石榴石产品概述

第一节 石榴石产品定义及基本属性

一、产品定义、性能

天然石榴石（garnet）是一组具有等轴晶体结构，物理性质和化学成分相似的复杂铝（钙）硅酸盐矿物的总称；石榴石矿物通常化学式为X3Y2(SiO4)3，这里X可能是二价钙、铁、镁或锰等，而Y代表三价铝、铬、铁或钛（少有）。

石榴石的英文名字是garnet，这一名称源自中古英文garnet，意思是深红色；或由拉丁字“granatus”演变而来，其意是晶粒状；还可能是参照Punica granatum （石榴pomegranate), 因这种矿物与石榴的种子相似，故名石榴石。

石榴石属于岛状硅酸盐矿物；它的物理性质随其成分的差异亦有变化；通常，石榴石外观为结晶颗粒；颜色有多种多样，几乎占了所有颜色，包括红色：紫红、血红、深红、桔红、玫瑰红、褐红、橙红、棕红、暗红、桃红、红褐等；黄色：桔黄色、黄褐等；绿色：黄绿、鲜绿、暗绿等；以及蓝色、紫色、黑色、棕色和无色等，最稀缺的是上世纪90年代发现的蓝色石榴石；上述颜色中，有的在不同条件下，有时发生变化，如有的在白天阳光下呈蓝绿色，在白炽灯光下，则呈紫色，这是因为石榴石含钒的缘故；其它变色的石榴石不一一列举，有时，人们把这些石榴石误认为是紫翠玉。

石榴石有玻璃光泽；岩矿具有角裂隙、介壳状断口，边角锋利，有玻璃或树脂光泽；莫氏硬度6.5—7.5，比重3.1—4.3；熔点为1170-1315摄氏度；常呈完好晶形，如菱形十二面体、四角三八面体、或立方晶形；

 二、产品所属行业界定

国民经济行业分类（GB/T4754-2011）中石榴石归属：

（大类代码）10：非金属矿采选业

（中类代码）109：石棉及其他非金属矿采选指对石棉、石墨、贵重宝石、金刚石、天然磨料及其他矿石的开采

（小类代码）1093：宝石、玉石采选指对贵重宝石、玉石、彩石的开采

宝石、玉石采选包括：宝石类：宝石类矿钻石、红宝石、蓝宝石、金绿宝石、祖母绿、欧珀、碧玺、石榴石、翡翠等；玉石类：独山玉、松石、白玉、青金、青白玉、玛瑙、碧玉、木变石、独山玉、孔雀石等；彩石：寿山石、青田石、鸡血石、绿冻石、巴林石、汉白玉、菊花石、含动物化石的板页岩、其它彩石类矿产品等。

石榴石属于1093宝石、玉石采选行业。

 第二节石榴石产品应用概况

一、产品主要应用领域

石榴石的使用始于铜器时代，主要用作宝石和磨料,所以根据石榴石的用途，又分宝石级石榴石和工业级石榴石，本报告谈及的主要是工业级石榴石。

石榴石化学惰性强，熔点高，韧性好，不溶于水，酸中溶解度只有1%，基本不含自由硅，具有较高的抗物理撞击性能；以及较高的硬度、边角锋利度、磨削力和比重，加上它的再循环使用能力，使它对许多工业部门来说，是一种理想的多用途材料；从作为渗滤介质到喷水切割，喷砂研磨等方面，均可使用石榴石；目前已经用于许多重要工业部门，比如光学工业、电子工业、机械工业、仪器仪表、印刷工业、建筑建材、以及地矿等部门。

 

              石榴石产品应用情况列表

单位：万吨

 作为研磨级石榴石，可细分为两类：喷砂级和喷水级；将开采或收集的石榴石粉碎成小颗粒；大于60目的通常用于喷砂；20目至60目的石榴石用于喷水切割；其它小于20目的，用于抛光玻璃和精研；总之，较大颗粒用于快速加工工序，而较小颗粒石榴石用于精细修整。

