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| 硅灰石開(kāi)發(fā)應用現狀及前景 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-09-10 10:26:50 瀏覽次數： |
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1 硅灰石的物理化學(xué)性能
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）硅灰石是一種鈣的鏈狀偏硅酸鹽礦物，分子式為CaSiO3。硅灰石集合體呈針狀，纖維狀或板狀，白色或灰白色，由于硅灰石具有特殊的針狀結構、高的白度和折射率、高介電性、高電阻、無(wú)磁性、強耐熱、耐腐蝕、耐堿性、低溫化學(xué)惰性及低吸油性，因此備受關(guān)注。
2 硅灰石開(kāi)發(fā)應用現狀
硅灰石因其擁有獨特的晶體結構和諸多優(yōu)良的物理化學(xué)性能，已被廣泛用于各個(gè)工業(yè)部門(mén)。硅灰石產(chǎn)品主要為高長(cháng)徑比硅灰石和磨細硅灰石兩大類(lèi)。前者屬于高檔產(chǎn)品，主要是利用其物理機械性能，廣泛用于塑料、橡膠、石棉代用品、油漆、涂料等行業(yè)，經(jīng)表面改性的高長(cháng)徑比硅灰石粉與有機材料的相容性大大增強，添加到橡膠、塑料和其他聚合物中能明顯改善制品性能，增加制品硬度、抗彎強度、抗沖擊性，改善材料的電學(xué)特性，提高熱穩定性和尺寸的穩定性，使制品表面光滑，增強阻污力，且允許充填較多的填充劑，減少顏料的用量，增強耐磨性，從而可降低制品的成本，并賦予塑料、橡膠和其他聚合物自身所沒(méi)有的特殊功能，是硅灰石最有前途的應用領(lǐng)域；而后者屬于低檔產(chǎn)品，主要用于陶瓷和冶金工業(yè)，硅灰石中的SiO2、CaO成分提供了低的膨脹率和良好的抗熱震性。
世界硅灰石產(chǎn)量50～60萬(wàn)t/a，生產(chǎn)能力70萬(wàn)t/a左右。中國硅灰石資源豐富，已探明資源儲量約2億t，保有資源儲量1.3億t，遠景資源量達3.2億t以上，居世界之首，有著(zhù)巨大的資源優(yōu)勢，主要分布在吉林大頂山、四平、磐石，江西上高、月光山，遼寧法庫，黑龍江密山、龍江，河北武安、遷西，江蘇江寧、溧陽(yáng)，浙江長(cháng)興，福建漳州、南平，安徽銅陵，湖南長(cháng)寧，云南騰沖，青海都蘭，內蒙古巴林左旗，新疆哈密等地區。我國已在上述地區建廠(chǎng)投產(chǎn)，其中較有代表性的為吉林梨樹(shù)硅灰石礦業(yè)公司。
目前，我國硅灰石年產(chǎn)量達到30萬(wàn)t，約占世界總產(chǎn)量的54.7%，超過(guò)美國、印度，成為硅灰石資源和生產(chǎn)第一大國。我國生產(chǎn)的硅灰石大約50%用于國內，主要用于陶瓷、耐火材料涂料、塑料和橡膠。我國硅灰石主要出口歐洲和日本，占世界硅灰石貿易量的50%以上。我國硅灰石加工和應用的總體水平不高，出口產(chǎn)品以精選塊礦和粗加工產(chǎn)品為主，創(chuàng )匯效益不高；加工設備和加工工藝研發(fā)不深入，深加工能力薄弱，成為國內生產(chǎn)的硅灰石在優(yōu)質(zhì)工程塑料、精細陶瓷、高級顏料等行業(yè)廣泛利用的首要制約因素，造成高檔硅灰石產(chǎn)品大量依賴(lài)進(jìn)口。
3 硅灰石應用領(lǐng)域
硅灰石目前主要用于陶瓷、塑料、橡膠、油漆、涂料、冶金、造紙等行業(yè)，生產(chǎn)耐火材料或作為石棉、玻璃纖維代用品等。
3.1 陶瓷行業(yè)
陶瓷工業(yè)是硅灰石產(chǎn)品的主要應用領(lǐng)域，約占總用量的50%，主要用于生產(chǎn)釉面磚、美術(shù)瓷、衛生瓷、日用瓷、電力瓷、高頻低耗無(wú)線(xiàn)電瓷和化工陶瓷等。
