|
| |
| 硅灰石开发应用现状及前景 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2014-09-10 10:26:50 浏览次数： |
|
| |
1 硅灰石的物理化学性能
（中国粉体技术网/班建伟）硅灰石是一种钙的链状偏硅酸盐矿物，分子式为CaSiO3。硅灰石集合体呈针状，纤维状或板状，白色或灰白色，由于硅灰石具有特殊的针状结构、高的白度和折射率、高介电性、高电阻、无磁性、强耐热、耐腐蚀、耐碱性、低温化学惰性及低吸油性，因此备受关注。
2 硅灰石开发应用现状
硅灰石因其拥有独特的晶体结构和诸多优良的物理化学性能，已被广泛用于各个工业部门。硅灰石产品主要为高长径比硅灰石和磨细硅灰石两大类。前者属于高档产品，主要是利用其物理机械性能，广泛用于塑料、橡胶、石棉代用品、油漆、涂料等行业，经表面改性的高长径比硅灰石粉与有机材料的相容性大大增强，添加到橡胶、塑料和其他聚合物中能明显改善制品性能，增加制品硬度、抗弯强度、抗冲击性，改善材料的电学特性，提高热稳定性和尺寸的稳定性，使制品表面光滑，增强阻污力，且允许充填较多的填充剂，减少颜料的用量，增强耐磨性，从而可降低制品的成本，并赋予塑料、橡胶和其他聚合物自身所没有的特殊功能，是硅灰石最有前途的应用领域；而后者属于低档产品，主要用于陶瓷和冶金工业，硅灰石中的SiO2、CaO成分提供了低的膨胀率和良好的抗热震性。
世界硅灰石产量50～60万t/a，生产能力70万t/a左右。中国硅灰石资源丰富，已探明资源储量约2亿t，保有资源储量1.3亿t，远景资源量达3.2亿t以上，居世界之首，有着巨大的资源优势，主要分布在吉林大顶山、四平、磐石，江西上高、月光山，辽宁法库，黑龙江密山、龙江，河北武安、迁西，江苏江宁、溧阳，浙江长兴，福建漳州、南平，安徽铜陵，湖南长宁，云南腾冲，青海都兰，内蒙古巴林左旗，新疆哈密等地区。我国已在上述地区建厂投产，其中较有代表性的为吉林梨树硅灰石矿业公司。
目前，我国硅灰石年产量达到30万t，约占世界总产量的54.7%，超过美国、印度，成为硅灰石资源和生产第一大国。我国生产的硅灰石大约50%用于国内，主要用于陶瓷、耐火材料涂料、塑料和橡胶。我国硅灰石主要出口欧洲和日本，占世界硅灰石贸易量的50%以上。我国硅灰石加工和应用的总体水平不高，出口产品以精选块矿和粗加工产品为主，创汇效益不高；加工设备和加工工艺研发不深入，深加工能力薄弱，成为国内生产的硅灰石在优质工程塑料、精细陶瓷、高级颜料等行业广泛利用的首要制约因素，造成高档硅灰石产品大量依赖进口。
3 硅灰石应用领域
硅灰石目前主要用于陶瓷、塑料、橡胶、油漆、涂料、冶金、造纸等行业，生产耐火材料或作为石棉、玻璃纤维代用品等。
3.1 陶瓷行业
陶瓷工业是硅灰石产品的主要应用领域，约占总用量的50%，主要用于生产釉面砖、美术瓷、卫生瓷、日用瓷、电力瓷、高频低耗无线电瓷和化工陶瓷等。
硅灰石白度高，即使是天然硅灰石块矿纯度和白度也多都在90%以上，在陶瓷釉料中代替SiO2和CaO混合料，能够烧出平滑均一、亮白光洁的釉面。硅灰石中的SiO2、CaO成分提供了低的膨胀率(膨胀系数为6.5×10-6/℃)和良好的抗热震性，因而可减少坯料在烧成过程中的收缩，稳定烧成过程，基本不产生裂纹，减少了制品刺点，且烧出的陶瓷具有膨胀系数低的优良性能。现在，国内多个陶瓷厂已实现硅灰石陶瓷低温快速烧成，素烧节油可达30%～50%，烧成温度降低150～180℃，烧成时间缩短到23～40h，而成品合格率提高10%～13%，成本下降16%～23%，达到了高度的节能增效。