1、喷砂级石榴石

喷砂研磨介质：有三大用途：一是喷砂级石榴石可用于喷砂除锈，喷砂去污，磨削钢铁等材料，用于造船及大型成套设备制造的金属表面准备，船舶维护等；

二是制造型砂、烧结磨具和涂覆粘接磨料，如砂纸、砂轮、砂布和研磨膏等，用于木材、皮革等的加工：在树脂磨具中，石榴石可作填充剂替代碳化硅、棕刚玉，由于无游离二氧化硅，石榴石是环保型喷砂材料；石榴石也可制成固结砂轮，用以磨削镜头和镜片；石榴石对木材、玻璃、陶瓷制品、皮革、石料等的加工，均可获得良好的效果。

三是用作抛光材料：高等级的石榴石粉可用于抛光光学仪器、光学玻璃、电视机显像管、LCD荧光屏、示波管、镜头、眼镜、镜片，磨砂玻璃、工艺玻璃杯瓶等，以及硅片、单晶硅、锗、锂等电子和半导体材料；在机械仪表工业中，抛光零部件、工具、刃具和量具等；在印刷工业中，用于研磨金属印版等；它在磨削抛光上述材料时，很少产生擦伤和划痕。

在建筑工业部门，用于打磨高级地面，玻璃、陶瓷制品；加工天然和人造石材；制造高铁水泥；加工 石米彩砂，涂料填充料等；

在矿冶部门，用于研磨金相样品等；

在珠宝首饰行业，石榴石用于加工打磨宝石；

由于目前喷砂研磨市场，大量使用硅砂、矿渣和煤焦等材料，有不可克服的缺点，容易造成硅尘，严重污染环境；而石榴石，基本没有上述缺点，而且供应稳定，材质清洁，适合用作喷砂研磨材料，现在已经部分地代替硅砂，将来有可能完全取而代之；

2、喷水级石榴石

喷水切割：由于其边角锋利，切割速度快，粒度稳定，耐用持久等优点，石榴石使用广泛，成效好；石榴石浆液通过高压喷嘴，依靠高压水流进行水刀切割，用于切割石油(天然气)管道、钢铁、铝型材、玻璃、塑料等；这种切割方法精确无尘而且安全环保，没有火花产生，切割速度快，粒度稳定，耐用持久，广泛用于航空航天和国防大型船舶制造等。

过滤介质：石榴石用作多重水过滤介质，用于工业废水和民用饮水的净化过滤，特别是纯净水的生产；用于游泳池水净化等；

交通运输：利用其抗风化和磨擦时不产生游离SiO2的特性，低品级的石榴石颗粒可用于建造机场跑道 和防滑高速路面；制造高铁水泥，加工成彩石米、彩砂等；

仪表工业：结晶好的石榴石可作仪器仪表的轴承；

石化工业：由于石榴石密度高，可用作石油钻井泥浆加重剂，以及利用其化学惰性和韧性，用作橡胶、塑料和油漆涂料的填料；

现代科技：用于人工合成钇榴石，以生产激光材料；合成镓钆榴石，用来制造计算机存储元件等。

由于石榴石主要用于研磨材料，石榴石的粒度和结构应力，特别是结构应力非常重要，它可决定产生尘埃的数量，回收的能力及其综合成本。

二、产品应用成熟度分析

1、砂喷

将石榴子石加工成砂喷级磨料用于造船厂、采油设备、管道及各种工厂设备的砂喷,以除去油漆、油污、船舶外壳的贝壳类海生生物等,利用的是石榴子石的硬度、角粒性及相应的压力促进。过去使用硅砂较为廉价,但因游离二氧化硅的危害,用量已大大减少,尤其是砂喷除去设备表面的干油漆时,已很少使用硅砂。金属熔炼渣,尤其是炼铜渣,虽然常用于砂喷作业,但因这些渣中也含有砷、锡、铅等危害健康的重金属,也一定程度上促使石榴子石的应用得到推广。砂喷对石榴子石的要求,除下表所列的粒度范围外,还对硬度（一般要大于7.5）和角粒程度有相应规定,其余性能要求则宽松得多。

