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话说硅灰石
话说硅灰石
刘继顺
2009-09-30
一、硅灰石资源
硅灰石,英文名为wollastonite,化学组成为Ca3〔Si3O9〕,链状偏硅酸盐矿物。
硅灰石属于三斜晶系,通常呈片状、放射状、针状或纤维状集合体,呈白色微带灰色。
玻璃光泽,解理面上珍珠光泽。
硬度4.5~5.0。
解理平行{100}完全,平行{001}中等,两组解理面交角为74°。
密度2.78~2.91克/厘米3。
硅灰石是一种无机针状矿物。
这种特殊的晶体形态与晶体结构,决定了硅灰石无毒、具良好的绝缘性,耐化学腐蚀、热稳定性及尺寸稳定性好,具玻璃和珍珠光泽,低吸水率和吸油值,力学性能及电性能优良以及有一定补强作用,同时具有很高的白度。
硅灰石的成因有两种:
其一:
碳酸钙岩石(石灰石岩、灰岩)在花岗岩浆侵入条件下,发生接触变质交代,岩浆中的硅与碳酸钙发生反应形成偏硅酸钙,偏硅酸钙结晶后形成硅灰石。
优质硅灰石的形成取决于灰岩的含钙量、花岗质岩浆的超酸性和晶体成核及结晶时间。
其二、灰岩经区域变质而成。
区域变质形成的硅灰石往往质量较差。
工业指标:
硅灰石矿物含量40-45%
其它工业指标为:
可采厚度:
露采≥1~2m,坑采≥1m;
夹石剔除厚度:
露采≥1~2m,坑采≥1m;
剥采比:
3
杂质含量:
Fe2O3+TiO2≤2%,Cu≤0.3%.
全球硅灰石资源比较丰富,资源总量估计在8亿吨以上,但分布很不均衡。
目前仅有20多个国家发现硅灰石矿床,主要分布于亚洲的中国、印度、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦和美洲的墨西哥、美国等国,探明储量3亿吨;此外,芬兰、土耳其、纳米比亚、南非、苏丹、加拿大和南斯拉夫等国也发现了硅灰石矿床。
中国和印度是世界上硅灰石资源最丰富的国家。
虽然中国硅灰石地质找矿工作起步较晚,但自1975年开始,20年来已取得很大进展,在17个省、自治区发现矿产地百余处,估计资源量近2亿吨。
截至1996年底止,在14个省、自治区中已有探明储量的矿产地31处,保有矿石储量13265万吨,位居世界前列。
保有储量最多的是吉林省,占全国总保有矿石储量的40%;其余依次为云南、江西、青海、辽宁4省,共占全国保有矿石储量的49%;浙江、湖南、安徽、内蒙古、广东5省区共占全国保有储量的10%;江苏、广西、湖北、黑龙江4省区共占全国保有矿石储量的1%。
在全国保有储量的31个矿产地中,保有矿石储量据其品位换算成矿物储量后,按全国矿产储量委员会《硅灰石地质勘探规范》(试行)中硅灰石矿床规模划分标准,属于特大型矿的6处,大型矿12处,中型矿5处,小型矿8处。
其中:
已开采利用的矿产地18处,包括特大型矿4处、大型矿8处、中型矿2处、小型矿4处,共计占用保有矿石储量7661万吨,占全国保有矿石储量的58%;可供近期利用的矿产地10处,包括特大型矿2处、大型矿3处、中型矿1处、小型矿4处,共计保有矿石储量4816万t,占全国保有矿石储量的36%;由于与其他矿产共生而难以采选及开采条件差等原因,近期难以利用的矿产地有3处,包括大型矿1处、中型矿2处,共计保有矿石储量788万t,占全国保有矿石储量的6%。
二、硅灰石用途
决定硅灰石矿的品质有白度,纤维长度和硅灰石矿物的含量。
硅灰石广泛地应用于陶瓷、化工、冶金、造纸、塑料、涂料等领域。
涂料级硅灰石粉:
具有一种良好的补强性,既可提高涂料的韧性和耐用性,又可保持涂料表面平整与及良好的光泽度,且提高了抗洗刷和抗风化性能,还可减少涂料与油墨的吸油量并保持碱性,从而具抗腐蚀能力。
由此可生产出高质量的、颜色明亮的涂料,并具良好的均涂性和抗老化性能,使涂料可得到更好的机械强度、增加耐久性、增强粘附力和抗腐蚀性能。
还有良好的覆盖率、附着力。
