上海巍立浅析石英砂破碎生产工艺及设备选型

随着经济和高科技领域的不断发展，能源的日益紧缺，促使了新能源(风能、太阳能、地热能)和可再生资源开发、利用。太阳能的利用带动了太阳能级石英坩埚和高纯石英砂行业的发展。此高纯石英砂行业的发展引起了各国的高度重视，已被列为及其重要的战略物资。



石英砂主要应用于电光源、玻璃制品、电气、通信、国防、航天、半导体和冶金等行业和领域。高纯度的石英砂及其制品的市场需求量不断增加，所谓高纯石英砂就是Si02≥99.5～99.9％，Fe203≤0.005％，是精心挑选l～3级别天然水晶和优良天然石类，进行精细加工而成的。高纯石英砂的外观颜色一般为无色、透明块状颗粒或者白色粉末，莫氏硬度为7.0，密度约为2.65g／cm³，pH值约为6.0，熔点在1750℃，粒度在1-0.005mm范围内，可按用户所需进行生产，例如：单晶硅棒容器、太阳能级坩埚、芯片等等。



上海巍立沙特石英砂破碎生产线项目



生产太阳能级坩埚，要有先进的技术，还要有较高纯度的石英砂原料，为了生产出合格的产品，我国高纯石英砂的原料基本上全进口美国尤尼明UNIMIN公司的。虽然，但是价格一再上涨。因此提高高纯石英砂的质量和产量是其企业的首要任务，使得太阳能级石英坩埚原料的国产化，是我国高纯石英砂企业刻不容缓的事情。



国内石英砂研究现状

从上世纪末，国内就开始研究普通的石英原料，所研究的石英砂质量能够达到2～4级水晶的水平，距离世界先进的生产水平还有很长的一段距离，由于国内在生产上还没有形成创新性和自主产权的技术，所以，大部分高纯石英砂只能依靠进口，这将制约着我国太阳能级石英坩埚行业的发展，已引起了国家的高度重视。



在我国江苏东部、安徽、湖北、海南、内蒙、江西等地区，能用于高纯石英砂生产的石英矿较为丰富，且矿石品位高、储藏量大，较容易开采，但由于生产规模和技术水平的限制，石英砂的质量达不到石英砂制品的要求，所以，开采的石英矿石大多用于生产低级的石英制品，如：石英玻璃管、硅微粉、耐火材料等，严重造成了资源浪费。



我国最近是10多年来，一些生产石英砂的企业和科研单位开始注重对石英砂的生产进行研究。针其提纯工艺和技术，企业和科研单位采取联合攻关，已达到的效果，使得国内高纯石英砂的生产工艺技术提高。2007年，国内生产中低档石英砂制品，消耗了约为十二万吨的石英砂原料，用于半导体、光电源、光纤、石英坩埚的等高纯石英砂原料，仍然是以国外进口为主。根据调查，我国主要是进口美国尤尼明公司生产的IOTA石英砂，2007年约进口30000吨。其国内价格已高达6.5～8万元／吨。耗费了大量金钱不说，生产高纯石英的生命线掌握在其他国家手里，对我国的石英砂行业以及裙带产业都受制于人，发展极为不利。



近几年来，随着高新技术和信息的发展和国家的重视，石英砂行业也逐渐的发展起来了，引进了先进的设备和提纯工艺，重新给一些生产石英砂的企业进行定位，建立规范的质量管理体系，有自己的质量目标和方针，正逐渐试着生产石英坩埚、光纤通讯等领域所需要的高纯石英砂原料。以下是国内的石英玻璃行业2002～2007年销售总额的增长速度约为20％以上。如下图1

2001-2006年我国石英行业销售额增长趋势



随着太阳能产业的迅速发展，预计未来几年内，太阳能级石英坩埚行业将会同比增长5％。到2014年为止，国内太阳能级石英坩埚用高纯石英砂原料将会达到40万吨左右，市场销售额预计在90亿左右，石英砂制品的所占的比重是越来越重。所以，这也是我国高纯石英砂行业所面临严峻的挑战和机遇。



