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1、硅灰石矿物及其在胸瓷工业中的应用胡善洲武汉理工大学摘要：介绍了硅友石矿枷的主要性能，井姑鲁其特性概速了其在陶瓷工业中的主要应用。 美键词：硅灰石；陶瓷：应用硅灰石矿在世界上作为商业开发应用历史仅5 0 余年，美国早在2 0 世纪5 0 年代已开发应用，也是西方生产和消费大国；我国在1 9 7 5 年以后才开始加强对硅灰石矿物资源的勘探与开发应用研究，由于以前缺乏对该矿物工业价值的认识，使得这一宝贵的矿产资源在中华大地沉睡多年。目前我国是硅灰石生产大国，矿产资源丰富。据统计，全国总储量在2 0 0 0 0 万t 以上，主要分布在吉林、江西、云南、广东、辽宁、河北、福建、湖南、湖北、浙江、内蒙古、
2、青海、安徽、黑龙江、新疆等地。其中吉林省占全国总量的4 4 7 左右，新疆哈密硅灰石矿是新发现的又一天然优质矿；1 9 9 4 年全国有硅灰石矿厂近4 0 家，其中最大的是吉林梨树硅灰石公司。现全国年产硅灰石已达3 0 万t 以上，已占世界总产量的3 0 。世界上有硅灰石矿的国家还有印度、芬兰、南斯拉夫、墨西哥以及独联体、希腊等；随着经济发展和科技水平提高，硅灰石在现代工业中的应用越来越广泛，其自身价值也在不断上升。正因如此，国外某些缺乏硅灰石矿的发达国家或地区，如欧洲的德国早在7 0 年代就开始尝试人工合成硅灰石的研究工作，现今已形成工业化生产规模。我国在1 9 9 5 年向欧洲和日本出口的
3、硅灰石就达1 0 万t 左右。在国内，硅灰石用于陶瓷工业的量约占6 0 。结合硅灰石的物性及其反应特性，就其在传统建筑陶瓷工业中的应用作一介绍，为人们能更进一步地开发和利用我国富有的这一天然矿物资源有所启迪。l 硅灰石矿物的特性硅灰石的分子式是C a S i O ，不含结晶水，其理论化学组成为C a O 占4 8 2 5 ，S i O z 占5 1 7 ；天然硅灰石矿物中常含有F e z O ，、A 1 2 0 3 、r d g O 、M n O 、K 2 0 、N a 2 0 等杂质。天然硅灰石矿外观般为白色、乳白色、灰白色，呈纤维状、块状或柱状，硬度为4 5 6 ，熔点为1 5 4 0 ，
4、见图1 。硅灰石有2 种晶型：a C a S i O ，和0 一c a S i 0 3 ，前者为假六方晶系，属高温型，比重为3 0 9 9 c m 3 ，后者为三斜晶系，属低温型，比重为2 8 7 9 c m 3 。硅灰石的熔点指的就是o t - C a S i O ，的熔点。当加热至1 1 2 5 时，C a S i O ，会以不大的体积变化过渡到n C a S i O 。，即相变体积效应小。正是硅灰石的这一特点，使得其在陶瓷砖的低温快烧工艺中得到广泛应用。此外，硅灰石在加热过程中热膨胀大小与温度在一定范围内呈线性变化。硅灰石的平均线膨胀系数为6 5 x 1 0 - 6 。C ( 透辉石平均
5、线膨胀系数为7 5 x 1 0 - 6 。C ) ，且呈线性膨胀。- 2 4 8 -图1 硅灰石的S E M 微观图像( 呈针状)图2 硅灰石原矿形貌在1 1 6 0 以前，硅灰石的相变很缓慢，而透辉石没有相变，这些都对快速烧成有利。石英、方石英的线膨胀系数为1 0 。1 2 1 0 叫，且相变温度为5 7 3 和2 0 0 。C ，既不利于快速加热，也不利于快速冷却。2 硅灰石在陶瓷工业中的应用硅灰石在陶瓷工业中的应用主要分坯用和釉用。为此，人们给出硅灰石陶瓷坯体级和釉料级技术指标。具体见表1 、表2 。表l 坯料级硅灰石技术指标粒度4 4 7 5 1 x m级别S i 0 2C a O1