塑料橡胶级硅灰石:
因硅灰石的独特的针状纤维,具良好的绝缘性、耐磨性及较高的折光率,是塑料、橡胶制品较好的填充材料。
这种硅灰石粉可提高冲击强度、增强流动性,改善抗拉强度、冲击强度、线性拉伸及模收缩率。
摩擦级硅灰石粉:
硅灰石特殊的针状结构和独有的物理机械性能,大大增强了成品的耐摩擦性、耐热性。
当产品填充到里面,可以提高摩擦灵活性与及稳定性等特点。
造纸级硅灰石粉:
经特殊加工工艺后仍能保持其独特的针状结构,使得添加了硅灰灰石粉的白板纸,大幅度提高白度、不透明度(面层遮盖度)、平整度、平滑度和适应性,减少定量横差和纸板湿变形,提高印刷适应性,且可大幅度降低其他各种原材料的使用量,从总体上降低纸制品成本。
建材级硅灰石粉:
无毒、无味、无放射性等优点,使得硅灰石逐渐取代对人体健康有害的石棉,成为新世纪环保建材的新原料。
经特殊加工工艺后仍能保持其独特的针状结构,使添加了硅灰石针状粉的硅钙板、防火板等材料的抗冲击性、抗弯折强度、耐磨强度均大大提高。
陶瓷级硅灰石粉:
在陶瓷原料中加入适量的硅灰石粉,可以大幅度降低烧成温度,缩短烧成时间,实现低温快速一次烧成。
大量节约燃料,明显降低产品成本;同时提高产品的机械性能、减少产品的裂缝和翘曲、增加釉面光泽、提高胚体强度,进而提高产品的合格率。
三、硅灰石标准
中华人民共和国建材行业标准JC/T535-1994
硅灰石
1994—10—01实施
国家建筑材料工业局发布
1主题内容与适用范围
本标准规定了天然硅灰石(CaSiO3)产品的分类,技术要求,试验方法,检验规则及
其他要求。
本标准适用于天然硅灰石产品的质量检验和验收。
2引用标准
GB2007.1散装矿产品取样制样通则手工取样方法
GB2007.2散装矿产品取样制样通则手工取样方法
GB2007.7散装矿产品取样制样通则粒度测定方法手工筛方法
GB5211.2颜料水溶物测定热萃取法
GB5211.3颜料在105℃挥发物的测定
GB5211.13颜料水萃取液酸碱度的测定
GB5211.15颜料吸油量的测定
GB5950建筑材料与非金属矿产品白度试验方法通则
3产品分类及等级
3.1硅灰石产品按粒径分为5类,见表1。
表1
________________________________________________________________________________
类别块粒普通粉细粉超细粉针状粉
______________________________________________________________________________
粒径1~250mm38~1000μm10~38μm0~10μm长径比10∶1
(不包括1000μm)(不包括38μm)(不包括10μm)
________________________________________________________________________________
3.2各类硅灰石产品又按产品质量分为优等品、一级品、二级品、合格品。
4技术要求
4.1外观质量要求
块粒硅灰石产品中不允许夹杂木屑、铁屑、杂草等,不被其他杂物污染。
粉状硅灰石产品中不得有肉眼可见的杂质。
4.2理化性能
硅灰石产品技术指标应符合表2规定。
表2
________________________________________________________________________________
优等品一级品二级品合格品
________________________________________________________________________________
硅灰石含量%≥90807060
二氧化硅含量%48~5246~5444~5941~59
氧化钙含量%45~4842~5040~5038~50
三氧化二铁量%≤0.20.40.81.5
