(duì)板面質(zhì)量要求較高的產(chǎn)品；同時(shí)石英石作為人造石的一種，本身具有消化廢棄石料的使命。因此，一些純度低、雜質(zhì)多的石英砂，也常用在一些特殊設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的板面上。

圖1 石英石上下游全產(chǎn)業(yè)鏈

圖2 各種來(lái)源的石英砂

1.3 石英砂/粉的制作過(guò)程

如圖3所示，天然石英礦山開(kāi)采出來(lái)的大塊原石，一般表皮帶有泥沙、鐵的氧化物以及植物殘骸等，需要進(jìn)行剝皮、揀選等操作加以去除；有些廠家還在此階段進(jìn)行酸洗，大塊原石進(jìn)行酸洗，比后期逐級(jí)破碎后再進(jìn)行酸洗，更容易去除酸殘留。

圖3 石英砂、粉的制作過(guò)程

處理好的原石，經(jīng)過(guò)逐級(jí)破碎、酸洗、濾水、烘干等操作，再進(jìn)行色選、磁選除去異色顆粒以及含鐵雜質(zhì)，便成為不同目數(shù)等級(jí)的石英砂，裝進(jìn)噸袋即可運(yùn)往石英石板材廠家，用作骨料；或者進(jìn)一步進(jìn)行球磨粉碎，得到不同目數(shù)的石英粉，運(yùn)往石英石板材廠家，用作填料。

1.4 不同行業(yè)對(duì)石英的需求

半導(dǎo)體行業(yè)：對(duì)石英純度要求最高，一般要求在4個(gè)9到11個(gè)9。

石英管、石英光纖：對(duì)石英純度要求較高，一般要求4個(gè)9以上。

光伏玻璃：主要是對(duì)鐵含量有要求，因?yàn)楣夥ＡП仨氂懈咄腹饴剩话阋箬F含量不超過(guò)0.015%。光伏低鐵砂年需求量約900萬(wàn)噸。

人造石英石行業(yè)：除少部分高白高透的高端產(chǎn)品以外，一般要求比上述行業(yè)低，主要是對(duì)白度、透度、雜質(zhì)、顆粒級(jí)配有要求。

4 個(gè)9 及以上純度的高純石英自然界沒(méi)有，需要人工提純。全球?qū)Ω呒兪ⅲ?個(gè)9及以上）的需求量約為100多萬(wàn)噸/年。中國(guó)的人造石英石板材行業(yè)對(duì)石英砂（粉）的需求量約為500萬(wàn)噸/年以上，全球石英石行業(yè)的年需求量約1000萬(wàn)噸。

總之，高純石英要求高，價(jià)格高，但需求量相對(duì)較少；石英石行業(yè)石英砂（粉）要求相對(duì)較低，但需求量大。

1.5 石英石板材生產(chǎn)用的骨料和填料

石英石板材中的主要骨料和填料分別是石英砂和石英粉。常用的石英砂和石英粉的形貌如圖4所示。

圖4 石英砂和石英粉

1.5.1 骨料

在石英石板材中起到骨料作用的主要是石英砂；其他骨料類原材料還有玻璃、金屬、氧化鋁或其他礦物（如花崗巖）等，如圖5。

圖5 各類骨料

1.5.1.1 石英砂

石英砂類骨料根據(jù)其純度不同、雜質(zhì)元素不同、組成及含量不同，呈現(xiàn)不同的顏色，如圖6所示。

圖6 石英砂類骨料

（1）石英砂的分類——按白度及雜質(zhì)分

如圖7所示，根據(jù)純白石英砂的白度以及雜質(zhì)含量的不同，可以將石英砂分為不同的品級(jí)，白度越高、雜質(zhì)越少，品級(jí)越高，按照品級(jí)從高到低的順序，市場(chǎng)上一般成為高純砂、精砂、A砂、普砂以及其他更低等級(jí)的砂等。

圖7 石英砂分類（1）

（2）石英砂的分類——按透明度分類

如圖8所示，根據(jù)石英砂的透明度，可分為透砂、半透砂、普通砂。在一些高端板材上，為追求花色紋理的立體層次感，以盡可能仿真天然石材的高端花色紋理，需要使用透度極高的石英砂。石英砂透度越高，說(shuō)明雜質(zhì)越少，純度越高，其價(jià)格也越高。

圖8 石英砂分類（2）

（3）石英石板材用高純砂、精砂、A砂、透砂的制作

要制得優(yōu)質(zhì)的板材，就要用優(yōu)質(zhì)石英砂原料，首先要選擇好的礦源，然后對(duì)石英礦石進(jìn)行水洗、揀選和磨皮處理，剔除雜石，然后破碎或球磨、篩分，得到指定目數(shù)的顆粒料或粉料。

