基本介紹
- 中文名：矽灰石
- 外文名：wollastonite
- 別稱：矽酸鈣
- 類別：矽酸鹽
- 化學式：CaSiO3
- 顏色：白色微帶灰色
- 光澤：玻璃光澤
- 透明度：不透明
- 晶系：三斜晶系
- 解理：{001}和{102}
- 硬度：4.5～5.0
- 脆性：脆
- 比重：2.86～3.09克/立方厘米
- 溶解度：完全溶於濃鹽酸
- 套用：造紙、陶瓷、水泥、橡膠、塑膠等
- 成分：CaSiO3或CaOSiO2
- CAS號：1344-95-2；10101-39-0；
- 結構式：Ca3Si3O9
- 硬度：4.5-5.0
命名,基本性質,主要特點,工藝性能,加工,套用領域,塗料,塑膠橡膠,摩擦,造紙,建材,陶瓷,產量分布,生產儲運,發展前景,
命名
J. Léman在1818年命名，用以紀念William Hyde Wollaston[August 6, 1766 East Dereham, Norfolk, England, United Kingdom - December 22, 1828 London, England, United Kingdom, 英國化學家和礦物學家，1804年發現鈀，1809年發現銠，1809年發明 反射測角計,1812年發明相機透鏡]。
基本性質
矽灰石是一種三斜晶系，細板狀晶體，集合體呈放射狀或纖維狀。顏色呈白色，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。完全溶於濃鹽酸。一般情況下耐酸、耐鹼、耐化學腐蝕。吸濕性小於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,主要產於酸性岩與石灰岩的接觸帶,與符山石、石榴石共生。還見於深變質的鈣質結晶片岩、火山噴出物及某些鹼性岩中。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。矽灰石產品，纖維長而易分離，含鐵量低，白度高。該產品主要用作高聚物基複合材料的增強填料。如塑膠、橡膠、陶瓷、塗料、建材等行業。
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
矽灰石屬於一種鏈狀偏矽酸鹽，又是一種呈纖維狀、針狀矽酸鹽。由於其特殊的晶體形態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。因矽灰石廣泛地套用於陶瓷、化工、冶金、造紙、塑膠、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%、SiO2 51.75%，玻璃質感或珍珠質感的透明脆性晶體。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，並混有少量的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。由於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：
①三斜鏈狀結構的Tc型矽灰石，通稱低溫三斜矽灰石(α-CaSiO3)；
②單斜鏈狀結構的ZM型副矽灰石，通稱副矽灰石(α′- CaSiO3)；
③三斜三元環狀結構的假矽灰石，通稱假矽灰石(β-CaSiO3)。
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℃。熱膨脹係數低，在25～800℃時熱膨脹係數為6.5×10-6 mm/(mm·℃)，PH值9.9，具有優良的耐熱，耐腐蝕，耐候性。；在1125℃左右時可轉化為假矽灰石，這時熱膨脹係數增加，並由於釋放出Fe、Sr等雜質，因此顏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。前者主要產於夕卡岩型礦床中，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；後者主要產於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，個別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，呈板柱狀，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乾裂等。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內使坯體成熟，大大降低了單位製品的熱損耗，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/公斤製品。除釉面磚外，矽灰石原料來已擴大了其套用範圍。其節能降耗的效果，已為陶瓷業界人士有目共睹。
加工
矽灰石作為工業關注的新興原料來自於它特殊的針狀結構。除與其他礦物粉體一樣應該具有細粒化和表面活性化，還應該儘可能地保持長徑比。天然矽灰石產品按照粒徑可以分為塊粒、普通粉、細粉、超細粉和針狀粉五類，粉末的製備方法主要為機械粉碎。用於矽灰石抄襲加工的設備有礫磨機、氣流磨、告訴機械衝擊式魔機等。機械粉碎可以分為乾法和濕法，濕法節能、保護纖維長徑比；乾法不同意團聚。以剪下力為主的機械粉碎能獲得具有高長徑比的矽灰石超細粉末。
套用領域
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板紙，提高其白度,不透明度(面層遮蓋度),平整度,平滑度,適應性， 減少定量橫差和紙板濕變形,提高印刷適應性,並且可大幅度降低其他各種原材料的使 用量，從總體上降低紙製品成本。
陶瓷級矽灰石粉在陶瓷原料中加入適量的矽灰石粉，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，明顯降低產品成本；同時提高產品的機械性能、減少產品的裂縫和翹曲、增加釉面光澤、提高胚體強度,進而提高產品的合格率。
