[科普中國]-硅灰石

命名

J. Léman在1818年命名，用以紀(jì)念William Hyde Wollaston[August 6, 1766 East Dereham, Norfolk, England, United Kingdom - December 22, 1828 London, England, United Kingdom, 英國化學(xué)家和礦物學(xué)家，1804年發(fā)現(xiàn)鈀，1809年發(fā)現(xiàn)銠，1809年發(fā)明 反射測角計(jì),1812年發(fā)明相機(jī)透鏡]。1

基本性質(zhì)硅灰石是一種三斜晶系，細(xì)板狀晶體，集合體呈放射狀或纖維狀。顏色呈白色，有時(shí)帶淺灰、淺紅色調(diào)。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(xué)腐蝕。吸濕性小于4%。吸油性低、電導(dǎo)率低、絕緣性較好。硅灰石是一種典型的變質(zhì)礦物,主要產(chǎn)于酸性巖與石灰?guī)r的接觸帶,與符山石、石榴石共生。還見于深變質(zhì)的鈣質(zhì)結(jié)晶片巖、火山噴出物及某些堿性巖中。硅灰石是一種無機(jī)針狀礦物，其特點(diǎn)無毒、耐化學(xué)腐蝕、熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定良好，有玻璃和珍珠光澤，低吸水率和吸油值，力學(xué)性能及電性能優(yōu)良以及具有一定補(bǔ)強(qiáng)作用。硅灰石產(chǎn)品，纖維長而易分離，含鐵量低，白度高。該產(chǎn)品主要用作高聚物基復(fù)合材料的增強(qiáng)填料。如塑料、橡膠、陶瓷、涂料、建材等行業(yè)。

英文名

wollastonite

CAS號

1344-95-2；10101-39-0；13983-17-0

EINECS號

215-710-8;233-250-6;237-772-5

組成

CaSiO3或CaOSiO2，含SiO251.75%、CaO48.25%。常含鐵、錳、鎂。

主要特點(diǎn)硅灰石屬于一種鏈狀偏硅酸鹽，又是一種呈纖維狀、針狀硅酸鹽。由于其特殊的晶體形態(tài)結(jié)晶結(jié)構(gòu)決定了其性質(zhì)，硅灰石具有良好的絕緣性，同時(shí)具有很高的白度、良好的介電性能和較高的耐熱、耐候性能。因硅灰石廣泛地應(yīng)用于陶瓷、化工、冶金、造紙、塑料、涂料 等領(lǐng)域。

硅灰石的化學(xué)分子式為CaSiO3，2結(jié)構(gòu)式為Ca3[Si3O9]，理論化學(xué)成分：CaO 48.25%、SiO2 51.75%，玻璃質(zhì)感或珍珠質(zhì)感的透明脆性晶體。自然界中純硅灰石罕見，在其形成過程中，Ca有時(shí)被Fe、Mn、Ti、Sr等離子部分置換而呈類質(zhì)同象體，3并混有少量的Al和微量K、Na，因此具有白色，灰白色，淺綠色，粉紅色，棕色，紅色，黃色等多種顏色，夾雜白色條紋。由于硅灰石形成時(shí)的溫度、壓力等條件不同，可能出現(xiàn)3種同質(zhì)多象體：

