(中國粉體技術網/杜高翔)硅灰石(CaSiO3)是一種具有多種獨特物理和化學特性的礦物。其晶型有a型和b型兩種,a型為粒狀、粉狀;b型為針狀、纖維狀。相應的,硅灰石產品可有兩種:一是利用其化學成分,工業上把它制備成粉末;二是利用其針狀性質,工業上把它制備成具有一定長徑比(L/D)的針狀硅灰石粉末。硅灰石晶體主要是b型的,呈纖維狀、放射狀集合體,甚至微小的顆粒也保持其針狀結構。另外,有些國家還生產人工硅灰石,以彌補礦產資源的不足,但是產品的物理性能較差。
硅灰石是一種新興礦物。但由于其獨特的性能,它的應用領域不斷擴展,硅灰石的使用量逐年增加。它最早于1933年在美國被發現,50年代開始工業開采,至1981年,世界硅灰石總產量已達15萬噸,其中美國8萬噸,而且,在后來的二十年里保持了高速增長,年增長率在8%左右。我國硅灰石業從1978 年起步,至今已形成了具有年生產40多萬噸能力、2000年總產量達30多萬噸、出口10多萬噸規模行業。
據報到,硅灰石的世界查明儲量為5億噸左右,遠景儲量達6億噸。其中我國達3.2億噸以上。我國北起黑龍江,南到海南省,以及新疆都有礦床,只有個別省沒有,有利于工業生產的利用。
硅灰石主要用于陶瓷工業、石棉代用品、塑料工業、冶金助溶劑及油漆和涂料工業。其中針狀硅灰石粉用于塑料橡膠工業、石棉代用品、油漆和涂料等行業,是硅灰石用量增長最好的方面。本文就硅灰石的生產應用,尤其是針狀硅灰石粉的生產應用做一個簡單的論述,并對它們的發展前景作一個預測。
一、 硅灰石的生產現狀
1、 世界硅灰石的生產現狀
目前,世界上硅灰石生產國主要有美國、中國、印度、芬蘭、加拿大、智利、墨西哥、土耳其、巴基斯坦等。目前世界硅灰石的年總產量為50—60萬噸左右,生產能力估計在70萬噸左右。
美國有兩家硅灰石公司。NYCO礦物有限公司是民營上最大的硅灰石生產商,目前在美國本土年產量為15萬噸,1998年在墨西哥建成分公司,年產量為8萬噸。NYCO在紐約的生產廠主要生產高長徑比、高附加值的硅灰石產品,而在墨西哥的生產廠則生產陶瓷、涂料、水泥、冶金、板材等礦物原料。美國的另一家是R.T.Vanderbilt公司,年產量為3.63萬噸左右,用于油漆、陶瓷、塑料等領域。美國的產品在世界上一直處于控制地位。
印度的生產商為Wolken有限公司。1997年產量為8萬噸,產品為磨細粉和高長徑比硅灰石(針狀粉)。國內消費市場為陶瓷、摩擦材料、冶金工業等。同時向歐洲出口。
芬蘭主要生產商為Partek工業礦物公司,它是歐洲唯一的商業性硅灰石生產商。其產品為粉磨硅灰石粉。后來受到中國、印度等國廉價產品的沖擊,產量一度降至2.3萬噸。為開拓市場,1993年建設一表面改性硅灰石生產廠,生產高附加值的表面改性硅灰石產品,生產能力為8000噸/年,主要用于塑料行業。
2、 國內硅灰石生產現狀
我國硅灰石于70年代在湖北首次發現并開發利用,起步雖晚但發展迅速。80年代初我國硅灰石產量占世界硅灰石產量的9%,90年代初則達到30%左右。目前我國硅灰石年產量為30萬噸左右,僅次于美國。與其它國家不同的是,我國有60多家企業,分散經營。我國硅灰石主要產地有吉林、遼寧、浙江、湖北、安徽、云南等地。我國最大的硅灰石企業為中國非金屬礦工業總公司梨樹硅灰石礦業公司。我國硅灰石在世界上占有重要地位,占國際市場份額的20%左右,出口的主要方向為歐洲和日本。下面就我國兩家較大的硅灰石生產廠作一個介紹:
我國最大的硅灰石企業為中國非金屬礦工業總公司梨樹硅灰石礦業公司。它是國家重點扶持企業。1990年開始機械開采,同時從德國、美國、日本等地進口先進的超細粉碎、針狀粉碎及分選設備,現已具備一定的先進生產水平,其產品得到十幾個國家的認可。2000年的總產量為3萬噸。其主要產品有:100—400目普通粉;超細粉;針狀粉;表面改性產品及人造硅灰石粉。有五臺氣流磨用于生產針狀硅灰石粉。針狀硅灰石粉生產能力為5000噸,2000年產量為2000噸。企業具有自主出口權,2000年約有15000噸產品出口到日本、歐洲。
浙江長興硅灰石礦也是我國硅灰石業的一家較大企業。其設計生產能力為年產3萬噸,實際產量為2萬噸以上,產品有:普通粉;超細粉;及針狀硅灰石粉。其中2000年超細粉(1250目)以上產量為5000噸,針狀硅灰石粉產量為2000噸。產品主要用于國內市場、出口日本。其中針狀硅灰石粉主要出口日本。