6、1 协f 卸1L O IA5 04 4n 50 2 50 2 5B4 93 8n 8与0 3 56 0表2 釉料能硅灰石技术指标l级别粒度s i 仉C a Ok 2 0 ，V e z 0 3L O IlA1 05 04 5n 2 800 81 _ 5I1 1 4 45 04 4 jn 3 0O 1 02 52 1 在陶瓷坯料中的应用在坯料应用中我国陶瓷工作者将含量较低的B 级硅灰石矿加工成2 0 0 目的粉料后，用于墙地砖坯料中，达到增强坯体强度，节约能耗的效果这是我国陶瓷工作者的一大贡献，现已得到迅速推广。硅灰石质坯料可以实现低温快烧的关键是其与高岭石在1 0 0 0 左右生成钙长石，也可与
7、滑石在1 0 8 0 下生成透辉石。硅灰石加入到坯料中还有利于提高产品的抗龟裂性，因为含R O 的玻璃相吸湿膨胀较含R 2 0 的玻璃相小。但在硅灰石质坯料系统中要注意，若烧成温度过低反而对抗龟裂不利，这是由于在烧成中该系统会形成一种叫钙铝黄长石的矿物，( 2 C a O A 1 2 0 3 S i 0 2 ) ，此物易水化( 2 C a O A 1 2 0 3 - S i O z 8 H 2 0 ) ，引起膨胀，但在高温下此矿物会转变为钙长石，而钙长石的吸湿性小。故对硅灰石质坯料系统，其最高烧成温度一般在1 0 5 0 q c 以上为好。下面是硅灰石、透辉石、高岭土在坯体中的基本化学反应比较
8、见下页分子式。传统的坯料体系为硅酸铝系统，加入硅灰石后变成硅酸铝钙系统，硅灰石在该系统中的固相反应产物主要是钙长石和方石英。钙长石呈针状，在坯体中形成交织网状结构，从而达到提高瓷坯机械强度的且的。此外，在传统的陶瓷坯料系统中生成结晶好的莫来石的国相反应温度一般在1 2 0 0 。C 左右，而硅灰石、透辉石体系生成钙长石的固相反应温度大约在1 0 0 0 1 0 5 0 。C ，较传统坯料系统反应温度低；同时在含有硅灰石、透辉石的坯料体系中，固相反应产物所含的石英或方石英量较传统的坯料少，而且生成钙长石所造成的烧成体积收缩小于高岭石生成莫来石反应所造成的收缩，这对大生产中控制产品尺寸非常有利。
9、在1 1 6 0 。C 以前。硅灰石的相变很缓慢，而透辉石没有相变，这些都对快速烧成有利。而石英、方石英的线膨胀系数为1 0 1 2 x 1 0 1 t ，且相变温度为5 7 3 0 C 和2 0 0 ，这既不利于快速加热，也不利于快速冷却。_ 2 4 斗C 。a S i 妒O + A l ：【s i 盘f l 【O H I 一c a 锚舞，o ，+ S i O ：+ 2 H2 0口 10 5 0 C a 鸭j 。+ A I ： s i 燃【o H 】- c a 能 S 。j 2 0 s+ M 瓣9 一S i O , + 2 H 2 C a 毪舞i t o n ? 即噶；】f O n l _
10、2 C a A l = S i i 2 0 M g ：A 骊；s o + 瓣+ 2 H 】0 。 3 A b i s 锻0 【o F U ；3 A I ，未H 2 s 胁+a s i O ：+ 6 H ：O0 *tO f 静C a S i O + K A i ，I A l S “ b H O 自m I O H I = 夏磊一c a 4 舞她 + K A l S i 0 6 + H 2 010 l i f t 6 鼍毋HA b Q ；4 s i l ) ，- c a 留爵o ，+ 警堰，硅灰石在坯料中应用带来的主要问题是导致烧成范围变窄，解决的办法是适当加入可以提高高温液相粘度的物质，如A 2
11、0 3 、Z r O ：、Z r S i O 。等。而其加入量可达5 0 ，甚至更多当一般为1 0 - 1 5 。2 2 在釉料中的应用相对而言，用于釉料中的硅灰石要求纯度高，粒度小。硅灰石应用于釉料中可以减少或消除釉面针孔、提高釉面耐磨性、提高釉层透明度和光泽度，利用硅灰石还可以生产钙质无光釉，效果非常理想。大家知道玲珑釉是中国的传统色釉之一，一般用釉灰、釉果及其他原料来制备。若用硅灰石来代替釉灰、釉桌则烧成的制品釉面不仅光泽、透明性强，而且有相当的青绿色调。分析认为，主要是二价F e 存在的缘故。其反应如下： F e O + S i O 一瞄i 0 3( 青绿色调)同时，F e O 易与C
