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硅灰石——一种多功能的工业矿物 什么是硅灰石?

    硅灰石——一种多功能的工业矿物 什么是硅灰石?硅灰石是一种化学简单的矿物,以纪念英国矿物学家和化学家W.H. Wollaston (1766–1828)。它是由钙(Ca)和硅和氧(SiO2、二氧化硅)等元素组成,化学式为CaSiO3。虽然很多硅灰石是比较纯的CaSiO3,它可以含有一些铁、镁、锰、铝、钾、钠或锶代替矿物质结构中的钙。纯硅
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 硅灰石——一种多功能的工业矿物 什么是硅灰石?


硅灰石是一种化学简单的矿物,以纪念英国矿物学家和化学家W.H. Wollaston (1766–1828)。它是由钙(Ca)和硅和氧(SiO2、二氧化硅)等元素组成,化学式为CaSiO3。虽然很多硅灰石是比较纯的CaSiO3,它可以含有一些铁、镁、锰、铝、钾、钠或锶代替矿物质结构中的钙。纯硅灰石呈亮白色;这杂质的种类和数量可以产生灰色、奶油色、棕色、苍白、绿色或红色。

冯家山矿原石.jpg

硅灰石矿床

硅灰石由两个过程形成。第一种发生在二氧化硅和石灰石由于深埋(区域变质作用)或由于靠近火成岩侵入物(矽卡岩沉积物)而被烘烤至400°–450°C的温度时,形成硅灰石并产生二氧化碳:SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2(二氧化硅+石灰石=硅灰石+二氧化碳);第二种方式硅灰石形式是通过直接结晶来自熔岩(岩浆)碳含量异常高。这些岩浆的来源是有争议,但目前的想法是他们可能起源于下地壳和上地幔。


硅灰石为什么那么有用?

硅灰石有几种物理使其成为有用的工业矿物材料:硅灰石在很大程度上是惰性的,虽然它会溶解在浓缩处理过的盐酸中。它不会与其他成分发生反应,无论是在制造的产品中或在制造过程之后。在粉碎过程中,硅灰石断成板条状或针状(针状纤维)颗粒,因为它独特的解理特性。针状大小是通过硅灰石粉的长度与直径比(长径比)来衡量的。一般的硅灰石颗粒长径比大约为3:1。而湖北冯家山矿出产的硅灰石长径比可以达到20:1的比例。不同长径比的硅灰石粉有不同的应用领域。在硅酸钙板及纤维水泥领域,由于石棉制品加工中极易导致人们产生癌症,这在美国、日本等工业发达国家已形成共识,所以目前他们开始淘汰石棉及其制品的使用,而以针状硅灰石代替短纤维石棉、玻璃纤维,投入工业化生产。湖北冯家山公司所产针状硅灰石,是加工针状硅灰石粉的理想原料,具有广阔的发展前途。在电器绝缘材料中,硅灰石形成不导电的结晶时,具有很高的绝缘率,这种性能在高质量的电力设备中是宝贵的材料。美国公司在制造电气陶瓷中,加入20%硅灰石,使得该类产品价格下降20倍。绝缘材料容许通过极少量的电,因此,硅灰石被用在无线电陶瓷、低介电损耗的绝缘体、日用绝缘器的陶瓷绝缘泡沫、建筑绝缘陶瓷等行业。对超高频专门电子仪器,如高温瓷元件,高压断路器,酚醛粘合电阻器,以及在制造温度500℃以上的无机绝缘材料方面,硅灰石也是特别有用的。在橡胶塑料中,硅灰石粉已被应用在硫化橡胶,铺地沥清乙烯基砖、乙烯基树脂、聚乙醚环氧树脂乙烯塑板、苯酚模型中。生产环氧树脂时采用50%的硅灰石粉做填充色剂,在非凝固状态时具有吸水率低的特点。硅灰石可以改进聚合物质的性质,做弹性物质的填充料,可降低价格。这种合成物质热稳定性高,介电指数和吸水性低、机械性能稳定。硅灰石广泛用于聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯基氯化物、聚乙烯中的填料,与其它填料相比,硅灰石具有优良的电学、机械和热力学的性质。在聚苯乙烯树脂合成物中加入硅灰石,可降低昂贵色料的用量,而不影响质量。在聚丙化合物中应用硅灰石亦可节省费用。由于硅灰石水份含量低,颜色浅具有光泽,形状稳定,有加固性质,所以常常又被应用在尼龙模压材料中。硅灰石粉应用在胶鞋行业的鞋底中,取代部分钛白粉、白炭黑、陶土等,效果佳。用于胶管、胶带中、产品质量提高,而成本明显降低。

由于其特殊的晶体形态结晶结构,良好的绝缘性、高的白度、良好的介电性能和较高的耐热、耐候性能。使硅灰石广泛地应用于陶瓷、化工、冶金、造纸、塑料、涂料等领域。

超细硅灰石粉显微镜图.jpg

硅灰石的加工

由于硅灰石有那么多有用的应用领域,对硅灰石的加工处理也是必须的,硅灰石经过矿山钻孔、爆破和矿石破碎,下一步加工就进入相关生产设备,如赛选、碾磨、分级、表面改性等。根据粉碎后粉体大小(目数)以及长径比大小划分为不同的产品型号。产品的类别是:一般等级-粉末<400目(38微米)细磨->400目 高长径比等级(15-20:1)  化学改性等级硅灰石的产品型号划分。硅灰石首次被应用还是在1970年代后期,哪个时候硅灰石只是作为装饰原石。自1980年代初以来,硅灰石用途之一是作为石棉替代,包括绝缘板和硅酸钙板、纤维水泥、油漆、塑料、屋面瓦,以及摩擦装置,例如制动器和离合器。同时硅灰石被广泛用作在钢的铸造和在油漆和涂料的生产。在涂料方面,硅灰石起到改性增强、硬化、低吸油性化和其他好处。在纹理涂料,如灰泥、硅灰石起到抗裂性,改性增强,和高亮度等作用。硅灰石也用于制造粘合剂、接合剂、耐火材料和橡胶。超细硅灰石粉体用于专业塑料的生产,包括尼龙,酚醛模塑料,聚酯、聚氨酯和聚脲。

光选设备.jpg

气流磨.jpg

硅灰石应用展望

硅灰石在全球来说都是一种稀有矿物,随着年限越长,能被人类使用的储量会越来越少。湖北省除分布中国最早发现和开采的大冶下马林(小箕铺)小型矿外,在大冶—阳新一带还发现冯家山、叶花香、牛头山、丰山洞等一些矿点有待勘查。俄国是最大的石棉生产国,然后依次是加拿大、中国等。1999年估计世界生产了193万吨,其中中国约生产了30万吨。据美国地调局资料,至2000年底,世界石棉证实储量为2亿吨,还有0.45亿吨已查明资源。假若世纪末的消费速度今后一直不变,全世界已探明的石棉矿的静态可采储量还可以开采126年。而光是以湖北冯家山矿山为例,探明储量500万吨以上,保有储量1000万吨,年开采量约为10万吨,可开采约为50-100年。




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