由上述可知,我國硅灰石業的現狀為:1)、發展迅速,經過二十多年的發展,已經具有一定的規模;2)、我國硅灰石業的國內、國外市場已經基本培育成熟;3)、我國硅灰石業經營分散,企業單個生產能力低;4)、產品深加工能力低,產品質量低,市場競爭能力低,一直是以量取勝。
二、我國針狀硅灰石的生產應用現狀
前已述及,我國硅灰石業在從1978年起的二十多年的時間里,經歷了從無到有、從小到大的發展過程,已經成為世界第二大硅灰石來源國,年產硅灰石各類產品30多萬噸。但是,我國硅灰石的深加工能力太低,就針狀硅灰石來說,2000年生產總量僅為一萬噸左右,僅占總產量的3%左右,而且產品的粒度較粗,遠遠落后于其他發達國家。這樣就形成了我國硅灰石業產量大而利潤低的局面。我國幾家企業針狀硅灰石粉2000年的生產銷售情況見下表:
我國幾家企業2000年針狀硅灰石生產銷售情況
生產廠家
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產量(噸)
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應 用 領 域
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銷售渠道
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價格(人民幣元)
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吉林梨樹
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2000
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石棉代用品(包括防火板、磨擦材料及隔熱板等)
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出口日本和歐洲
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2700-3000
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浙江長興
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2000
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石棉代用品、塑料橡膠
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出口日本
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800-2500
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云南非金屬研究所
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1000
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江西新余
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2000
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合計
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10000注
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石棉代用品、塑料橡膠
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大多數為口日本和歐洲
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注:為不完全統計值。
從上表可知,雖然我國年產30多萬噸硅灰石,但有高附加值的針狀硅灰石粉年產量不過一萬噸左右,僅占硅灰石總產量的3%左右,遠遠不能滿足市場需求。產生這種情形的原因是:一、由于長期以來我國硅灰石業以量取勝,雖然生產了大量的產品,但都沒有深加工,甚至有些企業現在還在大量地出售塊礦。這樣,即使市場需求再大,硅灰石企業也得不到多少利潤。因此,企業無力對現有的生產工序進行改造,無力生產有高附加值的針狀硅灰石粉和超細粉。二、生產針狀硅灰石粉對技術有較高的要求,許多企業達不到這一要求。我國生產針狀硅灰石粉的幾家企業都是近幾年才開始生產的。