硅灰石白度高，即使是天然硅灰石塊礦純度和白度也多都在90%以上，在陶瓷釉料中代替SiO2和CaO混合料，能夠燒出平滑均一、亮白光潔的釉面。硅灰石中的SiO2、CaO成分提供了低的膨脹率(膨脹系數為6.5×10-6/℃)和良好的抗熱震性，因而可減少坯料在燒成過(guò)程中的收縮，穩定燒成過(guò)程，基本不產(chǎn)生裂紋，減少了制品刺點(diǎn)，且燒出的陶瓷具有膨脹系數低的優(yōu)良性能?，F在，國內多個(gè)陶瓷廠(chǎng)已實(shí)現硅灰石陶瓷低溫快速燒成，素燒節油可達30%～50%，燒成溫度降低150～180℃，燒成時(shí)間縮短到23～40h，而成品合格率提高10%～13%，成本下降16%～23%，達到了高度的節能增效。
日本利用硅灰石等原料制成玻陶材料、骨料和用低品位硅灰石制備陶瓷用針狀硅灰石等工藝技術(shù)已獲專(zhuān)利，其產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐熱性、耐水性和耐熱沖擊性，且有很高的機械強度，可反復使用1 000次以上；而德國則研制出了一種用作電絕緣的硅灰石焦磷酸鈣方晶石陶瓷，制得的產(chǎn)品對電弧有優(yōu)良的耐熱性。
3.2 塑料行業(yè)
硅灰石所具有的高電阻、低介電常數和低吸油性使之相對其他非金屬礦物材料表現出明顯的優(yōu)勢。改性后的硅灰石與塑料的相容性大大提高，其經(jīng)粉碎后仍保持的針狀晶形使之添加到塑料中可以改善塑料的性能，并保證產(chǎn)品具有高的熱穩定性、低介電性、低吸油性以及高機械強度，同時(shí)降低制品的成本。尼龍是硅灰石應用的最大市場(chǎng)之一，用硅烷偶聯(lián)劑改性處理后的硅灰石增強尼龍6或尼龍66，可改善彎曲強度、拉伸強度，降低吸濕率，提高尺寸穩定性。
填充50%硅灰石的復合材料，其沖擊強度由原來(lái)的11.97kJ/m2提高到247.8kJ/m2；填充硅灰石的尼龍6浸濕7d后的吸濕率仍比無(wú)填充尼龍低，而其彎曲模量也高；用鈦酸酯偶聯(lián)劑處理后的硅灰石填充尼龍66，填充量為40%時(shí)，比無(wú)填充的成型溫度降低14℃，而沖擊強度幾乎不變。用硅灰石和玻璃纖維混合料充填聚丙烯則可獲得成本低、加工流動(dòng)性和力學(xué)性能等綜合性能優(yōu)異的復合填充改性材料。
3.3 橡膠行業(yè)
硅灰石在橡膠行業(yè)的應用研究在國內開(kāi)展較早，并實(shí)現了用RB硅灰石粉代替立德粉、部分鈦白粉、白炭黑、輕鈣、陶土等作為各型橡膠的填料，制品的多項性能指標得到改進(jìn)。應用結果表明，硅灰石用在淺色橡膠中，可大量代替鈦白粉、陶土和立德粉，起到一定的補強作用，并能提高白色著(zhù)色劑的遮蓋能力，起到增白作用。
孫洪流等人研究了有機化改性硅灰石在丁苯橡膠(SBR)體系中的填充效果，試驗所用配方：SBR1500，100；ZnO，5；硬脂酸，1.5；促進(jìn)劑CZ，1.5；硫磺，1.75；硅灰石，40。試驗表明硅灰石經(jīng)有機改性后填充于丁苯橡膠中，其拉伸強度、撕裂強度、扯斷伸長(cháng)率、耐磨耗等性能都有提高。硅灰石有機改性后，不僅其表面具有親油性(從而改善了其在非極性丁苯橡膠中的潤濕和分散性能)，同時(shí)由于處理劑油酸鈉分子具有雙鍵，可參與硫化，增強交聯(lián)，補強作用有較大提高。
3.4 涂料行業(yè)
硅灰石在涂料行業(yè)主要用于聚丙烯防腐涂料中，其粉狀原料具有較高的表面光澤度、較好的防水侵蝕和緩沖pH值的性能。硅灰石在涂料中作為體質(zhì)顏料部分代替鈦白粉等白色顏料，起遮蓋、增量作用，能夠降低涂料的成本，增加漆膜厚度，使漆膜豐滿(mǎn)、堅實(shí)、耐磨，同時(shí)調節涂料的流變性能，如增稠、防沉淀等。
硅灰石較高的折射率(1.62)使之在涂料中起到平光劑的作用，制出的顏料能夠表現出純正的白色或者配出的顏料呈現出鮮艷亮麗的色彩，白漆能夠長(cháng)久保持明亮的色調，而且顏料沿表面分布均勻。此外，由于硅灰石吸油率(20～26g/100g)較低，可減少粘結物質(zhì)的消耗。
3.5 冶金行業(yè)
硅灰石是天然的低溫熔化材料，具備固有的助熔性能、成分穩定、純度高、堿度(CaO/SiO2)趨于中性等優(yōu)良特性，為冶金煉鋼的保護連鑄料提供了理想的原料，特別是硅灰石中Al2O3的含量甚微，使制成的冶金保護渣吸附鋼水中有害雜質(zhì)Al2O3的能力極強。
