摘要：本文概述人工彩色石英砂主要的生產工藝，及彩色石英砂的廣泛應用在建筑和涂料領域，并指出人工彩色石英砂具有廣闊的發展前景和應用空間。
一、引言
近年來彩色石英砂應用領域及用量呈現增加趨勢。彩色石英砂具有色彩多樣、立體感強、堅固、耐磨性好等優點，廣泛應用在建筑裝修、水磨石骨料、噴漆涂料及地面、屋頂材料中，以提高材料的功能性和美觀性。
彩色石英砂通常可分為天然彩砂和人工彩砂兩種。
天然彩砂是由各種天然彩色礦石加工而成的，具有色調柔和、立體感強、加工工藝簡單等特點，但存在礦源來源的差異問題，導致不同批次產品存在較大色差。此外天然彩砂還存在硬度一般較小、較脆的問題，只適合用于墻體、屋面以及承壓小的地面裝飾材料中。
人造彩砂主要采用白色或淺色石英砂經過人工著色得到，具有色澤鮮艷、顏色種類多、性能好等特點，但其顆粒渾圓、質感差，色彩不如天然彩砂柔和，質感略差。
對于天然彩色石英砂，但由于礦山資源有限，且開采過程會造成環境污染和水土流失。為解決天然石英石資源有限、批次色差大等問題，人工彩色石英砂需求量將逐步上升，具有廣闊的市場應用前景。
二、人工彩色石英砂的制備方法
（一）常溫染色法
在常溫的條件下，石英砂和有機染料直接混合攪拌制備得到。該工藝簡單，能耗小，且得到的彩色石英砂顏色鮮艷。缺點是該法制備的彩色石英砂易褪色，耐候性差。
（二）無機顏料直接染色法
在常溫下將無機顏料均勻的附著在砂子表面，在200-220℃環境中保溫二十分鐘，再將預熱好的物料在400-420℃溫度下煅燒二十分鐘，冷卻后得到彩砂。該法在生產過程中，若溫度有波動同一批彩砂的顏色會不相同，時間過長或過短會導致顏料固化不牢，顏色一般保持一年左右。
由天津華能集團通過改進預熱和煅燒的設備，采用諧波調速電機對熱風爐爐排速度控制和調節進風門風量來實現恒溫，及無級調速電機控制預熱滾筒和煅燒滾筒的轉數，有效保證了煅燒及預熱的時間、溫度一致，受熱均勻，因此可保證彩砂顏色均勻，長時間不褪色。
（三）樹脂固化法
在200-300℃的條件下，環氧樹脂、固化劑、顏料形成一層彩色膜包覆在石英砂表面。基本原理是：環氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環氧基團為其特征，環氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環狀結構。由于分子結構中含有活潑的環氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發生交聯反應而形成不溶、不熔的具有三向網狀結構的高聚物。
該染色工藝優點是生產量大、成本低；缺點是顆粒容易粘連、質感差、耐候性差。
（四）高溫燒結法
在1000℃以上的高溫條件下，經高溫燒制使無機顏料固化在石英砂表面。該染色工藝優點是顏色持久，不變色、耐酸堿、耐高溫，缺點是工藝復雜、能耗高、設備要求高。
（五）陶瓷彩釉法
陶瓷彩釉法工藝流程分為兩個步驟，分別為釉料制備和著色。材料表面上釉主要應用在陶瓷行業。
陶瓷彩釉法的基本原理是釉料上釉，胚體為白色或淺色石英砂，在其表面形成一層光滑的彩色釉料。釉料主要成分為助熔劑、粘結劑、和顏料等。常見熔劑種類有堿性氧化物、硼酸，其主要作用是降低燒成溫度。添加劑的主要作用是懸浮、分散顏料，其中表面活性劑通常具有親水親油基團，有助于顏料均勻吸附在石英砂表層。