①三斜鏈狀結(jié)構(gòu)的Tc型硅灰石，通稱低溫三斜硅灰石(α-CaSiO3)；

②單斜鏈狀結(jié)構(gòu)的ZM型副硅灰石，通稱副硅灰石(α′- CaSiO3)；

③三斜三元環(huán)狀結(jié)構(gòu)的假硅灰石，通稱假硅灰石(β-CaSiO3)。4

廣泛用作工業(yè)礦物原料的主要是低溫三斜硅灰石。

低溫三斜硅灰石為三斜晶系，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(xì)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(diǎn)1540℃。熱膨脹系數(shù)低，在25～800℃時(shí)熱膨脹系數(shù)為6.5×10-6 mm/(mm·℃)，PH值9.9，具有優(yōu)良的耐熱，耐腐蝕，耐候性。；在1125℃左右時(shí)可轉(zhuǎn)化為假硅灰石，這時(shí)熱膨脹系數(shù)增加，并由于釋放出Fe、Sr等雜質(zhì)，因此顏色由白色變?yōu)槟逃蜕?、紅色或褐色。 硅灰石礦石自然類型通常有夕卡巖型礦石和硅灰石-石英-方解石型礦石兩類。前者主要產(chǎn)于夕卡巖型礦床中，礦物組分復(fù)雜，常伴生石英、方解石及透輝石、石榴子石等夕卡巖礦物；后者主要產(chǎn)于接觸變質(zhì)和區(qū)域變質(zhì)型礦床，礦物組分簡單，又可分為：硅灰石-石英、硅灰石-方解石和硅灰石-石英-方解石型3個(gè)亞類。硅灰石礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造通常也有兩種：致密塊狀礦石具細(xì)粒花崗變晶或纖維變晶結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，硅灰石呈細(xì)小粒狀、柱狀或纖維狀集合體，個(gè)別極細(xì)粒致密者呈玉狀；粗晶硅灰石礦石具纖維變晶結(jié)構(gòu)，塊狀、似角礫狀、巨斑狀或條帶狀構(gòu)造，硅灰石晶體粗大，呈板柱狀，束狀或放射狀(菊花狀)。5

工藝性能硅灰石還具有獨(dú)特的工藝性能，如使用硅灰石原料后，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，防止陶瓷坯體的后期干裂等。含硅灰石的坯體還具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較低的介電損失。引入硅灰石的坯體，在燒結(jié)過程中成熟速度加快，可以在十幾分鐘至幾十分鐘內(nèi)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(shí)，下降為僅僅50分鐘。硅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，硅灰石原料來已擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。其節(jié)能降耗的效果，已為陶瓷業(yè)界人士有目共睹。

加工硅灰石的提純?nèi)蝿?wù)是選出有害鐵礦物，降低方解石，透灰石，石榴石，石英等限量礦物含量。提純方法有手選，篩選，磁電選，浮選和聯(lián)合選。

硅灰石作為工業(yè)關(guān)注的新興原料來自于它特殊的針狀結(jié)構(gòu)。除與其他礦物粉體一樣應(yīng)該具有細(xì)?；捅砻婊钚曰?，還應(yīng)該盡可能地保持長徑比。天然硅灰石產(chǎn)品按照粒徑可以分為塊粒、普通粉、細(xì)粉、超細(xì)粉和針狀粉五類，粉末的制備方法主要為機(jī)械粉碎。用于硅灰石抄襲加工的設(shè)備有礫磨機(jī)、氣流磨、告訴機(jī)械沖擊式魔機(jī)等。機(jī)械粉碎可以分為干法和濕法，濕法節(jié)能、保護(hù)纖維長徑比；干法不同意團(tuán)聚。以剪切力為主的機(jī)械粉碎能獲得具有高長徑比的硅灰石超細(xì)粉末。

應(yīng)用領(lǐng)域造紙級硅灰石粉經(jīng)過特殊加工工藝后仍能保持其獨(dú)特的針狀結(jié)構(gòu)，使添加了硅灰灰石粉的白板紙，提高其白度,不透明度(面層遮蓋度),平整度,平滑度,適應(yīng)性， 減少定量橫差和紙板濕變形,提高印刷適應(yīng)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。6

陶瓷級硅灰石粉在陶瓷原料中加入適量的硅灰石粉，可以大幅度降低燒成溫度，縮短燒成時(shí)間，實(shí)現(xiàn)低溫快速一次燒成。大量節(jié)約燃料，明顯降低產(chǎn)品成本；同時(shí)提高產(chǎn)品的機(jī)械性能、減少產(chǎn)品的裂縫和翹曲、增加釉面光澤、提高胚體強(qiáng)度,進(jìn)而提高產(chǎn)品的合格率。