矽灰石可制剎車片、陶瓷釉面等，廣泛套用於汽車、冶金、陶瓷、塑膠等工業生產中。其中，目前世界上矽灰石消費前景最看好的領域是工程塑膠行業，矽灰石作為塑膠橡膠工業的填料和補強劑，在工業製成品中越來越多地替代金屬部件，市場對其需求增長迅速。
由於加工方法的改進，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，未來矽灰石套用領域所占比例如下：陶瓷工業及有關部門6%；塗料、塑膠和裝飾材料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%；鑄造生產用陶瓷泡沫4%；礦渣混凝土砌塊面層塗料3%；造紙生產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並保持鹼性，具有抗腐蝕能力。可以得到高質量顏色明亮的塗料，並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。還有良好的覆蓋率、附著力。
塑膠橡膠
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。是塑膠、橡膠製品較好的填充材料。特點與性能：矽灰石粉可以提高衝擊強度、增強流動性以及改善抗拉強度、衝擊強度、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。當產品填充到裡面，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板紙，提高其白度，不透明度（面層遮蓋度），平整度，平滑度，適應性，減少定量橫差和紙板濕變形，提高印刷適應性，並且可大幅度降低其他各種原材料的使用量，從總體上降低紙製品成本。
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板、防火板等材料的抗衝擊性、抗彎折強度、耐磨強度均大大提高。在建築材料領域，矽灰石將被更加廣泛的套用。
陶瓷
在陶瓷原料中加入適量的矽灰石粉，提高產品的合格率。
產量分布
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。僅有20多個國家發現矽灰石礦床，主要分布於亞洲的中國、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、自治區發現礦產地百餘處，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產地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%；其餘依次為雲南、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%。
我國保有儲量的31個礦產地中，保有礦石儲量據其品位換算成礦物儲量後，按全國礦產儲量委員會《矽灰石地質勘探規範》(試行)中矽灰石礦床規模劃分標準，屬於特大型礦的6處，大型礦12處，中型礦5處，小型礦8處。其中：已開採利用的礦產地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，總計占用保有礦石儲量7661萬t，占全國保有礦石儲量的58%；可供利用的礦產地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，總計保有礦石儲量4816萬t，占全國保有礦石儲量的36%；由於與其他礦產共生而難以採選及開採條件差等原因，難以利用的礦產地有3處，包括大型礦1處、中型礦2處，總計保有礦石儲量788萬t，占全國保有礦石儲量的6%。
生產儲運
矽灰石的生產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，用銀內襯高壓釜，在200℃下處理10日或在180℃下處理14日後，過濾，用丙酮洗滌，風乾，就可製得石矽鈣石(CaO·SiO2·16H2O)。如果將此化合物加熱至800℃以上，即脫水而轉化為β-CaSiO3；
第三，利用α-CaSiO3的冷卻進行製備，在純固態下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，即可製得β-CaSiO3；
第四，將純石英與碳酸鈣按CaO/SiO2為1∶1(摩爾比)混合，放入鉑坩堝中於1500℃以上充分熔融。
矽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或排氣裝置，並置於陰涼、乾燥處。
發展前景
我國的矽灰石產量和出口量均居世界第一位。我國矽灰石行業年產量55萬t，產品出口到日本、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%。我國矽灰石產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，特別是人民幣升值及出口退稅率由8%降為0，壓縮了企業的利潤空間，加之採礦準人項目增多，費用增大，採礦與加工成本提高，這些給企業盈利帶來了不小的壓力。
從進口量方面來看，數據顯示，2016年1-9月我國矽灰石進口量達1,645.12噸，與上年同期相比增長了18.53%。從出口量方面來看，數據顯示，2016年1-9月我國矽灰石出口量達15.12萬噸，與上年同期相比增長了2.86%。由於國內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、併購等方式搶占我國的優質矽灰石資源，進而壟斷市場。國內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，確保行業和企業的健康發展。