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备陶瓷用针状硅灰石等工艺技术已获专利，其产品具有优良的耐热性、耐水性和耐热冲击性，且有很高的机械强度，可反复使用1 000次以上；而德国则研制出了一种用作电绝缘的硅灰石焦磷酸钙方晶石陶瓷，制得的产品对电弧有优良的耐热性。
3.2 塑料行业
硅灰石所具有的高电阻、低介电常数和低吸油性使之相对其他非金属矿物材料表现出明显的优势。改性后的硅灰石与塑料的相容性大大提高，其经粉碎后仍保持的针状晶形使之添加到塑料中可以改善塑料的性能，并保证产品具有高的热稳定性、低介电性、低吸油性以及高机械强度，同时降低制品的成本。尼龙是硅灰石应用的最大市场之一，用硅烷偶联剂改性处理后的硅灰石增强尼龙6或尼龙66，可改善弯曲强度、拉伸强度，降低吸湿率，提高尺寸稳定性。
填充50%硅灰石的复合材料，其冲击强度由原来的11.97kJ/m2提高到247.8kJ/m2；填充硅灰石的尼龙6浸湿7d后的吸湿率仍比无填充尼龙低，而其弯曲模量也高；用钛酸酯偶联剂处理后的硅灰石填充尼龙66，填充量为40%时，比无填充的成型温度降低14℃，而冲击强度几乎不变。用硅灰石和玻璃纤维混合料充填聚丙烯则可获得成本低、加工流动性和力学性能等综合性能优异的复合填充改性材料。
3.3 橡胶行业
硅灰石在橡胶行业的应用研究在国内开展较早，并实现了用RB硅灰石粉代替立德粉、部分钛白粉、白炭黑、轻钙、陶土等作为各型橡胶的填料，制品的多项性能指标得到改进。应用结果表明，硅灰石用在浅色橡胶中，可大量代替钛白粉、陶土和立德粉，起到一定的补强作用，并能提高白色着色剂的遮盖能力，起到增白作用。
孙洪流等人研究了有机化改性硅灰石在丁苯橡胶(SBR)体系中的填充效果，试验所用配方：SBR1500，100；ZnO，5；硬脂酸，1.5；促进剂CZ，1.5；硫磺，1.75；硅灰石，40。试验表明硅灰石经有机改性后填充于丁苯橡胶中，其拉伸强度、撕裂强度、扯断伸长率、耐磨耗等性能都有提高。硅灰石有机改性后，不仅其表面具有亲油性(从而改善了其在非极性丁苯橡胶中的润湿和分散性能)，同时由于处理剂油酸钠分子具有双键，可参与硫化，增强交联，补强作用有较大提高。
3.4 涂料行业
硅灰石在涂料行业主要用于聚丙烯防腐涂料中，其粉状原料具有较高的表面光泽度、较好的防水侵蚀和缓冲pH值的性能。硅灰石在涂料中作为体质颜料部分代替钛白粉等白色颜料，起遮盖、增量作用，能够降低涂料的成本，增加漆膜厚度，使漆膜丰满、坚实、耐磨，同时调节涂料的流变性能，如增稠、防沉淀等。
硅灰石较高的折射率(1.62)使之在涂料中起到平光剂的作用，制出的颜料能够表现出纯正的白色或者配出的颜料呈现出鲜艳亮丽的色彩，白漆能够长久保持明亮的色调，而且颜料沿表面分布均匀。此外，由于硅灰石吸油率(20～26g/100g)较低，可减少粘结物质的消耗。
3.5 冶金行业
