基本性質
矽灰石是一種三斜晶系,細闆狀晶體,集合體呈放射狀或纖維狀。顔色呈白色,有時帶淺灰、淺紅色調。玻璃光澤,解理面呈珍珠光澤。硬度4.5~5.5,密度2.75~3.10g/cm3。完全溶于濃鹽酸。一般情況下耐酸、耐堿、耐化學腐蝕。吸濕性小于4%。吸油性低、電導率低、絕緣性較好。
矽灰石是一種典型的變質礦物,主要産于酸性岩與石灰岩的接觸帶,與符山石、石榴石共生。還見于深變質的鈣質結晶片岩、火山噴出物及某些堿性岩中。矽灰石是一種無機針狀礦物,其特點無毒、耐化學腐蝕、熱穩定性及尺寸穩定良好,有玻璃和珍珠光澤,低吸水率和吸油值,力學性能及電性能優良以及具有一定補強作用。矽灰石産品,纖維長而易分離,含鐵量低,白度高。該産品主要用作高聚物基複合材料的增強填料。如塑料、橡膠、陶瓷、塗料、建材等行業。
CAS号
1344-95-2;10101-39-0;13983-17-0
EINECS号
215-710-8;233-250-6;237-772-5
主要特點
矽灰石屬于一種鍊狀偏矽酸鹽,又是一種呈纖維狀、針狀。由于其特殊的晶體形态結晶結構決定了其性質,矽灰石具有良好的絕緣性,同時具有很高的白度、良好的介電性能和較高的耐熱、耐候性能。因矽灰石廣泛地應用于陶瓷、化工、冶金、造紙、塑料、塗料 等領域。
矽灰石的化學分子式為CaSiO3,結構式為Ca3[Si3O9],理論化學成分:CaO 48.25%、SiO 51.75%。自然界中純矽灰石罕見,在其形成過程中,Ca有時被Fe、Mn、Ti、Sr等離子部分置換而呈類質同象體。
并混有少量的Al和微量K、Na。由于矽灰石形成時的溫度、壓力等條件不同,可能出現3種同質多象體:
①三斜鍊狀結構的Tc型矽灰石,通稱低溫三斜矽灰石(α-CaSiO);
②單斜鍊狀結構的ZM型副矽灰石,通稱副矽灰石(α′- CaSiO);
③三斜三元環狀結構的假矽灰石,通稱假矽灰石(β-CaSiO)。
廣泛用作工業礦物原料的主要是低溫三斜矽灰石。
低溫三斜矽灰石為三斜晶系,大多呈針狀、纖維狀或片狀,常簇集呈扇形、輻射形集合體,有的呈細小的顆粒狀。白色微帶灰、紅色,玻璃光澤,解理面呈珍珠光澤,解理平行 中等,兩組解理面交角為74°。密度2.78~2.91 g/cm3,硬度4.5~5,熔點1540℃。熱膨脹系數低,在25~800℃時熱膨脹系數為6.5×10-6 mm/(mm·℃);在1125℃左右時可轉化為假矽灰石,這時熱膨脹系數增加,并由于釋放出Fe、Sr等雜質,因此顔色由白色變為奶油色、紅色或褐色。
矽灰石礦石自然類型通常有夕卡岩型礦石和矽灰石-石英-方解石型礦石兩類。前者主要産于夕卡岩型礦床中,礦物組分複雜,常伴生石英、方解石及透輝石、石榴子石等夕卡岩礦物;後者主要産于接觸變質和區域變質型礦床,礦物組分簡單,又可分為:矽灰石-石英、矽灰石-方解石和矽灰石-石英-方解石型3個亞類。
矽灰石礦石的結構構造通常也有兩種:緻密塊狀礦石具細粒花崗變晶或纖維變晶結構,緻密塊狀構造,矽灰石呈細小粒狀、柱狀或纖維狀集合體,個别極細粒緻密者呈玉狀;粗晶矽灰石礦石具纖維變晶結構,塊狀、似角礫狀、巨斑狀或條帶狀構造,矽灰石晶體粗大,呈闆柱狀,束狀或放射狀(菊花狀)。
工藝性能