烧失量%≤2.54.06.09.0
白度%≥908575-
吸油量%18~30(粒径小于5μm,18~35)-
水萃液碱度≤46-
105℃挥发物含量%≤0.5
块粒,普通粉筛余量%≤0.5
细度
细粉,超细粉大于粒径含量%≤10.0
________________________________________________________________________________
注:
水萃液碱度为46时,用精密试纸测试pH值约为9。
5试验方法
5.1硅灰石含量的测定
5.1.1方法概要
利用硅灰石化学稳定性差,易溶于酸的特点,使其溶于冷酸(20~30℃)中与其他硅酸盐矿物(包括钙铁石榴子石)分离。
由于碳酸钙矿物也溶于冷酸,故选用硅酸钠作抑制剂,在20~30℃,2~3h的条件下,用柠檬酸铵溶解方解石矿物,使硅灰石与碳酸钙矿物分离,过滤两溶液,分别滴定其氧化钙含量,差减求出硅灰石含量。
通过试验,硅灰石在柠檬酸铵中的溶解率在3%左右,故在计算中取3%作为硅灰石含量的校正系数。
5.1.2试剂
a.盐酸溶液:
1+5;
b.氟化钾(KF·2H2O)溶液3%(m/V),贮于塑料瓶中;
c.氢氧化钾溶液:
20%(m/V),贮于塑料瓶中;
d.柠檬酸铵与硅酸钠混合液:
称取分析纯柠檬酸铵244g溶于1000mL水中。
此为甲液。
称取0.8g分析纯二氧化硅置于银坩埚中,加粒状氢氧化钠4g,置于600℃电炉上熔融10min,取下,以沸水浸取,稀释至1000mL,保存于塑料瓶中。
也可用分析纯硅酸钠直接配成相当的溶液。
用时取出所需体积的溶液,以少许甲基红为指示剂,用(1+1)硝
酸中和至恰变红色,再以(1+1)氨水调至恰变黄色。
此为乙液。
将甲乙丙液等体积混合,pH值为7~7.5,即为柠檬酸铵与硅酸钠混合液;
e.乙二胺四乙酸二钠(EDTA)标准溶液(0.01mol/L):
称取EDTA3.7g溶于水中,过滤后稀释至1000mL;
f.氧化钙标准溶液:
2.4mg/mL。
准确称取约0.6g已在105℃下烘干的碳酸钙(基准试剂)置于400mL烧杯中,加水100mL盖上表皿,沿杯口加(1+1)盐酸至碳酸钙全部溶解,加热煮沸数分钟,冷却。
移入250mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。
EDTA标准溶液标定:
吸取25mL氧化钙标准溶液(f),置于400mL烧杯中,加水150mL,然后加入钙指示剂约0.1g,以氢氧化钾溶液(c)调整溶液到酒红色出现,再过量2~3mL(pH在12以上)。
然后用EDTA标准溶液(e)滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色。
EDTA标准溶液对氧化钙的滴定度按式
(1)计算:
m0
TCaO=----×0.5603……………………………
(1)
V0
式中:
TCaO——EDTA标准溶液对氧化钙的滴定度,mg/mL;
m0——称取碳酸钙的质量,mg;
V0——滴定时消耗的EDTA标准溶液体积,mL;
0.5603——氧化钙与碳酸钙分子量比值。
g.钙黄绿素与麝香草酚酞混合指示剂;取钙黄绿素0.75g,麝香草酚酞(C23H30O4)0.5g,氯化钾100g,混匀,磨细。
保存于磨口瓶中。
5.1.3仪器
a.磁力搅拌器;
b.天平:
感量0.1mg。
5.1.4分析步骤
准确称取0.1~0.2g已烘干的样品两份(粒度最好小于75μm),分别置于A、B两个100mL烧杯中。
A杯中加入50mL柠檬酸铵与硅酸钠混合液(d),B杯中加入盐酸(a)50mL。
保持相同的温度(20~30℃),用磁力搅拌器轻微搅拌相同的时间(2~3h),取下过滤,水洗。
并将滤液移入200mL或2
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