Диоксид кремния (SiO₂) образует структурную основу стекла, обеспечивая высокую механическую прочность и превосходную химическую стабильность. Поэтому кварцевый песок является важнейшим промышленным минеральным сырьем в стекольной промышленности. Он служит основным ингредиентом во всем, от листового и тарного стекла до сверхпрозрачного стекла, фотоэлектрического стекла и даже кварцевого стекла.
Для производителей стекла качество кварцевого песка напрямую определяет качество конечного продукта. В отрасли кварцевый песок оценивается в первую очередь по трем важнейшим критериям:
– Химический состав – уровень чистоты и содержание примесей, особенно железа и глинозема.
– Последовательность и стабильность – однородное качество от партии к партии.
– Распределение частиц по размерам – правильный размер и форма зерен для эффективного плавления и однородности.
Однако не все стекло одинаково, и для каждого вида стеклянных изделий требуется кварцевый песок разного качества. Давайте рассмотрим, как эти требования различаются в зависимости от основных категорий стекла.
1. Классификация кварцевого песка для стекольной промышленности
Китайский промышленный стандарт определяет систему классификации и методы испытаний обработанного кварцевого песка, используемого во всех видах производства стекла. Этот стандарт продолжает служить основополагающим ориентиром для поставщиков и производителей стекла, помогая им подобрать песок нужной марки для предполагаемого применения.
| Оценка | Имя | SiO₂ ≥ (%) | Fe₂O₃ (ppm) | Cr (ppm) | Al (ppm) | Ti (ppm) | Li (ppm) | Na (ppm) | К (ppm) | Потери при воспламенении ≤ (%) |
| 1 | Сверхчистый кварцевый песок | 99.98 | 2 | 0.5 | 30 | 2 | 3 | 3 | 3 | 0.1 |
| 2 | Высокочистый кварцевый песок | 99.98 | 4 | 0.5 | 70 | 3 | – | – | – | – |
| 3 | Плавающий кварцевый песок | 99.95 | 20 | 1.0 | – | 5 | – | – | – | – |
| 4 | Кварцевый песок, обработанный кислотой | 99.6 | 50 | 2.0 | – | 300 | – | – | – | – |
| 5 | Кристаллический кварцевый песок | 99.0 | 200 | 2.0 | – | – | – | – | – | – |
| 6 | Лабораторное стекло, кварцевый песок | 99.0 | 300 | 2.0 | – | – | – | – | – | – |
| 7 | Обычный кварцевый песок | 98.5 | 400 | 6.0 | – | – | – | – | – | – |
| 8 | Общий кварцевый песок | 98.5 | 600 | 6.0 | – | – | – | – | – | – |
| 9 | Огнеупорный кварцевый песок | 97.0 | 2000 | – | – | – | – | – | – | – |
2. Плоское стекло
Плоское стекло используется в самых разных отраслях промышленности, и, соответственно, требования к кварцевому песку могут различаться. В целом, в секторе производства плоского стекла кварцевый песок подразделяется на два типа в зависимости от химического состава и размера зерен:
- Тип I: Низкое содержание Al₂O₃
- Тип II: Более высокое содержание Al₂O₃
Профессиональный стандарт JC/T 529-2000 «Кремнеземистое сырье для листового стекла» устанавливает подробные требования к химическому составу и гранулометрическому составу. Ключевые параметры приведены ниже.
