非金属物料硅灰石特性

2017-06-09

  硅灰石是一种钙的偏硅酸盐类矿物,化学分子式为Ca3[S3iO9],理论化学成分CaO48.3%,SiO251.7%,其中的Ca常被Fe、Mg、Mn、Ti、Sr离子置换,形成类质同象体,故自然界纯净的硅灰石较罕见。

  天然硅灰石(低温三斜硅灰石)常呈白色至灰白色,偶见肉红、黄、绿、棕色。玻璃光泽,解理面珍珠光泽,色泽光亮。纯度99%、粒度-325目的白度为92%-96%。紫外光下发黄、橙或粉红到橙色荧光,有些可发磷光。密度2.78~2.91g/cm3,硬度为4.5~5,熔点1544℃。含杂质则熔点降低。具有线性膨胀特点和低的膨胀系数。

  硅灰石具有良好的化学稳定性,在25℃的中性水中溶解度为0.095mg/l。一般情况下耐酸、耐碱、耐化学腐蚀,但在浓盐酸中分解,形成絮状物。硅灰石通常呈针状,放射状,纤维状集合体,纤维长与直径之比约7-8:1。甚至微小的颗粒仍保持纤维状的习性。热膨胀小,烧失量低,有良好的助熔性。在1126℃转变为假硅灰石时,膨胀系数加大,绝缘性能较好,低温变体的电阻值较大,故适用于制造低损耗瓷。

  我国从1975年湖北大冶小箕铺首先发现硅灰石矿床以来,相继在吉林、湖南、江西、福建、青海、河北、浙江、辽宁等省陆续发现了一批大、中型硅灰石矿床。我国硅灰石总储量约占世界总储量的40%。是世界上硅灰石矿储量最多的国家之一。70年代末,我国开始了硅灰石的应用研究。我国硅灰石工业发展迅速,并已打入国际市场。

  性质结构

  硅灰石(Wollastonite)是一种钙的偏硅酸盐矿物,化学分子式为CaSiO3,理论化学成分为CaO48.3%,SiO251.7%,其中的Ca常被Fe、Mg、Mn、Ti、Sr离子置换,形成类质同象体,故自然界纯净的硅灰石较罕见。硅灰石是一种接触变质矿物,产于岩浆侵入体与碳酸盐岩的接触带,由SiO2与CaCO3反应而成,也可以由含钙的岩层如石灰岩,大理岩经区域变质作用形成。

  硅灰石有三种同质多象变体:二种低温相变体,即三斜晶系硅灰石和单斜晶系副硅灰石,一种高温象变体,通称假硅灰石。自然界常见的硅灰石主要是低温三斜硅灰石,其它二种象变体很少见。

  低温三斜晶系硅灰石为链状结构,晶体常沿Y轴延伸成板状、杆状和针状;集合体呈放射状、纤维状块体,甚至微小的颗粒仍保持纤维状的习性;常呈白色和灰白色,玻璃光泽到珍珠光泽;密度2.78~2.91g/cm3,硬度4.5~5,熔点1544°C,溶于酸,加盐酸煮沸可生产絮状硅胶,热膨胀小,烧失量低,有良好的助熔性。

  低温变体中,[CaO6]八面体共棱联结或平行b轴的链,与由双四面体和单四面体交互排列的[Si3O9]∞单链硅氧骨干相配合(图1)。[CaO6]八面体的棱长为0.365nm,[Si2O7]双四面体长约为0.41-0.42nm。

  

硅灰石的晶体结构与颜色


  图 1 硅灰石的晶体结构与颜色

  用途作用

  由于硅灰石具有针状、纤维状晶体形态及较高的白度和独特的物理化学性能,广范应用于陶瓷、油漆、涂料、塑料、橡胶、冶金保护渣、化工、造纸、电焊条以及作为石棉代用品、磨料粘结剂、玻璃和水泥的配料等。

  表2 硅灰石目前的主要用途

  应用领域 主要用途

  陶瓷釉面砖、卫生瓷、日用瓷、美术瓷、电瓷、高频低损耗无线电瓷、化工陶瓷、釉料、色料等

  化工油漆、涂料、颜料、橡胶、塑料制品、树脂的填料等

  冶金冶金(铸钢)保护渣和隔热材料

  建筑替代石棉的辅助建筑材料、白水泥和耐酸、耐碱微晶玻璃的原料、玻璃的助熔剂等

  电子电子绝缘材料,荧光灯、电视机显像管、X射线荧光屏涂料

  机械优质电焊材料、磨具粘合材料及铸造模具

  造纸填料及代替部分纸浆(纤维)

  汽车离合器、制动器、车门把、保险杠等的填料

  农业土壤改良剂和植物肥料

  其他过滤介质、玻璃熔窑的耐火材料

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