國內已成功地以硅灰石為原料，添加螢石、堿粉等助劑以及膨脹珍珠巖、蛭石、石墨等低密度配料、高SiO2含量的粉煤灰等制成硅灰石系列冶金保護渣，取代了昂貴的進(jìn)口保護渣，對冶金煉鋼行業(yè)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。硅灰石還具有極好的抗熱性能，因此可用于控制有色金屬的澆注流量，還可替代傳統的難熔原料。
3.6 造紙行業(yè)
硅灰石具有折射率高、白度高等特性，做造紙填料，能增加紙張的不透明度和白度。硅灰石用于造紙，所形成的硅灰石—植物纖維網(wǎng)絡(luò )具有更多微孔型結構，使紙張的吸墨性能提高，同時(shí)由于平滑度提高、透顯降低，因而增加了紙張的適印性。硅灰石干擾植物纖維的結合，使之對濕度不敏感，降低其吸濕性和變形程度，增加了紙張的尺寸穩定性。
根據紙質(zhì)要求，硅灰石填充量5%～35%不等。此外，添加了硅灰石粉的紙張涂布顏料同樣具有填平紙面、改善外觀(guān)、增加白度、賦予涂布紙所需要的光學(xué)性能等相類(lèi)似的性能。
經(jīng)過(guò)超細粉碎的硅灰石粉的白度、分散性、流平性得到很大改善，可取代鈦白粉作為紙張填充料。國土資源部江西省中心實(shí)驗室用新余—上高硅灰石做造紙填料，施加適量PAM化學(xué)助劑，其在手抄紙留得率由59.92%提高到81.89%，達到生產(chǎn)要求。
3.7 石棉纖維代用品
硅灰石的針狀特性、低膨脹率及優(yōu)良的抗熱沖擊性，是短纖維石棉理想代用品。高摩擦系數硅灰石代替石棉制備的摩擦材料主要應用在剎車(chē)片、閥塞、汽車(chē)離合器等領(lǐng)域。日本研制成功了含氧化鎂和硅灰石的混雜纖維無(wú)石棉摩擦材料、摩擦性能好的含硅灰石纖維摩擦材料、含石墨及硅灰石的氟聚合物滑磨件以及含硅灰石纖維的汽車(chē)用無(wú)石棉盤(pán)式制動(dòng)片。經(jīng)測試和批量裝車(chē)使用證明，各項性能良好，制動(dòng)距離和使用壽命滿(mǎn)足相關(guān)要求。此外硅灰石還能制成氈狀礦棉和各種隔音隔熱等石棉代用品，能大量減少石棉的使用，有益于環(huán)境保護和保障人體健康。
3.8 其他用途
硅灰石可與稀土氧化物按適當比例混勻，經(jīng)處理后制成高級稀土氧化拋光材料；在環(huán)保中用硅灰石制成吸附劑除Ni、處理酸性廢水；以硅灰石為主要原料制備的生物陶瓷活性高、強度高、穩定性好，與人骨組織的相容性好，可用于假骨移植。
4 硅灰石開(kāi)發(fā)前景
根據工業(yè)發(fā)達國家的發(fā)展經(jīng)驗，在工業(yè)和社會(huì )發(fā)展到一定程度后，非金屬礦及非金屬礦物材料的消費和產(chǎn)值將超過(guò)金屬礦及金屬礦物。硅灰石作為一種附加值高、增長(cháng)快的非金屬礦物材料，隨著(zhù)研究的深入，研究方向應集中到對硅灰石在非陶瓷方面的開(kāi)發(fā)應用，其中填料是其最具潛力的應用領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)深加工的硅灰石超細產(chǎn)品及針狀粉增值到初級產(chǎn)品的幾倍甚至幾十倍。未來(lái)塑料、橡膠、涂料和造紙行業(yè)對各種填料的需求將突破2 000萬(wàn)t，而對硅灰石針狀粉等優(yōu)質(zhì)填料的需求更為迫切。
為了拓寬硅灰石在塑料、橡膠、造紙等領(lǐng)域的深入應用，開(kāi)發(fā)出具有更多特殊功能的新材料，使我國豐富的硅灰石資源得到充分利用，今后硅灰石產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向將集中到以下幾個(gè)方面：①高長(cháng)徑比(＞15∶1)硅灰石針狀粉的加工工藝；②成套的加工專(zhuān)用設備和相應的分離設備；③粒度更細的硅灰石粉；④硅灰石粉體的優(yōu)良改性方法和良好的改性劑。
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