不同应用部门的石榴石粒度范围石榴子石含量75%-80%即可,有时甚至可用含量更低的产品。由于砂喷作业中石榴子石属一次性应用,从成本角度看实属不利,为此最近设计了一种可返回使用的砂喷石榴子石一海绵石榴子石砂喷介质,可以克服这类缺点、提高使用效益。美国新罕布什尔州丹佛的sponge-jet公司将石榴子石颗粒粘结到氨基甲酸乙醋上,形成夹持于氨基甲酸乙醋海绵体上的不规则石榴子石颗粒,其外形象废铅笔橡皮擦一样,砂喷时石榴子石可有更多的角粒起磨削作用,吸附尘埃少,可连续返回使用5次。该公司生产的三个类似系列产品中,有一类称“黄色和高聚合体”磨料的,其中就是夹枯石榴子石(0.4mm-0.8mm)的,已用于除去油漆、涂料、铁锈、热轧钢锭表面的氧化皮。这种砂喷料有尖锐角形,在钢上砂喷厚度0.075mm,在水泥基上达0.125mm。这种产品对标准砂喷工艺起补充作用,已成功地用于清除设备上的铅基油漆,清洗钢和混凝土,在北海石油平台上也有应用。目前,砂喷是石榴子石应用的主要部门,以美国为例,约占石榴子石消耗量的50%。我国对砂喷石榴子石要求以铁铝榴石端元分子为主,也允许钙质系列的端元分子参与,最低石榴子石含量仅60%即有应用,粒度则有多种,如0.05-0.15、0.1-0.25、0.3-0.4mm。

2、敷涂磨料

石榴子石敷涂磨料是将细磨到不同粒度的石榴子石用粘结剂枯结到纸或布面上制成的,用以磨乎多种基质表面。过去常用作敷涂磨料的还有氧化铝、碳化硅、石英、金刚石砂等。就石榴子石而言,要求的粒度已示于上表。目前敷涂石榴子石的纸质和布质磨料多用于木制品表面打磨。例如美国马萨诸塞州的诺顿公司生产两类敷涂石榴子石的磨料,一类是布面的,共3个系列产品,所用石榴子石粒度0.34-0.06mm。一类是纸面的,共4个系列产品,所用石榴子石粒度0.53-0.03mm。此外,敷涂石榴子石还可以制成砂轮、磨砂器等。用石榴子石制成的磨料磨出的磨件光洁度高、砂痕浅而少、磨面细腻均匀、加工质量好,被认为是优于碳化硅和熔融氧化铝的磨料,且操作条件比氧化铝优越,价格也较低廉,所以应用较多,以美国为例,已占石榴子石消耗量的约10%。

3、抛光和精磨

除了敷涂磨料外,石榴子石更精细的用途是作为砂磨介质用于抛光和精磨电子部件、特种玻璃及其他高技术产品,起高价值磨料粉的作用。例如英国电视荧光屏玻璃就用石榴子石精磨抛光,开始用0.03mm粒度的石榴子石细磨,然后用0.014mm的石榴子石粉抛光,最终玻壳表面平滑光整。我国江苏一玻壳厂使用0-0.010mm占15%以下、0.010-0.016mm占30%以下、0.016-0.020mm占25%以上、0.020-0.025mm占20%以上、0.025-0.032mm占5%以上、大于0.032mm占1%以下这一严格粒级的、且纯度达98%以上的石榴子石产品作显象管磨料,生产的显象管光洁度达到规定要求。陕西山阳石榴子石厂和四川乐山石榴子石厂也供应了荧光屏精磨和抛光应用石榴子石。我国不少眼镜片厂使用纯度90%的石榴子石磨制镜片玻璃,粗磨用60-80目,中细磨用200-220目。

4、水力射流切割

这是利用高压水力射流将石榴子石夹带传输到物体表面,使物体受到切割的一种方法。它是近年发展的一种石榴子石应用项目,发展速度快,例如美国年增长速度15%,欧洲则高达30%。美国此市场每年消耗4000-8000吨石榴子石,占美国每年消耗石榴子石总量的8%-16%。水力射流切割与砂喷有某些相似,砂喷作业中是用高压空气或水流输送石榴子石到被喷洗的物件表面,清洗沽污物层，而水力射流切割是在高压水力射流自身切割力的基础上,加进一定粒度和角棱形的石榴子石,增大切割能力。可以在钢、混凝土、聚合物、橡胶、木材、塑料等硬基质物件上作业。水力射流切割需要硬度很大的石榴子石如铁铝榴石,且要具有锋利带角的边缘,圆形石溜子石不理想,但在切割时经连续破碎可以形成锐利的碎片,可以起二次切割的作用,但效率终究受到影响。实践证明,对于较深度的切割,或切割钢铁,最好使用粒度达1.0mm的粗大石榴子石颗粒,因为细颗粒产生的切割力较小。水力射流切割中石榴子石粒度要求见前表,重要的是需根据最终应用实际确定。水力射流切割时,有两种方式输送石榴子石,一种是石榴子石从邻近的给料喷嘴吸入水射流中,一种是石榴子石先已制成磨料浆液,通过特制的喷嘴导向喷出。后一种方式较好,克服了需要超高压的苛刻要求。据称,水力射流切割成功的关键是喷嘴和压力阀门工程,其他重要参数还有压力、硬度、磨料的角粒度、切割角、通过次数、基质物件的性质等。水力射流切割产生的尘埃很小甚至没有尘埃产生,切割速度高,可多方向切割,无火灾危险,特别适于石油管道和夭然气管道中的切割,因为这些地方需要安全作业,而使用金刚石锯时则有火花危险。