按配方比例將粘結劑、陶瓷顏料和助溶劑及應補充一定量的水分倒入球墨機內，密封機口，裝上球磨機架并啟動5-6小時，將該漿液倒在一定量的石英砂上，充分拌勻，干燥后送入高溫爐中煅燒，溫度隨彩砂的品種而變。
陶瓷彩釉法制備的彩砂與高溫燒結制備彩砂比較，具有相同的著色效果，但由于陶瓷彩釉法燒成溫度降低，與高溫燒結法相比成本大大降低。
該染色工藝優點是具有顏色鮮艷、耐久性好，缺點是工藝精度要求高、生產成本高、顏色品種受到一定限制。
（六）搪瓷法
搪瓷法生產彩砂我國已經有較悠久的歷史，解放以后發展更快，現有八十多個廠家生產。搪瓷是一種復合材料，首先是金屬，其次是瓷釉兩種材料的結合，瓷層就是將瓷釉經過一系列較為復雜的物理化學反應煅燒在金屬上的產物，而搪瓷色釉裹砂工藝就是利用搪瓷釉的這種特性，使其在石英砂表面形成復雜的堿一硼一硅酸鹽玻璃體。
1、釉料制備工藝。將各種原料計量倒入球磨機內，啟動球磨機粉碎均勻送入1300℃左右的專用高溫爐熔融成液體流入水中進行水淬，將水淬成細小玻璃狀顆粒晾干后，再放入球磨機同時加入適量的蘇州土和水，啟動球磨機待粉碎成一定細度的漿液備用。
2、彩砂制備工藝。按配方比例將釉料、搪瓷色素、分散劑、粘結劑和水倒入球磨機內，再將研磨好的漿液與石英砂攪拌均勻，干燥后送入800℃高溫爐中煅燒，恒溫10-15分鐘，冷卻后得到彩色石英砂。
搪瓷法工藝較陶瓷法有較多優點，搪瓷法煅燒溫度較低而一致，時間亦稍短，可以節約能源，提高產量，另外抗風化性能提高，色譜更加廣泛齊全。
（七）硅酸鹽廢渣法
基于人造彩砂的制造工藝原理，其主體組分都為硅酸鹽混合物。湖南湘潭化工研究設計院研制開發了利用含硅酸鹽材料的廢渣作為原料，添加各種色素及其它輔助材料制作彩砂的工藝技術。
將硅酸鹽廢渣、色素、粘合劑、添加劑和水分別倒入球磨機內，球磨6-8小時后，將其漿液與石英砂充分攪拌均勻，送入800℃左右的高溫爐，恒溫10-15分鐘，冷卻后得到彩色石英砂。這里所用的硅酸鹽廢渣作為釉料使用，其制備彩砂工藝與搪瓷法工藝類似。
該技術充分得利用廢渣可大大降低生產成本，與陶瓷法、搪瓷法相比，原料來源廣泛、處理加工簡單，煅燒時間與搪瓷法相同，色譜寬廣，具有很好的經濟效益和社會效益，具有很大市場推廣前景。
（八）利用尾礦制備彩砂
選礦廠排出大多數尾礦，其主要成分以石英為主，此外還含有鉀、鈉、鋁、鈣、鐵等氧化物，各成分的含量為：SiO276.2-86.3%，Al2O37.4-8.4%， CaO0.2-1.3%，MgO0.4%，K2O2-2.8%，Na2O1.0-2.0%，Fe2O30.9-1.6%。從含量分析可以看出，在彩色石英砂生產中，可以用它代替石英砂。
方法一：將尾礦砂和無機顏料混合，加入少量粘結劑，然后加入礦化劑在高溫下燒結，通過固相反應，使其表面生產一層較為穩定的金屬硅酸鹽，從而得到色彩豐富的彩砂。
方法二：將預先配制好的玻璃原料（石英粉、碳酸鈉、石灰粉按一定比例磨細）加入著色的金屬氧化物，并與銅尾礦混合，在高溫下煅燒，使尾礦表面裹上一層帶色的玻璃層，生產出色澤鮮艷的彩砂。
利用尾礦代替石英砂生產彩色石英砂，則能大大降低生產成本，這是因為尾礦中石英的含量較高，利用尾礦直接生產彩色石英砂可省去采礦以及破碎等原料加工費用，從而降低了生產成本，而且不會對環境的自然地形、地貌造成新的破壞，還可減輕因尾礦排放對土壤、環境、大氣等破壞的壓力，節約尾礦治理費用，具有巨大的經濟效益和社會效益。