高纯石英砂的生产现状

高纯石英砂的生产工序贯穿在整个生产过程中。生产工序的设计，即生产技术路线的设计，不仅仅影响到产品的等级类型，还影响到产品的生产效率问题，甚至在作业中人员分配的管理体制也受到一些制约，这当中的其中一个因素的变化都有可能会导致产品质量的变化，以至于对企业的利益造成影响。



随着计算机在企业中的应用，通过计算机进行生产工艺和产品质量的辅助设计已成为可能，计算机辅助管理系统将为提高石英砂的纯度，缩短生产周期，并为广大工艺人员从繁琐、重复的劳动中解放出来提供一条切实可行的途径。应用计算机辅助生产工艺和质量管理控制的必要性，已被越来越多的企业所认识，选取一个适宜企业生产及管理的系统，更能为企业数据信息的管理和分析打下良好的基础。



石英石的破碎

石英石的破碎主要是分2个方面：粗碎和细碎，具体的步骤为：第一次破碎，破碎的目的是是矿石成为小块矿石，第二次破碎是将小块矿石破碎成细砂颗粒壮态，第三次破碎是把细砂颗粒破碎到指定的粒度。



粗碎：采用的是颚式破碎机进行破碎，需要调整破碎机压板之间距离和角度，然后，将原矿石投入鄂式破碎机进行初步破碎。粗碎后，石英石在粗碎的标准是：小块成品矿石直径要小于等于2．5cm，矿石内部不显示除白色外的其它颜色，并且矿石透明或半透明。如果每袋成品小块石英直径超过3cm，可以很容易通过肉眼和直尺测量判断出来，是否要返工，重新进行粗碎，直到品管人员检查合格为止。粗碎石英砂如下图2所示





细碎：在这两段破碎中，采用的是立轴冲击式破碎机。该阶段要调整振动筛筛网，筛网第一层30、18目合并，第二层50、18目合并，并且筛网中缓冲球要有30个。做好准备后可将粗碎生产的合格小块状的石英原料由胶带输送机输送至对辊破碎机进行细碎，细碎后的原料进入振动筛筛分出两种物料，一种是粒度小于50目的石英颗粒，可放行，通过提升机直接进入磁选工艺阶段；另一种石英颗粒的粒度偏大，精矿不能通过40目筛网，则进入到第三次破碎的颚式破碎机中进行细破。第三次破碎后所得的成品仍按第二次破碎后的筛分进行分级处理。在此处的成品可以通过标准筛筛分来判断是否合格，或者判断出振动筛的状态是正常还是需要修补以及更换。经过细碎的石英砂如下图3所示：





高纯度石英砂的破碎生产工艺

根据石英砂的特性，其对石英砂加工设备的要求相对其他物料来言比较高，主要还是由于石英砂本身的广泛用途所决定的，不同的行业对石英砂的质量要求不同，怎样能够保证生产高纯度石英砂呢?上海巍立路桥设备有限公司对高纯度石英砂生产线设备加强了研究，提高设备的性能、生产效率、使用寿命等等，现在的高纯度生产线工艺设备性能都比较好，主要有两种生产线配置：干法和湿法。



1、石英砂干法生产工艺：主要设备有颚式破碎机、圆锥破碎机（或细碎颚式破碎机，或反击式破碎机）、石英石制砂机、皮带输送机、振动筛等。其工艺流程为石英石矿料根据大小依次通过颚式破碎机，反击式破碎机加工成较小石料，石料再经过石英石制砂机加工砂粒，然后经过振动筛筛分，在筛分过程中利用磁铁棒和排磁铁除铁。