極其優(yōu)質(zhì)的石英礦石無(wú)需酸洗直接可以破碎制得精砂；但這種品級(jí)的優(yōu)質(zhì)礦源越來(lái)越少，多數(shù)石英礦石制砂過(guò)程中需要酸洗方可得到優(yōu)質(zhì)板材砂：對(duì)大的石塊進(jìn)行酸洗，再破碎成砂，酸殘留少，對(duì)后期板材性能影響不大；破碎成細(xì)顆粒的砂以后再酸洗，一定要把殘留酸清除干凈，否則石英石板面存在后期黃變的問(wèn)題。

（4）石英石板材廠家對(duì)石英砂的質(zhì)量要求

1 ）石英砂常用的目數(shù)有：4～6目、6～8目、8～16目、16～26目、26～40目、40～70目、70～100目（或70～120目）。

2 ）石英砂質(zhì)量要求如表1所示。

表1 石英砂質(zhì)量要求

1.5.1.2 玻璃類骨料

石英石板材生產(chǎn)中也常將回收的廢棄玻璃破碎成顆粒后，用作骨料，主要起到裝飾的作用，用量最大的是白色玻璃和鏡片玻璃，在美國(guó)市場(chǎng)，五顏六色的彩色玻璃生產(chǎn)的彩玻石英石板面也較受歡迎。

1.5.2 填料

石英粉分為普通石英粉和改性石英粉（即用表面活性劑處理過(guò)的石英粉）。改性石英粉提高了與樹(shù)脂的相容性，可以降低樹(shù)脂用量。

1.5.2.1 石英粉表面改性

石英粉表面改性劑主要是硅烷類偶聯(lián)劑，表面化學(xué)改性的方法主要有干法改性、濕法改性以及化學(xué)包覆改性三種：

干法改性是加入少量稀釋液與硅烷配成的處理劑，在高速攪拌、分散和一定溫度條件下，將處理劑以噴霧狀加入石英粉中，攪拌處理一定時(shí)間后出料；

濕法改性是利用配置好的表面改性劑和助劑混合配成的處理液，在攪拌分散和一定溫度條件對(duì)石英砂粉體進(jìn)行表面改性，之后進(jìn)行脫水、干燥；

機(jī)械粉磨與化學(xué)包覆改性是指在機(jī)械力作用或細(xì)磨、超細(xì)磨過(guò)程中添加改性劑，隨著石英砂粉體粒度減小的同時(shí)，對(duì)其顆粒進(jìn)行表面改性。

當(dāng)前的石英粉表面改性技術(shù)，嚴(yán)重滯后于石英石行業(yè)的發(fā)展。石英石的近親產(chǎn)品——樹(shù)脂型人造崗石，其所用的填料——鈣粉，目前的表面改性技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，吸油率可以做到17%以下，反觀石英粉，改性后的石英粉吸油率長(zhǎng)期徘徊在20%左右，導(dǎo)致石英石板材樹(shù)脂用量高，成本居高不下，并且對(duì)石英石成品的部分性能——膨脹系數(shù)、硬度等等，均有不利影響。

1.5.2.2 不同白度、透度石英粉打板效果

白度越高的石英粉，價(jià)格越高，生產(chǎn)出來(lái)石英石板材白度也高，檔次高，售價(jià)高，如圖9所示。透度越高的石英粉，價(jià)格也越高，生產(chǎn)出來(lái)的石英石板材質(zhì)感好，花色紋理立體感強(qiáng)，能更好的仿真天然石材的紋理質(zhì)感，如圖10所示。

圖9 石英粉白度對(duì)石英石板材板面白度的影響

圖10 石英粉透度對(duì)石英石板材板面質(zhì)感的影響

1.5.2.3 石英石板材廠家對(duì)石英粉的質(zhì)量要求

1 ）石英粉常用的目數(shù)有：100~200目、325目（或400目）、800目、1250目等。

2 ）石英粉的核心質(zhì)量要求如表2。

表2 石英粉質(zhì)量要求

1.5.3 石英砂、粉對(duì)石英石板面質(zhì)量的影響

（1）純色淺色板面：不能有黑點(diǎn)雜點(diǎn)。

純色灰色板面：要用高純透砂，白點(diǎn)要盡可能少，如圖11所示。

圖11 純灰色板面

石英石皮紋面：不能有風(fēng)化砂，否則會(huì)形成一個(gè)坑，如圖12所示。

圖12 石英石皮紋面

部分高端仿天然石材產(chǎn)品，需要用透砂來(lái)體現(xiàn)質(zhì)感，板面越透，越接近天然石材的質(zhì)感效果：花紋是從坯體中隱約透出來(lái)，并形成逐漸隱去的效果，呈現(xiàn)出一種高端的質(zhì)感和層次感；而不是浮在表面的低端紋理效果，如圖13。

圖13 透明石英砂帶來(lái)的立體紋理效果

1.6 樹(shù)脂

石英石生產(chǎn)的重要原料——樹(shù)脂，主要是不飽和聚酯樹(shù)脂，并固化劑、偶聯(lián)劑，其作用是將石英砂骨料和石英粉填料粘合起來(lái)，固化后形成強(qiáng)度、硬度、沖擊強(qiáng)度極佳的固體面板，見(jiàn)圖14。

圖14 樹(shù)脂