Химический состав и требования к влажности плоского кварцевого песка
| Кварцевый песок, сорт | w(SiO₂) / % | w(Al₂O₃) / % | w(Fe₂O₃) / % | w(H₂O) / % |
| Класс I | ≤5.00 | |||
| Премиум | ≥98,50 | ≤0,50 | ≤0,05 | |
| ≥98,00 | ≤1,20 | |||
| Первый класс | ≥98,50 | ≤0,70 | ≤0,10 | |
| ≥97,50 | ≤1,20 | |||
| Второй класс | ≥98,00 | ≤0,70 | ≤0,15 | |
| ≥96,50 | ≤1,50 | |||
| Третий класс | ≥98,00 | ≤0,70 | ≤0,20 | |
| ≥96,50 | ≤1,50 | |||
| Класс II | ||||
| Первый класс | ≥92,00 | ≤4.00 | ≤0,20 | |
| Второй класс | ≥90,50 | ≤4,50 | ≤0,30 |
Допустимые отклонения в химическом составе плоского кварцевого песка
| Кварцевый песок, сорт | Вариация SiO₂ / % | Вариация Al₂O₃ / % | Изменение Fe₂O₃ / % |
| Класс I | |||
| Премиум | ±0,20 | ±0,10 | ±0,01 |
| Первый класс | ±0,30 | ±0,15 | – |
| Второй класс | ±0,30 | ±0,20 | – |
| Третий класс | ±0,30 | ±0,20 | – |
| Класс II | |||
| Первый класс | ±0,30 | ±0,20 | – |
| Второй класс | ±0,30 | ±0,20 | – |
Требования к гранулометрическому составу плоского кварцевого песка
| Кварцевый песок, сорт | +1 мм | +710 мкм | +500 мкм | –100 мкм (–125 мкм) |
| Класс I | ||||
| Премиум | ≤0 (0) | ≤0,5 (0,5) | ≤5.0 (5.0) | ≤5.0 (5.0) |
| Первый класс | ≤0 (0) | ≤0,5 (0,5) | ≤5.0 (5.0) | ≤10,0 (5,0) |
| Второй класс | ≤20,0 (8,0) | |||
| Третий класс | ||||
| Класс II | ||||
| Первый класс | ≤0 (0) | ≤0,5 (0,5) | ≤5.0 (5.0) | ≤5.0 |
| Второй класс | ≤0 (0) | ≤0,5 (0,5) | ≤5.0 (5.0) | ≤5.0 |
Примечание: Значения в скобках указывают требования к продуктам из природного кварцевого песка.
3. Контейнеры и бытовое стекло
В ассортимент бытовой и тарной стеклянной продукции входят бутылки и банки, столовая посуда, лабораторная посуда и фармацевтическое стекло. Они используются в пищевой, напиточной, алкогольной и медицинской промышленности. В этом сегменте значительную долю в составе смеси составляет кварцевый песок.
Поскольку температура плавления кварцевого песка составляет около 1730 °C, размер частиц песка оказывает огромное влияние на образование стекла и эффективность плавления. В реальном производстве обычно предпочитают угловатые частицы кварца, поскольку их большая площадь поверхности помогает предотвратить расслоение смеси. Оптимальный диапазон размеров частиц для этого применения обычно составляет от 60 до 140 меш.
Для высококачественной посуды и инструментального стекла геологическая спецификация DZ/T 0207-2002 устанавливает требования к качеству кремнистого сырья.
Требования к качеству кварцевого песка, используемого в лабораторной посуде.
| Элемент / Параметр | Первый класс | Второй класс | Третий класс |
| Химический состав | |||
| w(SiO₂) / % | >99 | >96 | >90 |
| w(Al₂O₃) / % | <1.0 | <2.0 | <4.0 |
| w(Fe₂O₃) / % | <0,05 | <0.10 | <0,35 |
| w(Cr₂O₃) / % | <0.001 | – | – |
| Примечания | Стеклянная посуда (за исключением хрустального стекла) | Общее лабораторное стекло, бесцветное стекло | Используется для обычного бутылочного стекла |
4. Сверхпрозрачное стекло
Сверхпрозрачное стекло — это высококачественный материал, известный своей чрезвычайно высокой светопроницаемостью (≥91,51 TP3T), очень низким содержанием железа (обычно 100–150 ppm) и кристальной прозрачностью. Его также называют стеклом с низким содержанием железа или стеклом высокой прозрачности.
Для производства сверхчистого стекла требуется строгая комбинация сырья, включая кварцевый песок, полевой шпат, доломит, известняк, кальцинированную соду, гидроксид алюминия, соляной осадок, пироантимонат натрия и триоксид сурьмы. Среди них SiO₂ составляет приблизительно 71,0–73,01 TP3T от общего объема, а вредные примеси, особенно железо, почти полностью попадают в состав через кварцевый песок. Поэтому очистка кварцевого песка в первую очередь направлена на удаление примесей железа.
Когда содержание железа превышает определенный порог, не только значительно снижается светопропускание, но и оксиды железа поглощают тепловое излучение в процессе плавления. Это создает резкий температурный градиент между верхним и нижним слоями расплава стекла, затрудняя конвекцию и значительно усложняя плавку и рафинирование. По этой причине содержание железа в кремнеземном сырье является наиболее важным параметром проектирования. Типичные требования к содержанию железа в кварцевом песке, используемом в производстве сверхчистого стекла, следующие:
– Fe₂O₃ ≤ 150 ppm
– Fe ≤ 80 ppm
В качестве природных кварцевых материалов используются природный кварцевый песок, кварцевый песчаник, кварцит и жильный кварц.