12、 a S i 0 3 形成类质同象混合物一铁硅灰石( C a l o S i ：0 d ，使釉的青绿色调加深。此外，硅灰石取代釉灰还提高了釉的始熔温度，减少了低温液相，使F e 件被还原成F e 。的机会增加。烧成后的釉也更加透明。在天然透辉石矿物中，就有一种被称为杂质矿物的钙铁灰；百( C a F e S i 2 0 6 ) ，呈绿色调，这与对传统龙泉青瓷釉的微观研究结果也非常吻合。透辉石矿所呈现的不同绿色，如浅绿到深绿等也与该矿物有关。在釉料中添加一定量的硅灰石，还可以降低钙釉的吸烟现象。试验表明，在化学组成相同的情况下，以轻质碳酸钙或方解石引人的釉料，吸烟最严重白云石次之，而以硅灰石引入
13、钙的釉料最不易吸烟，从而克服吸烟现象。硅灰石还可以应用于半导体釉中，改善釉的工艺性能。硅灰石在釉料配方中的加人量一般在5 1 2 ，多则易产生析晶或无光釉。人们还发现，由加入适量硅灰石所组成的坯料系统，经高温烧成后会产生自释釉现象，这种特殊作用值得关注。它为硅灰石矿又找到了一个特定应用方向，并将l 提高其附加值o 3 结论1 ) 硅灰石矿是一种有着广泛应用前景的天然矿物原料，其在建筑陶瓷工业中的应用潜力仍有待研究和挖掘；2 ) 鄹着科技进步，硅灰石矿的应用范围会不断扩大，其高附加值也会不断体现出来。参考文献【1 1 寐祖球我国硅献石矿贤源概述佛山陶瓷2 0 0 3 ，( 6 ) ：4 5【2
14、j 刘润育硅灰百在地砖中地应用佛山陶瓷1 9 9 8 ，( 3 ) ：2 5 2 6 ， 3 】杨和平硅灰石在半导体釉中的应用陶瓷工程，1 9 9 9r ( 4 ) ：3 3 3 4 -1 4 张梦显中国硅葳石的崛起中围非金属矿工业导报- 2 0 0 0 t ( 5 ) ：1 6 1 7 【5 】范恩荣硅扶石的应用和 造硅灰石的制备矿产保护与利用，1 9 9 6 一( 4 ) ：1 7 2 0 - 2 5 0 针状硅灰石增强聚丙烯在汽车壳体上的应用与开发扬彬，严昶( 中国第一汽车集团公司技术中心，吉林长春1 3 0 0 1 1 )摘要：目前汽车壳社件太部舟采用滑将或玻璃井堆增强的囊丙蚌材料。建
15、璃井堆增强量丙烽材料的性麓适远超过了标准的要求其成型率度太超曲严重，太件羌法成型，且产品表面盖；用滑石粉填克的辜丙蜂产品 型容易面质量好但材料的性能置产品的低温冲击性盖豸响其采用寿命。研究了利用钟收硅友石的高差径比、与囊雨母优盘的相客性扣低成奉皋代替硅璃井雏坩强采丙炜。提高材料的端合性能，降低威奉。关擅词：汽车壳体件；针状硅直石；象丙烯；开发当前，汽车壳体类件使用的材料大多为玻璃纤维增强聚丙烯和滑石粉填充聚丙烯。但两者都有缺陷，髓者成型难度大、外观差；后者成型容易且外观优良，但强度太低。利用针状硅灰石的高长径比( 1 5 ：1 以上) 来增强聚丙烯，解决了汽车壳体件成型难及翘胁的问题，材料的性
16、能大大高于滑石糟填充聚丙烯，而且戚车箱对于滑石粉填充聚丙烯材料降低8 ，相对于玻璃纤维增强聚丙烯材料降低2 0 。本项目主要研究了针状硅灰 石的表面处理技术、新材辩的配方、挤出工艺和添加量对材料性能的影响。所研制的汽车专用料G I 弘P P _ 田l具有抗冲击性能好、耐热老化性优良和玲热交变适应性好等特点，大幅度降低了成本，已经批量生产。目前，该新材料已经应用到解放系列载货车的暖风机壳体上，使用效果良好，同时适用于汽车空调外壳、灯罩、仪表板、风扇护罩、配电器盖、散热器护罩、内装饰件和电池外壳等。国外使用针状硅灰石增强各种树鹰已经有很多年，技术比较先进，设备自动化程度高，而且产品应用范围广，其硅灰石填料占欧美无机填料市场的1 0 - 1 5 。我国的硅灰石