矽灰石還具有獨特的工藝性能,如使用矽灰石原料後,可以有效的減少坯體收縮率。而且能夠降低坯體的吸濕膨脹,防止陶瓷坯體的後期幹裂等。含矽灰石的坯體還具有較高的機械強度和較低的介電損失。引入矽灰石的坯體,在燒結過程中成熟速度加快,可以在十幾分鐘至幾十分鐘内使坯體成熟,大大降低了單位制品的熱損耗,其燒成周期也從過去的90小時,下降為僅僅50分鐘。矽灰石最先引入到釉面磚坯料配方中,使面磚的燒成熱能損耗由3600大卡/公斤,下降為1850大卡/公斤制品。除釉面磚外,矽灰石原料來已擴大了其應用範圍。其節能降耗的效果,已為陶瓷業界人士有目共睹。
應用領域
造紙級矽灰石粉經過特殊加工工藝後仍能保持其獨特的針狀結構,使添加了矽灰灰石粉的白闆紙,提高其白度,不透明度(面層遮蓋度),平整度,平滑度,适應性, 減少定量橫差和紙闆濕變形,提高印刷适應性,并且可大幅度降低其他各種原材料的使 用量,從總體上降低紙制品成本。
陶瓷級矽灰石粉在陶瓷原料中加入适量的矽灰石粉,可以大幅度降低燒成溫度,縮短燒成時間,實現低溫快速一次燒成。大量節約燃料,明顯降低産品成本;同時提高産品的機械性能、減少産品的裂縫和翹曲、增加釉面光澤、提高胚體強度,進而提高産品的合格率。
矽灰石可制刹車片、陶瓷釉面等,廣泛應用于汽車、冶金、陶瓷、塑料等工業生産中。其中,目前世界上矽灰石消費前景最看好的領域是工程塑料行業,矽灰石作為塑料橡膠工業的填料和補強劑,在工業制成品中越來越多地替代金屬部件,市場對其需求增長迅速。
由于加工方法的改進,超細粒物質的獲得,潛在的新用途正陸續被發現,使矽灰石的用途日漸廣泛。據國外專家預測,未來矽灰石應用領域所占比例如下:
陶瓷工業及有關部門6%;
塗料、塑料和裝飾材料22%;
石棉替代品5%;
El常生活絕緣物品用絕緣陶瓷泡沫12%;
建築用絕緣陶瓷泡沫6%;
耐火絕緣層陶瓷泡沫2%;
鑄造生産用陶瓷泡沫4%;
礦渣混凝土砌塊面層塗料3%;
造紙生産40%。
塗料
具有一種良好的補強性,既可以提高塗料的韌性和耐用性,又可以保持塗料表面平整與及良好的光澤度。而且提高了抗洗刷和抗風化性能,還可減少塗料與油墨的吸油量并保持堿性,具有抗腐蝕能力。可以得到高質量顔色明亮的塗料,并具有良好的均塗性和抗老化性能。使塗料可以得到更好的機械強度、增加耐久性、增強粘附力和抗腐蝕性能。還有良好的複蓋率、附着力。
塑料橡膠
具有獨特的針狀纖維,具有良好的絕緣性、耐磨性,以及較高的折光率。是塑料、橡膠制品較好的填充材料。特點與性能:矽灰石粉可以提高沖擊強度、增強流動性以及改善抗拉強度、沖擊強度、線性拉伸及模收縮率。
摩擦
是一種特殊的針狀結構,同時矽灰石獨有的物理機械效能。大大增強了成品的耐摩擦性、耐熱性。當産品填充到裡面,可以提高摩擦靈活性與及穩定性等特點。
造紙
經過特殊加工工藝後仍能保持其獨特的針狀結構,使添加了矽灰灰石粉的白闆紙,提高其白度,不透明度(面層遮蓋度),平整度,平滑度,适應性,減少定量橫差和紙闆濕變形,提高印刷适應性,并且可大幅度降低其他各種原材料的使用量,從總體上降低紙制品成本。
建材
是一種無毒、無味、無放射性等優點逐漸取代了對人體健康有害的石棉,成為新世紀環保建材的新原料。經過特殊加工工藝後仍能保持其獨特的針狀結構,使添加了矽灰石針狀粉的矽鈣闆、防火闆等材料的抗沖擊性、抗彎折強度、耐磨強度均大大提高。在建築材料領域,矽灰石将被更加廣泛的應用。
陶瓷
在陶瓷原料中加入适量的矽灰石粉,提高産品的合格率。
産量分布
世界矽灰石資源較豐富,資源總量估計在8億t以上,但分布很不均衡。目前僅有20多個國家發現矽灰石礦床,主要分布于亞洲的中國、印度、哈薩克斯坦、烏茲别克斯坦、塔吉克斯坦和美洲的墨西哥、美國等國,探明儲量3億t;此外,芬蘭、土耳其、納米比亞、南非、蘇丹、加拿大和南斯拉夫等國也發現了矽灰石礦床。