Контрольные значения содержания активных оксидов и вредных примесей в сырье для производства сверхбелого стекла (единица измерения: wt%)
| Сырье | SiO₂ | Al₂O₃ | Fe₂O₃ | CaO | MgO | Na₂CO₃ | TiO₂ | NaCl |
| Кварцевый песок | ≥98,5 ±0,3 | ≤1,0 ±0,q | ≤0,01 ±0,001 | ≤0,1 ±0,01 | ||||
| Полевой шпат | <70 ±0,6 | ≥15 ±0,25 | <0,15 ±0,05 | |||||
| Доломит | ≥30 ±0,3 | ≥20 ±0,3 | ||||||
| Известняк | ≤0,018 | ≥52 | ||||||
| Тяжелый спар | ≤0,001 | >99,0 ±0,1 | <0.3 | |||||
| Оксид алюминия | ≥63,5 ±0,1 | ≤0,001 | ||||||
| Глауберова соль (Na₂SO₄) | Fe₂O₃ ≤0,001 | Na₂SO₄ ≥99 ±0,1 | ||||||
| Антимонат натрия (Na₃SbO₄) | Fe₂O₃ ≤0,055% | Sb₂O₅ ≥64% | ||||||
| Триоксид сурьмы (Sb₂O₃) | ||||||||
Примечания: Используется национальный стандарт Sb₂O₃ класса 0. Основной компонент в сырье имеет содержание ≥99,5%. Средний размер частиц составляет 1,3–1,5 мкм, средний диаметр — 0,3–0,35 мкм, а максимальный размер частиц контролируется в пределах 5 мкм.
5. Фотоэлектрическое (солнечное) стекло
Фотоэлектрическое стекло устанавливается в качестве самого внешнего слоя солнечных модулей. Его задача — защитить солнечные элементы и электроды, блокируя влагу и коррозионные газы, и одновременно пропуская максимальное количество солнечного света. По сравнению с обычным стеклом, фотоэлектрическое стекло должно обладать более низким содержанием железа, более высокой светопропускаемостью, ударопрочностью, коррозионной стойкостью и термической стабильностью.
Этим требованиям соответствуют два типа стекла: сверхпрозрачное флоат-стекло и сверхпрозрачное узорчатое (прокатное) стекло. Узорчатое стекло является основным выбором для солнечных элементов из кристаллического кремния, в то время как флоат-стекло чаще используется для тонкопленочных солнечных модулей.
Ионы железа в кварцевом песке легко вызывают обесцвечивание, что снижает пропускание солнечного света. Поэтому для фотоэлектрического стекла требуется кварцевый песок с высокой чистотой кремнезема и очень низким содержанием примесей – в частности, кварцевый песок с низким содержанием железа. Соответствующие требования к качеству определены в отраслевом стандарте JC/T 2314-2015 «Кремнеземистое сырье для фотоэлектрического стекла».
Требования к качеству глиноземно-кремниевого материала
| Элемент / Параметр | Первый класс | Второй класс |
| SiO₂ / % ≥ | 99.5 | 99.0 |
| Al₂O₃ / % ≤ | 0.20 | 0.50 |
| TiO₂ / мг/кг ≤ | 10 | 20 |
| Fe₂O₃ / мг/кг ≤ | 60 | 80 |
| Cr₂O₃ / мг/кг ≤ | 2 | 5 |
| Остаток на сите 1,0 мм / % | 0 | 0 |
| Остаток на сите 0,6 мм / % ≤ | 1.5 | 1.5 |
| Остаток на сите 0,1 мм / % ≤ | 5.0 | 5.0 |
| Водопоглощение / % ≤ | 5.0 | 5.0 |
6. Кварцевое стекло
Кварцевое стекло — это жемчужина среди стекольных материалов. Это однокомпонентное стекло на основе SiO₂, обладающее исключительными механическими, термическими, оптическими и электрическими свойствами. Оно играет незаменимую роль в полупроводниках, оптических устройствах, оптической связи и солнечной энергетике.