干法生产的石英砂通常可分为普通石英砂、半精制石英砂和精制石英砂三种等级。因天然石英石表面呈黄褐色，挑选出较小的石英石矿料直接破碎筛分的制成品称普 通石英砂，表面呈现黄褐色与白色相间，其优点是价格便宜，缺点是杂质较多，故多用于建筑行业；挑选出较大的石英石矿料进行加工的称之为半精制石英砂，表面 呈现白色，但点缀着黄褐色的斑点，该产品价位适中，质量较好，故适用范围较广。挑选出大块的石英石矿料，经过人工去除表面黄褐色外皮再加工而成的就是精制 石英砂了，表面呈现白色，亮晶晶如同白砂糖一般。因加工过程费时费料，故价位较高。



2、石英砂湿法生产工艺：主要设备有颚式破碎机、圆锥破碎机（或细碎颚式破碎机，或反击式破碎机）、石英石制砂机、烘干机、振动筛、洗砂机水路系统等。其工艺流程大致如下：石英石矿料经过破碎机加工成较小石料，石料再经过石英石制砂机成砂粒，砂粒流入洗砂机中沉淀池内，再把沉淀池内的砂粒运入烘干机烘干成干砂粒，然后再经过振动筛筛分，在筛分过程中利用磁选设备出去铁。



湿法制石英砂可以最大限度地提高石英砂的洁净度，品味高，故价格也高！上海巍立湿法石英砂生产工艺如下图4

上海巍立路桥设备有限公司石英砂湿法生产工艺



石英砂破碎设备选型

石英砂生产设备的选型将直接影响到产品质量和加工系统的投资。选型决定了最终成品的粒度和生产的效率。



由于石英矿硬度较高，采用一般的石英砂破碎设备会对设备造成极大损害，磨损严重大大降低了设备使用寿命，提高了生产石英砂的成本！上海巍立路桥设备有限公司石英砂生产线采用易损件非常少的圆锥破碎机进行细碎，产能高、磨损少，能够最大限度地提高客户的投资收益。相比于同行多采用PEX细碎颚式破碎机或反击式破碎机而言，PEX颚式破碎机产量小，要满足下游石英砂制砂机喂料通常需要几台设备并行运作，虽然初期投资还不及圆锥破碎机高，但考虑到损耗及运行成本，实际成本要远高于圆锥破碎机。反击式破碎机作为二级细碎设备，诸如石英等对反击式破碎机的损耗非常严重，从长期来看实际生产成本也要远高于圆锥破碎机。另外，石英砂制砂机的选择采用立轴冲击式破碎机（石英砂制砂机），从而可以最大限度地降低石英砂制砂机耐磨件的损耗，例如岭南矿业在使用上海巍立PCL立轴冲击破碎机(高效制砂机)进行技术改造后，产品针片状含量降为4.8%，与单独用反击式破碎机作为最终破碎工序的工艺线相比，产量提高30-35%;由于增加了破碎整形工序，增加了破碎比和加工能力，使产量大幅提升。与直接用反击式破碎机作为最终破碎工序加工碎石相比，各设备易损件磨损降低25%;由于把反击式破碎机作为二级破碎使用，而高效立轴冲击破碎机金属消耗量很少，因此，整个工艺过程中，易损件消耗量有大幅度的降低。还有一些同行采用第三代制砂机（即GXF高效复合破碎机）势必会造成细碎机锤头等零部件损耗惊人！虽然上海巍立GXF高效复合破碎机锤头采用新型优质多元素高铬合金制成，而且经过特殊处理后锤头可以轮换4次打击，1个顶过去4个，但除非客户产量很小或预算不足，否则我们不会推荐使用这种损耗比较严重的设备。



上海巍立路桥石英砂破碎设备

上海巍立路桥设备有限公司生产的全套石英砂生产线设备，生产线包括振动给料机、颚式破碎机、PCL立轴冲击式破碎机（制砂机）、振动筛、洗砂机和胶带传输机等设备组合而成。根据不同的工艺要求，各种型号的设备进行组合，满足客户的不同工艺要求，设计产量一般为50-500吨/小时。上海巍立设计的石英砂生产线自动化程度高，运行成本低，破碎率高，节能，产量大，污染少，维修简便,生产出的石英砂，粒度均匀,粒形好，级配合理。



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