三、彩色石英砂的應用
（一）環氧彩砂地坪
環氧彩砂裝飾地坪是以改性環氧樹脂及助劑和彩色石英砂制成新型復合裝飾地坪，通過添加一種或多種不同顏色的彩色石英砂，可搭配成豐富多彩的裝飾圖案及色彩，不但具有很好的裝飾效果，且具有耐化學腐蝕、耐抗壓、耐磨損、防滑、防水、防火等優點。
彩砂環氧樹脂裝飾地坪開始用于功能性地坪，如防腐、耐磨、防滑，后發展為通用工業用地和民用建筑地面，除了具有功能性的要求，還具有裝飾效果。近年來環氧彩砂裝飾地坪發達國家非常流行，被歐美國家譽為“彩砂無縫硬地毯”。
（二）彩色瀝青路面
彩色瀝青路面是彩砂與脫色瀝青、添加劑作為彩色路面的覆面材料，覆蓋有彩砂的彩色瀝青路面不僅具有方便交通管理、防止交通事故、交通減速提示，還具有美化環境，吸收噪音，防滑等重要作用。
（三）彩色瀝青瓦
彩色瀝青瓦是以玻璃纖維氈或聚酯氈為胎體，瀝青為涂蓋料的主要成分，一面覆蓋彩砂顆粒，另一面覆蓋隔離材料的一種新型多彩瓦狀屋面防水片材。彩色瀝青瓦具有耐候性好、防水、色彩豐富、形式多樣、除塵自潔性好和施工簡便等特點，在國內外廣泛應用于坡屋面防水裝飾材料。該產品性能由于同類產品，具有廣闊發展前景，在不久的將來，彩色瀝青瓦有望成為我國建筑屋面的主流產品。
（四）涂料
真石漆、質感漆和砂壁藝術涂料是以水溶性高分子聚合物、彩砂及各種助劑制備得到。由于彩色石英砂作為主要骨料，具有質感豐富、色彩多樣、美觀大方，另外具有優良的耐候性、耐紫外線、耐老化等特點，通過噴涂等施工方式，可取得類似天然石材及百變狀質感的裝飾效果。
（五）裝飾砂漿
彩色裝飾砂漿是以聚合物材料、彩砂石英砂、無機礦物顏料和填料制備而成的一種新型墻面裝飾材料，具有材質輕、柔性好、裝飾性強、防水、透氣、抗漆、施工簡單等優點，近年來得到了廣泛關注。由于彩色裝飾砂漿的熱膨脹系數等熱、彈性模量、外保溫體系與力學性能的抹面砂漿相似，故與外保溫系統有好的匹配性和相容性。在發達國家，彩色裝飾砂漿已廣泛用于建筑物的內、外墻裝飾，來代替涂料和瓷磚應用。
（六）其它方面的應用
現在還有些廠家開發了彩砂應用的新領域：金絲彩沙畫是一種家居飾品，由純手工精制作而成：畫材選用金屬絲、彩砂為原料，以彩色沙石的色彩做為畫面的顏色，用金屬絲鑲嵌出圖案的輪廓。
目前彩砂已用于諸如箔金工藝砂畫（景泰藍工藝畫）、國畫、傳統臉譜、卡通畫等藝術作品。彩砂工藝畫制作工藝簡單，成本低廉，工藝畫彩砂顏色過渡柔和，艷麗明快，終身不褪色，可用水洗，是家庭、賓館、飯店、機關、企事業單位辦公場所、大廳及走廊等場所的裝飾佳品。
彩砂還可用于臺面、桌面、柱面、雕塑等的飾面材料，不僅樣式獨特、色彩豐富、質感好，而且表面硬度大、耐磨性好，因此倍受人們青睞。彩砂可用于制造地板磚、瓷磚、大理石及裝飾用衛生潔具等，具有光滑、美觀、堅固耐磨等優點。
四、結語
為彌補天然彩砂資源有限、批次色差大等問題，人工制備的彩色石英砂得到越來越多的研究和生產。目前人工彩色石英砂生產成本遠遠高于天然彩砂，因此只用在附加值高的建材產品中。一方面，如何改進染色工藝、降低成本、擴大應用范圍是人工彩色石英砂未來發展的熱點問題。另一方面，如何提高人工彩色石英砂的自身附加值，賦予更多的功能性，也成為未來發展的方向。
目前研究出的特種彩砂包括：抗菌彩砂、抗靜電彩砂、耐磨彩砂、隔熱彩砂、節能彩砂等。人工彩砂隨著生產成本的降低和自身附加值的提高，具有廣闊的市場應用前景。