硅灰石可制剎車片、陶瓷釉面等，廣泛應(yīng)用于汽車、冶金、陶瓷、塑料等工業(yè)生產(chǎn)中。其中，目前世界上硅灰石消費(fèi)前景最看好的領(lǐng)域是工程塑料行業(yè)，硅灰石作為塑料橡膠工業(yè)的填料和補(bǔ)強(qiáng)劑，在工業(yè)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。7

由于加工方法的改進(jìn)，超細(xì)粒物質(zhì)的獲得，潛在的新用途正陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，使硅灰石的用途日漸廣泛。據(jù)國外專家預(yù)測，未來硅灰石應(yīng)用領(lǐng)域所占比例如下：陶瓷工業(yè)及有關(guān)部門6%；涂料、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%；建筑用絕緣陶瓷泡沫6%；耐火絕緣層陶瓷泡沫2%；鑄造生產(chǎn)用陶瓷泡沫4%；礦渣混凝土砌塊面層涂料3%；造紙生產(chǎn)40%。

涂料具有一種良好的補(bǔ)強(qiáng)性，既可以提高涂料的韌性和耐用性，又可以保持涂料表面平整與及良好的光澤度。而且提高了抗洗刷和抗風(fēng)化性能，還可減少涂料與油墨的吸油量并保持堿性，具有抗腐蝕能力?？梢缘玫礁哔|(zhì)量顏色明亮的涂料，并具有良好的均涂性和抗老化性能。使涂料可以得到更好的機(jī)械強(qiáng)度、增加耐久性、增強(qiáng)粘附力和抗腐蝕性能。還有良好的覆蓋率、附著力。

塑料橡膠具有獨(dú)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(diǎn)與性能：硅灰石粉可以提高沖擊強(qiáng)度、增強(qiáng)流動(dòng)性以及改善抗拉強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、線性拉伸及模收縮率。

摩擦是一種特殊的針狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)硅灰石獨(dú)有的物理機(jī)械效能。大大增強(qiáng)了成品的耐摩擦性、耐熱性。當(dāng)產(chǎn)品填充到里面，可以提高摩擦靈活性與及穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

造紙經(jīng)過特殊加工工藝后仍能保持其獨(dú)特的針狀結(jié)構(gòu)，使添加了硅灰灰石粉的白板紙，提高其白度，不透明度（面層遮蓋度），平整度，平滑度，適應(yīng)性，減少定量橫差和紙板濕變形，提高印刷適應(yīng)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(yōu)點(diǎn)逐漸取代了對人體健康有害的石棉，成為新世紀(jì)環(huán)保建材的新原料。經(jīng)過特殊加工工藝后仍能保持其獨(dú)特的針狀結(jié)構(gòu)，使添加了硅灰石針狀粉的硅鈣板、防火板等材料的抗沖擊性、抗彎折強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度均大大提高。在建筑材料領(lǐng)域，硅灰石將被更加廣泛的應(yīng)用。

陶瓷在陶瓷原料中加入適量的硅灰石粉，提高產(chǎn)品的合格率。

產(chǎn)量分布世界硅灰石資源較豐富，資源總量估計(jì)在8億t以上，但分布很不均衡。僅有20多個(gè)國家發(fā)現(xiàn)硅灰石礦床，主要分布于亞洲的中國、印度、哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、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(fā)現(xiàn)了硅灰石礦床。8

中國和印度是世界上硅灰石資源最豐富的國家。雖然中國硅灰石地質(zhì)找礦工作起步較晚，但自1975年開始，20年來已取得很大進(jìn)展，在17個(gè)省、自治區(qū)發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)地百余處，估計(jì)資源量近2億t。截至1996年底止，在14個(gè)省、自治區(qū)中已有探明儲量的礦產(chǎn)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梨樹縣霍家店，占全國總保有礦石儲量的40%；其余依次為云南、江西、青海、遼寧4省，共占全國保有礦石儲量的49%；浙江、湖南、安徽、內(nèi)蒙古、廣東5省區(qū)共占全國保有儲量的10%；江蘇、廣西、湖北、黑龍江4省區(qū)共占全國保有礦石儲量的1%。