中國和印度是世界上矽灰石資源最豐富的國家。雖然中國矽灰石地質找礦工作起步較晚,但自1975年開始,20年來已取得很大進展,在17個省、自治區發現礦産地百餘處,估計資源量近2億t。截至1996年底止,在14個省、自治區中已有探明儲量的礦産地31處,保有礦石儲量13265萬t,位居世界前列。
保有儲量最多的是吉林省,占全國總保有礦石儲量的40%;其餘依次為雲南、江西、青海、遼甯4省,共占全國保有礦石儲量的49%;浙江、湖南、安徽、内蒙古、廣東5省區共占全國保有儲量的10%;江蘇、廣西、湖北、黑龍江4省區共占全國保有礦石儲量的1%。
在全國保有儲量的31個礦産地中,保有礦石儲量據其品位換算成礦物儲量後,按全國礦産儲量委員會《矽灰石地質勘探規範》(試行)中矽灰石礦床規模劃分标準,屬于特大型礦的6處,大型礦12處,中型礦5處,小型礦8處。
其中:已開采利用的礦産地18處,包括特大型礦4處、大型礦8處、中型礦2處、小型礦4處,共計占用保有礦石儲量7661萬t,占全國保有礦石儲量的58%;可供近期利用的礦産地10處,包括特大型礦2處、大型礦3處、中型礦1處、小型礦4處,共計保有礦石儲量4816萬t,占全國保有礦石儲量的36%;由于與其他礦産共生而難以采選及開采條件差等原因,近期難以利用的礦産地有3處,包括大型礦1處、中型礦2處,共計保有礦石儲量788萬t,占全國保有礦石儲量的6%。
生産儲運
矽灰石的生産方法主要有以下幾種:
第一,由氧化鈣和二氧化矽在高溫下煅燒熔融而成;
第二,在氫氧化鈣與矽膠按摩爾比為1∶1的混合物150~200mg中,加入5mL的電導水,用銀内襯高壓釜,在200℃下處理10日或在180℃下處理14日後,過濾,用丙酮洗滌,風幹,就可制得石矽鈣石(CaO·SiO2·16H2O)。如果将此化合物加熱至800℃以上,即脫水而轉化為β-CaSiO3;
第三,利用α-CaSiO3的冷卻進行制備,在純固态下α-CaSiO3向β-CaSiO3轉移是困難的,即使相當慢的冷卻,也很難使轉化進行。因此,往α-CaSiO3中加入其重量幾分之一左右的偏釩酸鈣Ca(VO3)2為助熔劑,在800~900℃時加熱數日,用水和稀鹽酸萃取除去釩酸鹽,即可制得β-CaSiO3;
第四,将純石英與碳酸鈣按CaO/SiO2為1∶1(摩爾比)混合,放入鉑坩埚中于1500℃以上充分熔融。矽灰石的儲藏條件主要是:要确保儲藏器密封,工作間有良好的通風或排氣裝置,并置于陰涼、幹燥處。
發展前景
我國的矽灰石産量和出口量均居世界第一位。我國矽灰石行業年産量55萬t,産品出口到日本、韓國及東南亞等亞洲國家和德國、西班牙等歐洲國家,出口量達20萬t,占國際市場的70%。我國矽灰石産品出口的主要市場在歐洲,出口量約l5萬t/a。出口日本及韓國的産品主要是超細針狀粉。
矽灰石行業實現了整體盈利,但利潤仍很低,特别是人民币升值及出口退稅率由8%降為0,壓縮了企業的利潤空間,加之采礦準人項目增多,費用增大,采礦與加工成本提高,這些給企業盈利帶來了不小的壓力。因此,專家預測,2007年矽灰石産品的價格将有小幅提升,出口日本和韓國的産品價格漲幅約為5%~8%。
2010年矽灰石需求量為50萬t。由于國内外矽灰石市場需求增長勢頭不減,價格逐步提高,一些國際大公司高度關注我國的市場和資源優勢,試圖以合資、并購等方式搶占我國的優質矽灰石資源,進而壟斷市場。國内企業及資源所屬地區的政策部門,要審慎對待外資的介入,合理、妥善地利用資源,确保行業和企業的健康發展。