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玻璃硅质原料简介

  玻璃是国民经济中一种重要的产品,其中平板玻璃是建筑玻璃中用量最大的一种。随着现代建筑的发展需要,其制品由过去单纯作为采光和装饰功能,逐步向着控制光线、调节热量、节约能源、控制噪声、改善环境等多功能发展,被广泛应用于建筑业、工业和交通运输业等行业。品种繁多的器皿玻璃更是与国民生活密切相关。生产玻璃是以硅质岩(砂)为主要原料,一般占原料组成的70%左右,加入白云岩、石灰岩、长石、纯碱、芒硝、炭粉等配料,通过熔化、成型、退火、切割等工艺而成各种玻璃制品。可作玻璃原料的硅质岩(砂)有许多种,通常统称为玻璃硅质原料。本章所述玻璃硅质原料矿,系指在《中华人民共和国矿产资源法实施细则》矿产资源分类细目(1994)中,单列矿种的玻璃用石英砂岩、石英岩、脉石英及石英砂4种。此外,伟晶岩、细晶岩、霞石正长岩及粉石英等SiO2含量高的岩石,也可用作玻璃硅质原料。但目前在中国玻璃工业生产中应用尚少。
一、 矿石矿物原料特点
  玻璃硅质原料矿石的主要矿物成分为石英。石英是自然界由SiO2单独形成的最常见的矿物,包括三方晶系的低温石英(α石英)和六方晶系的高温石英(β石英)两种。常见的绝大部分为低温石英,一般简称石英。呈菱面体、六方柱状、三方双锥体、三方偏方面体形态;无色、乳白色,混入杂质的可呈多种颜色;无解理,具贝壳状断口,油脂光泽;硬度7,密度2.65g/cm3。其晶体中常有固体、液体和气体包裹体。
  石英砂岩是石英碎屑超过95%的固结砂质岩石。来自侵入岩中的石英具微弱波状消光,常见单晶与聚晶颗粒,晶体中常有副矿物及液体、气体包裹体,并具熔蚀现象而无波状消光;来自变质岩中的石英,波状消光明显,常有变质矿物包裹物;来自火山岩中的石英,常呈透明的双锥体单晶,由沉积岩来源的石英,颗粒磨蚀圆滑,包裹体常为粘土等沉积矿物。矿石矿物成分除石英外,含少量电气石、金红石、铁矿、长石、云母和粘土矿物等,胶结物多为硅质,主要呈蛋白石,玉髓等非晶状态,也有钙质、铁质、海绿石及少见的白云石胶结物。
  石英岩在岩石学中指由石英砂岩或硅质岩经变质作用形成的一种变质岩,其石英含量大于85%,由于原岩和变质条件不同,因此常含有长石、白云母、黑云母、绢云母、绿泥石、角闪石等杂质矿物。一般只有在一些变质程度较深的石英岩中,杂质矿物含量少,适于作为硅质原料矿石。还有一种沉积石英岩,又称正石英岩,胶结物几乎全部为再生石英,碎屑颗粒与胶结物界限不明显,硅质胶结物围绕石英碎屑,有次生加大现象。这种沉积石英岩在中国北方震旦系地层中分布较广,有人称为石英岩,也有人称为石英砂岩。
  脉石英是与花岗岩等有关的岩浆热液矿脉。矿石常呈白色、乳白色;油脂光泽,块状构造,不等粒变晶结构。矿物组成几乎全部为石英,含少量长石、云母、磁铁矿等。矿石中常夹有围岩团块。
  石英砂是一种矿产品的名称,包括的品种较多。玻璃石英砂矿是指矿石成分和粒度符合玻璃工业要求的天然矿物或岩石碎粒。矿石矿物成分中以石英为主,次要矿物有各类长石、岩屑、重矿物(石榴子石、电气石、辉石、角闪石、精石、黄玉、绿帘石、钛铁矿等)以及云母、绿泥石和粘土矿物等。石英砂矿可分为石英砂、含长石粘土石英砂、含长石石英砂等矿石类型,统称砂类矿;石英砂岩、石英岩及脉石英则统称为岩类矿。
  玻璃硅质原料矿石中主要有害杂质为铁的化合物,可在熔融玻璃时带来不良影响,造成熔化澄清困难,使玻璃着色,降低玻璃的透明度、透紫外线性能,透热性和机械强度。含铁杂质主要以3种形式存在:含铁粘土矿物在石英砂中常见,通常通过筛分或淘除赋存于重矿物中的铁质,需经磁选等方式选除;附在石英颗粒表面的铁质薄膜较难清除,选矿时需在水中擦洗,甚至要在酸溶液中擦洗才能除去;至于存在于石英矿物内部包裹体中的铁质则难以清除。