硅灰石是天然的低温熔化材料，具备固有的助熔性能、成分稳定、纯度高、碱度(CaO/SiO2)趋于中性等优良特性，为冶金炼钢的保护连铸料提供了理想的原料，特别是硅灰石中Al2O3的含量甚微，使制成的冶金保护渣吸附钢水中有害杂质Al2O3的能力极强。
国内已成功地以硅灰石为原料，添加萤石、碱粉等助剂以及膨胀珍珠岩、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护渣，取代了昂贵的进口保护渣，对冶金炼钢行业的发展起到了促进作用。硅灰石还具有极好的抗热性能，因此可用于控制有色金属的浇注流量，还可替代传统的难熔原料。
3.6 造纸行业
硅灰石具有折射率高、白度高等特性，做造纸填料，能增加纸张的不透明度和白度。硅灰石用于造纸，所形成的硅灰石—植物纤维网络具有更多微孔型结构，使纸张的吸墨性能提高，同时由于平滑度提高、透显降低，因而增加了纸张的适印性。硅灰石干扰植物纤维的结合，使之对湿度不敏感，降低其吸湿性和变形程度，增加了纸张的尺寸稳定性。
根据纸质要求，硅灰石填充量5%～35%不等。此外，添加了硅灰石粉的纸张涂布颜料同样具有填平纸面、改善外观、增加白度、赋予涂布纸所需要的光学性能等相类似的性能。
经过超细粉碎的硅灰石粉的白度、分散性、流平性得到很大改善，可取代钛白粉作为纸张填充料。国土资源部江西省中心实验室用新余—上高硅灰石做造纸填料，施加适量PAM化学助剂，其在手抄纸留得率由59.92%提高到81.89%，达到生产要求。
3.7 石棉纤维代用品
硅灰石的针状特性、低膨胀率及优良的抗热冲击性，是短纤维石棉理想代用品。高摩擦系数硅灰石代替石棉制备的摩擦材料主要应用在刹车片、阀塞、汽车离合器等领域。日本研制成功了含氧化镁和硅灰石的混杂纤维无石棉摩擦材料、摩擦性能好的含硅灰石纤维摩擦材料、含石墨及硅灰石的氟聚合物滑磨件以及含硅灰石纤维的汽车用无石棉盘式制动片。经测试和批量装车使用证明，各项性能良好，制动距离和使用寿命满足相关要求。此外硅灰石还能制成毡状矿棉和各种隔音隔热等石棉代用品，能大量减少石棉的使用，有益于环境保护和保障人体健康。
3.8 其他用途
硅灰石可与稀土氧化物按适当比例混匀，经处理后制成高级稀土氧化抛光材料；在环保中用硅灰石制成吸附剂除Ni、处理酸性废水；以硅灰石为主要原料制备的生物陶瓷活性高、强度高、稳定性好，与人骨组织的相容性好，可用于假骨移植。
4 硅灰石开发前景
根据工业发达国家的发展经验，在工业和社会发展到一定程度后，非金属矿及非金属矿物材料的消费和产值将超过金属矿及金属矿物。硅灰石作为一种附加值高、增长快的非金属矿物材料，随着研究的深入，研究方向应集中到对硅灰石在非陶瓷方面的开发应用，其中填料是其最具潜力的应用领域。经过深加工的硅灰石超细产品及针状粉增值到初级产品的几倍甚至几十倍。未来塑料、橡胶、涂料和造纸行业对各种填料的需求将突破2 000万t，而对硅灰石针状粉等优质填料的需求更为迫切。
为了拓宽硅灰石在塑料、橡胶、造纸等领域的深入应用，开发出具有更多特殊功能的新材料，使我国丰富的硅灰石资源得到充分利用，今后硅灰石产业的发展方向将集中到以下几个方面：①高长径比(＞15∶1)硅灰石针状粉的加工工艺；②成套的加工专用设备和相应的分离设备；③粒度更细的硅灰石粉；④硅灰石粉体的优良改性方法和良好的改性剂。
►欢迎进入【粉体论坛】
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