5、水过滤

石榴子石在水过滤领域的应用是继前述四类应用磨料性质之后一项重要的石榴子石应用领域，是石榴子石非磨料应用领域中目前最大的一项。主要是采用粒状石榴子石作过滤器的底层介质,净化饮水或废水。最常用的是铁铝榴石,纯度在98%以上,粒径范围如前表所示,此外,还要求石榴子石结构要一致,遇水不崩解,可溶盐含量低。我国对石榴子石粒径要求较宽,只定出0.25-5.0mm，近年来已较多地使用多介质过滤器,其中细过滤介质为石榴子石,这里用石榴子石作致密层,与大颗粒物料的疏松层配合使用,注重的是密度大、呈粒状和粒度细的特征,不是使用石榴子石的磨蚀能力,当然,石榴子石硬度大无疑会延长其使用寿命。在多介质过滤器中,三介质过滤较为有利和实用,效益也好。例如在压力下工作的、滤床深度达1m的三介质过滤器,各层的分配如其中对石榴子石的要求是洁净程度和粒度,粒度要求又与过滤的水有关,一般0.2-0.6mm最好,据称这种过滤床可使用25年而无需更换。

6、钟表及精密仪器轴承

要求石榴子石质优、粒大、结晶完好、硬度大、耐热性强。

7、宝石

石榴子石是中低档宝石的重要原料之一。要求石榴子石色泽艳丽,纯净透明,结晶完好、粗大（粒度大于5mm），颜色以红色、玫瑰色、紫色、翡翠绿最好,例如我国江苏东海生产的镁铝榴石已加工成红宝石,另一些地区的某些铁铝榴石则为深紫色透明宝石!新疆阿勒泰开采0.5-80mm的石榴子石,其中部分已用于宝石生产。在国外,巴西的米纳斯杰拉斯、印度的拉贾斯坦邦也生产宝石级石榴子石!捷克则在北波希米亚一带的石榴子石一云母岩及混合岩中生产镁铝榴石(红榴石)宝石。

石榴石纯结晶被用作宝石。石榴子石折光率高，光泽强，颜色美丽，价格便宜，是许多人喜爱的宝石品种。传说，旅行者佩戴石榴子石宝石旅游，可以确保旅途平安。数千年来，各色石榴子石被认为是坚贞信仰和纯朴的象征，被誉为一月生辰石，象征忠实和友爱。它也是代表纽约的宝石。

8、建筑、交通领域

石榴子石的颜色艳、角粒度好、硬度大、耐磨等特性,使之在加工成彩色石米、彩砂或涂料填充料用于建筑物表面的装饰,使色彩新鲜均匀,耐冲刷,不易风化退色,在一些高档建筑中已有应用。而石榴子石耐磨性强、韧性好、不产生游离二氧化硅,使得在高速公路和机场跑道的建设中代替硅砂有很大的潜力和吸引力。