Сегодня высокочистый кварцевый песок заменил природный кристалл в качестве основного сырья для плавки кварцевого стекла. Независимо от того, используется ли электросварка или пламенная плавка, высокочистый кварцевый песок является незаменимым исходным материалом для производства трубок, стержней и слитков из кварцевого стекла.
Свойства и характеристики
| Нет. | Свойство | Особенности / Характеристики |
| ① | Хорошая оптическая прозрачность | Чрезвычайно высокая светопропускаемость в УФ, видимом и ИК-спектрах: светопропускание в УФ-диапазоне >80%; светопропускание в видимом диапазоне >92% |
| ② | Высокая термостойкость | Температура размягчения: 1730 °C. Температура длительного использования: до 1100 °C. Температура кратковременного использования: до 1450 °C. |
| ③ | Коррозионная стойкость | Устойчив к плавиковой кислоте и горячей фосфорной кислоте; практически не реагирует с другими кислотами. |
| ④ | Возможность создания высокого вакуума | Вакуум может достигать 10⁻⁶ Па. |
| ⑤ | Отличная электроизоляция | Удельное сопротивление: 1,8×10¹⁹ Ом·см при 20 °C; 1,6×10¹⁶ Ом·см при 800 °C |
| ⑥ | Низкий коэффициент теплового расширения | Выдерживает резкие перепады температур; примерно в 20 раз слабее обычного стекла. |
Конечно! Вот ваши две таблицы, аккуратно отформатированные в формате Markdown, готовые к копированию непосредственно на ваш сайт:
Таблица 5-1: Требования к содержанию примесей в кварцевом песке для производства кварцевого стекла.
| Промышленное применение | Источник | Al (ppm) | Fe (ppm) | Ti (ppm) | Ca (ppm) | B (ppm) | К (ppm) | Na (ppm) | Li (ppm) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Электрический источник света | Китай | Всего 50–100 ppm | 50–100 | 50–100 | 50–100 | 50–100 | 50–100 | 50–100 | 50–100 |
| Химическая промышленность | чешский | 42 | 3.0 | 3.0 | 8.0 | / | 18.0 | 5.0 | / |
| Полупроводник | Китай | 20 | 0.18 | 0.5 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 4.0 | 1.8 |
| Полупроводник (высококачественный) | США | 15 | 0.3 | / | 0.4 | 0.1 | 0.7 | 0.9 | 0.7 |
| Полупроводник (высококачественный) | Россия | 14 | 0.9 | 0.4 | 0.1 | / | 0.3 | 0.6 | / |
| Оптическая волоконная трубка | Бразилия | 11 | 1.8 | 0.4 | 0.1 | / | 0.3 | 0.4 | / |
| Оптическая линза | США | 8 | 0.05 | / | 0.7 | 0.04 | 0.05 | 0.05 | 0.2 |
Примечание: Пустые ячейки указывают на отсутствие заданного предела или на недоступность данных.
Таблица 5-2: Требования к размеру частиц кварцевого песка для кварцевого стекла
| Процесс | Печь сопротивления | Бытовая печь непрерывного плавления | Зарубежная плавильная печь непрерывного действия | Кислородно-водородный пламенный синтез | Плазма |
|---|---|---|---|---|---|
| Размер частиц (сетка) | 40–80 | 60–120 | 80–140 | 80–200 | 120–20 |
Выбор подходящего кварцевого песка для обработки стекла
От стандартного плоского стекла до самых сложных требований к сверхпрозрачному, фотоэлектрическому и кварцевому стеклу, качество кварцевого песка напрямую определяет производительность, эффективность и стоимость продукции. Понимание точных стандартов, охватывающих химическую чистоту, содержание железа и размер частиц, является первым шагом к производству стекла высшего качества.
Эпический порошок
Эпический порошокБолее 20 лет опыта в индустрии ультратонких порошков. Активно содействуем развитию производства ультратонких порошков, уделяя особое внимание процессам дробления, измельчения, классификации и модификации ультратонких порошков. Свяжитесь с нами для бесплатной консультации и индивидуальных решений! Наша команда экспертов стремится предоставлять высококачественные продукты и услуги для максимальной эффективности обработки порошков.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с онлайн-представителем EPIC Powder. Зельда для любых дальнейших запросов».
— Джейсон Ван, Инженер
Ошибка: Контактная форма не найдена.
