针状硅灰石

硅灰石为钙的偏硅酸盐矿物，是一种新兴的工业矿物原料。目前主要用于陶瓷工业，其次用作冶金保护渣和涂料，也可用作电焊条药皮、石棉代用品、磨料粘结剂、玻璃配料以及生产橡胶、塑料、绝缘材料、纸张的填料。有的硅灰石岩可作建筑饰面材料或生产白水泥的配料。

                                    湖北省大冶市曹家晚硅灰石粉厂

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一、 矿石矿物原料特点

　　硅灰石的化学分子式为 CaSiO 3 ，结构式为 Ca 3 ［ Si 3 O 9 ］，理论化学成分： CaO 48 . 25% 、 SiO 2 51 . 75% 。自然界中纯硅灰石罕见，在其形成过程中， Ca 有时被 Fe 、 Mn 、 Ti 、 Sr 等离子部分置换而呈类质同象体，并混有少量的 Al 和微量 K 、 Na 。
　　由于硅灰石形成时的温度、压力等条件不同，可能出现 3 种同质多象体：①三斜链状结构的 Tc 型硅灰石，通称低温三斜硅灰石 ( α - CaSiO 3 ) ；②单斜链状结构的 ZM 型副硅灰石，通称副硅灰石 ( α′ - CaSiO 3 ) ；③三斜三元环状结构的假硅灰石，通称假硅灰石 ( β - CaSiO 3 ) 。目前被广泛用作工业矿物原料的主要是低温三斜硅灰石。
　　低温三斜硅灰石为三斜晶系，大多呈针状、纤维状或片状，常簇集呈扇形、辐射形集合体，有的呈细小的颗粒状。白色微带灰、红色，玻璃光泽 , 解理面呈珍珠光泽，解理平行 {001} 中等，两组解理面交角为 74 °。密度 2 . 78 ～ 2 . 91 g/cm 3 ，硬度 4 . 5 ～ 5 ，熔点 1540 ℃。热膨胀系数低，在 25 ～ 800 ℃时热膨胀系数为 6 . 5 × 10- 6 mm/(mm ·℃ ) ；在 1125 ℃左右时可转化为假硅灰石，这时热膨胀系数增加，并由于释放出 Fe 、 Sr 等杂质，因此颜色由白色变为奶油色、红色或褐色。
　　硅灰石矿石自然类型通常有夕卡岩型矿石和硅灰石 -石英-方解石型矿石两类。前者主要产于夕卡岩型矿床中，矿物组分复杂，常伴生石英、方解石及透辉石、石榴子石等夕卡岩矿物；后者主要产于接触变质和区域变质型矿床，矿物组分简单，又可分为：硅灰石-石英、硅灰石-方解石和硅灰石-石英-方解石型 3 个亚类。硅灰石矿石的结构构造通常也有两种：致密块状矿石具细粒花岗变晶或纤维变晶结构，致密块状构造，硅灰石呈细小粒状、柱状或纤维状集合体，个别极细粒致密者呈玉状；粗晶硅灰石矿石具纤维变晶结构，块状、似角砾状、巨斑状或条带状构造，硅灰石晶体粗大，呈板柱状，束状或放射状 ( 菊花状 ) 。

二、 用途与技术经济指标

　　根据全国矿产储量委员会《硅灰石矿地质勘探规范 ( 试行 ) 》，工业应用对硅灰石矿石的质量要求如下：

( 一 ) 建筑陶瓷用硅灰石

　　由于硅灰石具有热膨胀系数低，在低温条件下易与氧化硅、氧化铝共熔、不含化学结合水或碳酸盐以及具有针状晶形等特性，因此，用硅灰石作建筑陶瓷 ( 主要是釉面砖 ) 原料，能实现低温快速烧成，降低产品的收缩率和减少出现翘曲、开裂现象，并能提高坯体强度和压型质量，改善产品机械性能，从而达到节省能耗，提高产率，降低成本的目的。
建筑陶瓷用硅灰石一般要求硅灰石含量大于或等于 60%( 如含透辉石也视为有用组分，其含量可折抵硅灰石含量 ) ，石英含量小于或等于 20% ，方解石含量小于或等于 13% ， Fe 2 O 3 小于或等于 1 . 7% 。也可按矿石化学成分要求 SiO 2 38% ～ 58% ， CaO 36% ～ 55% ， CO 2 小于或等于 6% ， Fe 2 O 3 小于或等于 1 . 7% 。

( 二 ) 冶金保护渣用硅灰石

　　主要用作生产颗粒板坯连铸、模铸保护渣和无碳保护渣的基料。由于硅灰石成分稳定，因此使铸坯无缺陷，表面光洁；由于硅灰石中 CaO 和 SiO 2 以化合状态存在，其配比恰处于连铸所需要的碱度范围，可减少配渣的基料种类，简化工艺，使保护渣具有良好的热稳定性；由于硅灰石含 Al 2 O 3 很低，因此可增强保护渣吸收 Al 2 O 3 的性能。
冶金保护渣对硅灰石精矿的质量要求：硅灰石大于或等于 50% ，方解石小于或等于 50% ，石英小于或等于 5% ， S 小于或等于 0 . 01% ， P 小于或等于 0 . 01% 。