9、其他应用

包括作重介质和石油钻井泥浆加重剂。作塑料和油漆功能填料,但这些应用皆因石榴子石价格较高而未能推广。石榴子石也是人工合成忆榴石和稼礼榴石的原料,但用量不大。

第三节 石榴石产品发展历程

石榴子石的生产发展大致可从十九世纪中叶分为前后二个阶段。前一阶段，人们主要是把它作为半珍贵宝石来从事生产，其生产规模和产量均较有限，发展也十分缓慢，自十八世纪中叶到十九世纪中叶随着世界产业革命的发生，经济竞争加剧和科学技术的发展，人们开始利用石榴子石的硬度制作磨料，这一新的用途出现使石榴子石的生产由零星、分散、小量变为集中、批量生产而进入一个新的阶段。从此，自1878年开始到1923年，由年产不足百吨到年产11300吨的高峰。在此期间世界上出现不少国家相继开采，从1923年的报导数字年主要是美国和日本，它们分别占世界总产量的72%和26%。此后生产处于低潮，产量逐年下降。到1932年降至谷底年产仅有2500吨，大约每年以17%的速率下降，分析这种现象出现的原因主要是由于人们在工农业生产中所采用的高强度、高硬度的材料越来越多，作为中等硬度的石榴子石磨料在加工这些高硬度材料时难以满足要求，迫使人们努力探求新的高质量、高硬度的研磨材料。这种探求研究工作自1891年由爱德华•恰德逊首次在电炉中合成碳化硅后，到本世纪二十年代经过不断的改进，人工合成磨料已进入实际应用阶段。新的更高硬度的熔解铝合成磨料也有批量生产，多数工业发达国家则以人工合成磨料取代天然磨料。从而导致石榴子石的生产迅速萎缩。与此同时人们在石榴子石的生产中一面努力提高质量，一面改进加工工艺，再加上在某些应用领域内使用石榴子石的磨料并不比用人工合成磨料差，而成本相对要低，因此在石榴子石产量降到最低点后又逐渐复苏。在整个三十年代和二次世界大战期间其回升的速度大致以7.5~8.5%的速率进行增长，到五十年代初恢复到1923年的最高水平后，其后增长速度变缓，大致波动在3~4.5%之间，最高年增长率达6.4%。进入八十年代后年增长率上升到5%，年产量达30000~35000吨，随着这种生产的变化，世界生产石榴子石的地区和国家也有变迁，在石榴子石主要用于半珍贵宝石原料时期它的生产重点在欧洲，主要国家是捷克、其次有苏联的乌拉尔地区和意大利、以及亚洲的印度、缅甸等国。从石榴子石开始用于制作磨料时，主要生产地区则转移到北美，主要生产国为美国。自此以后美国在石榴子石的生产和消费中一直占据着世界首位。世界其余地区在不同时期先后曾有30多个国家进行开采，其中有些国家如西班牙、日本、阿根廷、斯里兰卡、南非、意大利、津巴布韦、马达加斯加等国家分别在不同时期曾对石榴子石的产量具有一定的影响。进入八十年代，世界主要生产国除美国外，还有印度、苏联、澳大利亚等，其次有南非、马达加斯加、斯里兰卡等。

需补充的是自七十年代以来，由于人们为了能充分的利用矿产资源这一目的，在利用中不断努力探求其新的用途，使石榴子石成为水的过滤介质，扩大了应用范围，从而促进世界不少国家开始重视对它的开发利用，近年的报导中，英国、意大利、南非、马拉维、坦桑利亚、缅甸、巴西、阿根廷、挪威等许多国家，以砂吹级和水过滤介质为目的进行扩大生产。总之不管从生产国和生产量来年，石榴子石的生产发展总的增长趋势是可以肯定的，并预计短期内这种增长趋势不会消失。世界各地区生产比例将会有较大的变化。

由于我国工业发展较为落后，利用石榴子石加工成磨料的时间较晚，最初从事生产的厂家是四川乐山金刚磁盘厂。该厂1943年利用汶川县龙溪沟所产的铁铝榴石精矿，在乐山以手工操作生产磨料级产品，当时年产量仅数吨，到解放前夕产量也仅数十吨。

解放后，在国民经济恢复时期，该厂经过技术改造，使产量上升到百吨以上。由于石榴子石磨料硬度不大，产品难以满足各项建设的需求，为此国家对磨料工业的发展，将重点放在人工合成上。自此我国的磨料工业开始沿着人造磨料道路进行发展，几十年来，国内除建立了一批规模不等的生产厂外，先后还建立了专门的研究所和七个主要骨干工厂，各种用途的磨料制品均为人工合成材料，石榴子石产品则仅限于在光学镜头研磨的狭窄领域内。

到目前为止国内生产石榴子石产品的主要厂家有四川乐山金刚砂厂和河北邢台矿砂总厂、湖北兴山、江苏东海等厂家。年产石榴子石精矿近两万吨。每年约有4000—5000吨用来出口创汇，主要销往日本、美国、德国、香港和新加坡。

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