我國保有儲量的31個(gè)礦產(chǎn)地中，保有礦石儲量據(jù)其品位換算成礦物儲量后，按全國礦產(chǎn)儲量委員會(huì)《硅灰石地質(zhì)勘探規(guī)范》(試行)中硅灰石礦床規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)，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：已開采利用的礦產(chǎn)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(jì)占用保有礦石儲量7661萬t，占全國保有礦石儲量的58%；可供利用的礦產(chǎn)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(jì)保有礦石儲量4816萬t，占全國保有礦石儲量的36%；由于與其他礦產(chǎn)共生而難以采選及開采條件差等原因，難以利用的礦產(chǎn)地有3處，包括大型礦1處、中型礦2處，共計(jì)保有礦石儲量788萬t，占全國保有礦石儲量的6%。

生產(chǎn)儲運(yùn)硅灰石的生產(chǎn)方法主要有以下幾種：

第一，由氧化鈣和二氧化硅在高溫下煅燒熔融而成；

第二，在氫氧化鈣與硅膠按摩爾比為1∶1的混合物150～200mg中，加入5mL的電導(dǎo)水，用銀內(nèi)襯高壓釜，在200℃下處理10日或在180℃下處理14日后，過濾，用丙酮洗滌，風(fēng)干，就可制得石硅鈣石(CaO·SiO2·16H2O)。如果將此化合物加熱至800℃以上，即脫水而轉(zhuǎn)化為β-CaSiO3；

第三，利用α-CaSiO3的冷卻進(jìn)行制備，在純固態(tài)下α-CaSiO3向β-CaSiO3轉(zhuǎn)移是困難的，即使相當(dāng)慢的冷卻，也很難使轉(zhuǎn)化進(jìn)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(shí)加熱數(shù)日，用水和稀鹽酸萃取除去釩酸鹽，即可制得β-CaSiO3；

第四，將純石英與碳酸鈣按CaO/SiO2為1∶1(摩爾比)混合，放入鉑坩堝中于1500℃以上充分熔融。

硅灰石的儲藏條件主要是：要確保儲藏器密封，工作間有良好的通風(fēng)或排氣裝置，并置于陰涼、干燥處。

發(fā)展前景我國的硅灰石產(chǎn)量和出口量均居世界第一位。我國硅灰石行業(yè)年產(chǎn)量55萬t，產(chǎn)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(dá)20萬t，占國際市場的70%。我國硅灰石產(chǎn)品出口的主要市場在歐洲，出口量約15萬噸/年。出口日本及韓國的產(chǎn)品主要是超細(xì)針狀粉。硅灰石行業(yè)實(shí)現(xiàn)了整體盈利，但利潤仍很低，特別是人民幣升值及出口退稅率由8%降為0，壓縮了企業(yè)的利潤空間，加之采礦準(zhǔn)人項(xiàng)目增多，費(fèi)用增大，采礦與加工成本提高，這些給企業(yè)盈利帶來了不小的壓力。

從進(jìn)口量方面來看，數(shù)據(jù)顯示，2016年1-9月我國硅灰石進(jìn)口量達(dá)1,645.12噸，與上年同期相比增長了18.53%。從出口量方面來看，數(shù)據(jù)顯示，2016年1-9月我國硅灰石出口量達(dá)15.12萬噸，與上年同期相比增長了2.86%。由于國內(nèi)外硅灰石市場需求增長勢頭不減，價(jià)格逐步提高，一些國際大公司高度關(guān)注我國的市場和資源優(yōu)勢，試圖以合資、并購等方式搶占我國的優(yōu)質(zhì)硅灰石資源，進(jìn)而壟斷市場。國內(nèi)企業(yè)及資源所屬地區(qū)的政策部門，要審慎對待外資的介入，合理、妥善地利用資源，確保行業(yè)和企業(yè)的健康發(fā)展。