  石英砂岩、石英岩、脉石英矿石化学成分较稳定,SiO2含量一般达97%以上,有的达99%以上,Al2O3含量一般为0.4%~1.3%,Fe2O3含量一般为0.04%~0.39%。石英砂矿的化学成分各地变化较大,SiO2含量82%~99%,Al2O3含量0.2%~6%,Fe2O3含量0.07%~1.38%。
二、 矿 业 简 史
  中国是世界上最早发明和利用玻璃的国家之一。据中国建筑材料科学院等单位对出土的《战国时期》玻璃壁等文物的研究,早在公元前3世纪以前,中国就已经制造出玻璃制品。平板玻璃在中国生产创始于1904年,清代林松唐、许鼎霖、顾恩远等人,在湖北武昌、江苏宿迁、山东博山等地建厂,采用人工吹制后摊平的方法生产平板玻璃,1909年博山玻璃厂生产平板玻璃4 200多重量箱。作为近代玻璃工业生产的标志,采用有槽垂直引上法生产平板玻璃,则始于1924年建立的秦皇岛耀华玻璃厂,当时年产12.7万重量箱。其后20多年里,中国平板玻璃生产经营主要掌握在外国人手中,平板玻璃工业发展缓慢。直至1949年全国仅有秦皇岛耀华、大连、沈阳三家平板玻璃厂,年产量91万重量箱。
  中国玻璃硅质原料矿业是从1949年中华人民共和国成立后,随着平板玻璃工业的发展而大规模发展起来的。1949年以前,各地日用玻璃厂都是就近收购小规模开采的原料,三家平板玻璃厂所用的硅质原料,都是从东南亚或朝鲜半岛进口的海砂。1949年后,平板玻璃厂就近对秦皇岛鸡冠山、本溪小平顶山等石英砂岩(石英岩)矿,通过简单的地质工作后开采,开始大规模利用岩类硅质原料。50年代初,建材系统地质队开始对玻璃硅质原料矿,进行正规系统地地质工作,最先勘探的是河南渑池方山石英岩矿和湖南湘潭雷子排石英砂岩矿。方山矿1958年建成为中国第一个年产30万t矿石的玻璃硅质原料矿山,作为洛阳玻璃厂的原料基地。
  40多年来,国家对玻璃硅质原料矿投入了大量地质勘查工作。建材、地矿等系统的地质队,紧密结合玻璃工业发展的需要,对石英砂岩矿、石英岩矿、脉石英矿、石英砂矿全面开展勘查,多途径开发硅质原料矿产。找出并勘探了一大批矿产地,例如:辽宁本溪、安徽凤阳、陕西汉中、山西桓曲、青海大通等地的石英岩矿;湖北蕲春、新疆哈密等地的脉石英矿;河北滦县、赞皇,山东沂南、苍山,浙江长兴、湖州,江苏苏州,湖南石门、溆浦,四川珙县,云南昆明等地的石英砂岩矿;以及吉林双辽、辽宁漳武、内蒙古通辽、江苏宿迁、甘肃兰州、江西湖口、山东荣城、福建东山、广东惠东、广西北海、海南东方等地的石英砂矿。许多矿山已经相继开采利用,“一厂一矿”,“一矿多厂”或“一厂多矿”的方式,供应玻璃厂所需的原料,满足了近40多年中国玻璃工业高速发展的需要,还有一批后备矿山,可供今后建设选用。
  丰富的矿产资源为中国玻璃工业近40年来的蓬勃发展提供了有利条件。1949年到现在,中国平板玻璃工业,经企业的不断技术改造,一大批基本建设项目的建成投产、生产规模不断扩大,企业面貌发生了根本变化。其发展特点是:发展以浮法工艺为主,浮法、垂直引上、平拉、压延多种成型工艺并存,产品质量有高有低,满足不同档次的需求,总产量持续高速增长。据第三次全国工业普查结果,中国1995年末共有各种工艺、各种规模、各种装备水平的平板玻璃生产能力19 350万重量箱,产量为15 940万重量箱,加上1996~1997年增加的浮法玻璃生产能力4 660万重量箱。1997年底估计生产能力约为23 000万重量箱,产量17 000万重量箱,其中浮法玻璃产量为10 600万重量箱,约占60%。此外,遍布各地众多的日用玻璃厂的产品品种也逐年增多,1997年日用玻璃总产量约近730万t。平板玻璃与日用玻璃两项合计年消耗硅质原料850~900万t。估计未来,中国玻璃工业仍将持续稳步发展,随着优质平板玻璃及高档日用玻璃需求量的增加,必然会推动硅质原料矿业和选矿加工业的发展。

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