人造石英石生产原料、加工、应用及未来展望（一）

2022-09-29 08:50广东中旗新材料股份有限公司广东佛山528000

石材 2022年8期

（广东中旗新材料股份有限公司，广东佛山 528000）

李勇

人造石英石，简称石英石，是人造石材的一种，是指以不饱和聚酯树脂（UPR）为粘合剂，以石英砂和玻璃颗粒为主要骨料、以石英粉为主要填料制成的一种人造石材。石英石继承了天然花岗岩质地坚硬、耐腐蚀、耐磨损以及天然大理石花色精美、档次高的优点，广泛应用于以厨房、卫生间、窗台、餐厅等台面为主的室内装饰装修领域。下面从石英石生产用原料、石英石成品加工、石英石的应用领域、石英石行业未来展望等四个部分来介绍石英石。

1 石英石生产用原料

1.1 石英石行业产业链

图1涵盖了石英石上下游全产业链，本文的内容围绕石英石行业上下游产业链这条主线进行论述，见图1。

1.2 石英矿石来源

水晶作为自然界中纯度最高的石英，十分稀有，见图1，一般仅用于芯片用高纯石英或者用于珠宝装饰品。其他不同纯度等级的石英均可用于石英石板材的生产，见图2。纯度较高、杂质较少的石英砂，可用于对板面质量要求较高的产品；同时石英石作为人造石的一种，本身具有消化废弃石料的使命。因此，一些纯度低、杂质多的石英砂，也常用在一些特殊设计开发的板面上。

图1 石英石上下游全产业链

图2 各种来源的石英砂

1.3 石英砂/粉的制作过程

如图3所示，天然石英矿山开采出来的大块原石，一般表皮带有泥沙、铁的氧化物以及植物残骸等，需要进行剥皮、拣选等操作加以去除；有些厂家还在此阶段进行酸洗，大块原石进行酸洗，比后期逐级破碎后再进行酸洗，更容易去除酸残留。

图3 石英砂、粉的制作过程

处理好的原石，经过逐级破碎、酸洗、滤水、烘干等操作，再进行色选、磁选除去异色颗粒以及含铁杂质，便成为不同目数等级的石英砂，装进吨袋即可运往石英石板材厂家，用作骨料；或者进一步进行球磨粉碎，得到不同目数的石英粉，运往石英石板材厂家，用作填料。

1.4 不同行业对石英的需求

半导体行业：对石英纯度要求最高，一般要求在4个9到11个9。

石英管、石英光纤：对石英纯度要求较高，一般要求4个9以上。

光伏玻璃：主要是对铁含量有要求，因为光伏玻璃必须有高透光率，一般要求铁含量不超过0.015%。光伏低铁砂年需求量约900万吨。

人造石英石行业：除少部分高白高透的高端产品以外，一般要求比上述行业低，主要是对白度、透度、杂质、颗粒级配有要求。

4 个9 及以上纯度的高纯石英自然界没有，需要人工提纯。全球对高纯石英（4个9及以上）的需求量约为100多万吨/年。中国的人造石英石板材行业对石英砂（粉）的需求量约为500万吨/年以上，全球石英石行业的年需求量约1000万吨。

总之，高纯石英要求高，价格高，但需求量相对较少；石英石行业石英砂（粉）要求相对较低，但需求量大。

1.5 石英石板材生产用的骨料和填料

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

图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；其他骨料类原材料还有玻璃、金属、氧化铝或其他矿物（如花岗岩）等，如图5。

图5 各类骨料

1.5.1.1 石英砂

石英砂类骨料根据其纯度不同、杂质元素不同、组成及含量不同，呈现不同的颜色，如图6所示。

图6 石英砂类骨料

（1）石英砂的分类——按白度及杂质分

如图7所示，根据纯白石英砂的白度以及杂质含量的不同，可以将石英砂分为不同的品级，白度越高、杂质越少，品级越高，按照品级从高到低的顺序，市场上一般成为高纯砂、精砂、A砂、普砂以及其他更低等级的砂等。

图7 石英砂分类（1）

（2）石英砂的分类——按透明度分类

如图8所示，根据石英砂的透明度，可分为透砂、半透砂、普通砂。在一些高端板材上，为追求花色纹理的立体层次感，以尽可能仿真天然石材的高端花色纹理，需要使用透度极高的石英砂。石英砂透度越高，说明杂质越少，纯度越高，其价格也越高。

图8 石英砂分类（2）

（3）石英石板材用高纯砂、精砂、A砂、透砂的制作

要制得优质的板材，就要用优质石英砂原料，首先要选择好的矿源，然后对石英矿石进行水洗、拣选和磨皮处理，剔除杂石，然后破碎或球磨、筛分，得到指定目数的颗粒料或粉料。

极其优质的石英矿石无需酸洗直接可以破碎制得精砂；但这种品级的优质矿源越来越少，多数石英矿石制砂过程中需要酸洗方可得到优质板材砂：对大的石块进行酸洗，再破碎成砂，酸残留少，对后期板材性能影响不大；破碎成细颗粒的砂以后再酸洗，一定要把残留酸清除干净，否则石英石板面存在后期黄变的问题。

（4）石英石板材厂家对石英砂的质量要求

1 ）石英砂常用的目数有：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 ）石英砂质量要求如表1所示。

表1 石英砂质量要求

1.5.1.2 玻璃类骨料

石英石板材生产中也常将回收的废弃玻璃破碎成颗粒后，用作骨料，主要起到装饰的作用，用量最大的是白色玻璃和镜片玻璃，在美国市场，五颜六色的彩色玻璃生产的彩玻石英石板面也较受欢迎。

1.5.2 填料

石英粉分为普通石英粉和改性石英粉（即用表面活性剂处理过的石英粉）。改性石英粉提高了与树脂的相容性，可以降低树脂用量。

1.5.2.1 石英粉表面改性

石英粉表面改性剂主要是硅烷类偶联剂，表面化学改性的方法主要有干法改性、湿法改性以及化学包覆改性三种：

干法改性是加入少量稀释液与硅烷配成的处理剂，在高速搅拌、分散和一定温度条件下，将处理剂以喷雾状加入石英粉中，搅拌处理一定时间后出料；

湿法改性是利用配置好的表面改性剂和助剂混合配成的处理液，在搅拌分散和一定温度条件对石英砂粉体进行表面改性，之后进行脱水、干燥；

机械粉磨与化学包覆改性是指在机械力作用或细磨、超细磨过程中添加改性剂，随着石英砂粉体粒度减小的同时，对其颗粒进行表面改性。

当前的石英粉表面改性技术，严重滞后于石英石行业的发展。石英石的近亲产品——树脂型人造岗石，其所用的填料——钙粉，目前的表面改性技术有了长足的进步，吸油率可以做到17%以下，反观石英粉，改性后的石英粉吸油率长期徘徊在20%左右，导致石英石板材树脂用量高，成本居高不下，并且对石英石成品的部分性能——膨胀系数、硬度等等，均有不利影响。

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，价格越高，生产出来石英石板材白度也高，档次高，售价高，如图9所示。透度越高的石英粉，价格也越高，生产出来的石英石板材质感好，花色纹理立体感强，能更好的仿真天然石材的纹理质感，如图10所示。