( 三 ) 油漆涂料用硅灰石

　　由于硅灰石具有亮白色、针状颗粒形态及低的吸油性等特性，可生产优质白色和柔和浅色调的涂料，提高涂料的韧性和耐用性，保持涂料表面平整与良好的光泽以及抗洗刷和抗风化性能，还可减少涂料的吸油量并保持碱性，具有抗腐蚀能力。
油漆涂料对硅灰石矿的一般要求： SiO 2 大于或等于 49% ， CaO 大于或等于 45% ， Fe 2 O 3 小于或等于 0 . 2% ， 325 目矿粉吸油量 20 ～ 25g/100g ，水溶物小于或等于 0 . 5% ，水萃取 pH 值为 7 ～ 9 ， 325 目矿粉白度大于或等于 90% 。

( 四 ) 电焊条用硅灰石

　　用硅灰石作电焊条药皮配料，能起助熔和造渣添加剂作用，抑制焊接时放电，减少飞溅，提高熔渣流动性，使焊缝成型整洁美观，增强机械强度。
电焊条对硅灰石精矿质量的一般要求： SiO 2 45% ～ 55% ， CaO 35% ～ 45% ， MgO 小于或等于 0 . 8% ， S 小于或等于 0 . 03% ， P 小于 0 . 03% 。
根据中华人民共和国建材行业标准《硅灰石》 (JC/T535 - 94) ，xx硅灰石产品按粒径分为块粒、普通粉、细粉、超细粉、针状粉 5 类，各类产品按质量分为优等品、一级品、二级品、合格品。划分标准见表如下。


硅灰石产品分类
类别 块粒 普通粉 细粉 超细粉 针状粉
粒径（μm） 1000—250000 38—1000
（不包括1000） 10—38
（不包括38） 0—10
（不包括10） 长径比10：1


硅灰石产品技术指标
检测项目 技术要求
优等品 一级品 二级品 合格品
硅灰石含量（%）≥ 90 80 70 60
二氧化硅含量（%） 48—52 46—54 44—56 41—59
氧化钙含量（%） 45—48 42—50 40—50 38—50
三氧化二铁含量（%）≤ 0.2 0.4 0.8 1.5
烧失量（%）≤ 2.5 4.0 6.0 9.0
白度（%）≥ 90 85 75 —
吸油量（%） 18—30(粒径小于5μm，18—35μm)
水萃液碱度≤ 46
105℃挥发物含量（%）≤ 0.5
细度 块粒，普通粉筛余量（%）≤ 0.5
细粉，超细粉大于粒径含量（%）≤ 10.0

注：水萃液碱度为46时，用精密试纸测试PH值约为9。

三、 矿 业 简 史


　　硅灰石在工业中应用的历史较短。最早开发硅灰石的是美国， 1933 年开采加利福尼亚州克恩县柯德赛丁 (Code Siding) 硅灰石矿。其后，芬兰、墨西哥、前苏联、印度、土耳其等国也相继开发硅灰石矿，用作矿棉、涂料及电焊条药皮等。从 20 世纪 60 年代始，作为一种快速烧成的理想材料，硅灰石在釉面砖和其他陶瓷制品的生产中得到广泛应用，世界硅灰石生产随即而迅速发展，年产量由 50 年代的 4 万 t 左右，至 90 年代已增长 10 倍。
　　 中国开发硅灰石矿始于 1975 年，湖北非金属矿地质公司在大冶县下马林首次发现具有工业价值的小箕铺硅灰石矿床，探明储量 9 . 5 万 t ，填补了中国硅灰石矿产资源储量的空白。 1978 年中国建筑材料研究院、中国科学院地质研究所、唐山建筑陶瓷厂用小箕铺矿石采用低温快速烧成研制釉面砖取得了成功。于是，建筑材料工业部与中国科学院联合投资，在唐山兴建一条年产 15 万 m 2 硅灰石釉面砖生产线，引起了有关部门的重视，推动了硅灰石矿的勘查与开采。
　　 1978 年吉林省地质局发现吉林磐石县长崴子特大型矿后，又陆续发现数处大、中型甚至特大型矿，在其他省、自治区地质矿产部门也开展普查工作，在不少地方相继发现硅灰石矿床，探明储量跃居世界前列。 1979 年湖北省大冶县硅灰石矿建成，中国开始生产硅灰石产品。 1980 年吉林省磐石县硅灰石矿投产，梨树县大顶山矿也由停采有色金属矿转为开采硅灰石。其后，吉林省磐石县南错草矿、梨树县铁汞山矿、龙井市细鳞河矿、辽宁省法库县城子山矿、浙江省长兴县李家巷矿等相继投产，还有遍布各地的众多小矿纷纷开采。十几年来，中国硅灰石矿的开发已初具规模，产量迅速增长，1981 年全国产量仅 0.47 万 t ，1992 年为 11.08 万 t ，1995 年达 20 万 t ，为 1981 年产量的 42 倍，已成为世界上硅灰石重要的开采国家。