三、我國硅灰石(包括針狀硅灰石粉)的消費狀況
根據用途劃分,硅灰石產品可分為兩類:一類是高長徑比的硅灰石產品(也稱針狀硅灰石粉),主要利用其針狀物理機械性能;另一類磨細硅灰石粉,主要利用其礦物化學成分。針狀硅灰石粉的長徑比(L/D)一般可達10:1至20:1,甚至可達30:1。我國硅灰石用量近15萬噸,同時大量出口。世界硅灰石的消費結構見下表:
近年世界硅灰石消費結構
應 用
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領 域
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所 占 比 例(%)
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高 長 徑 比 產 品
(針狀硅灰石粉)
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塑 料
石棉代用品
油漆、涂料
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19—25
20—25
2—5
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磨 細 粉
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陶 瓷
冶 金
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40—45
12—15
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由上表可知,現今世界硅灰石的主要用途為陶瓷工業、塑料橡膠油漆涂料中做功能填料等。另外,我國專家還將硅灰石用于電焊條等行業。
1、陶瓷工業
硅灰石廣泛用于陶瓷工業中的坯體和釉料。加入硅灰石后坯體和釉料不開裂、不易折斷,不出現裂紋或瑕疵,增加釉料表面光澤,尤其在陶瓷低溫煅燒中減少變形和斷裂,降低燒成溫度。硅灰石的這一市場較為成熟,用量也大。有人預測,陶瓷工業用硅灰石的需求量將以5%左右的速度逐年遞增。針狀硅灰石粉用于特種陶瓷。
2、用做功能填料
高純度硅灰石粉,作為無機白色體質顏料,被廣泛用于涂料中,可以替代部分價格昂貴的鈦白粉40%—50%,在淺色橡膠制品中也可以替代30%—40%的銳鈦型鈦白粉,價格僅為鈦白粉的十分之一。針狀硅灰石粉,經表面改性后,被廣泛應用于汽車塑料、PP、PV、PVC等塑料制品中。由于它能使塑料的性能大幅提高,針狀硅灰石粉在這一方面的應用快速增長。
3、石棉代用品
針狀硅灰石粉由于其針狀結構,而且無毒無害,可以部分替代石棉、玻璃纖維、紙漿等,且價格較為便宜。過去二十年石棉對健康危害的宣傳及各種各種限制法規的實施,給硅灰石業帶來了廣闊的前景。針狀硅灰石粉現主要應用于防火墻板及水泥材料、摩擦材料。其他應用包括室內墻板、屋面瓦、高溫絕緣磚和板。原來用石棉的摩擦材料改用高摩擦水平的針狀硅灰石,主要包括剎車片、閥塞、汽車離合器,目前這一市場在全球許多地區穩步增長。
4、冶金助溶劑
硅灰石的低溫助溶特性使其廣泛應用于冶金工業,尤其在連鑄方面。它在熔融狀態下可以保護高溫的鋼水不被氧化,潤滑模具壁吸附金屬雜質,凈化鋼水。針狀硅灰石粉在這一領域不被應用,主要使用品位較低的硅灰石,但要求低的硫、磷含量。
5、油漆和涂料
20世紀50年代以來礦物被用做油漆中的增強填料。加入硅灰石的涂料和油漆改進物理性能、持久性和抗氣候性,減少油漆的老化。硅灰石在這一領域的應用將取決于油漆和涂料的主要消費工業——建筑業和汽車制造業。另外,硅灰石在這一領域的應用還面臨其他一系列非金屬礦物的競爭,如碳酸鈣、高嶺土、霞石正長巖等。
四、我國硅灰石業的發展前景
硅灰石由于其獨特的物理化學特性,在短短幾十年的時間里,發展成一頗具規模的行業。1981年世界硅灰石總產量為15萬噸,1990年為28萬噸,2000年為65—70萬噸,二十年的時間年增長率達8%—10%,屬于發展較快的行業。但是針狀硅灰石粉的生產只有十幾年的歷史,我國浙江長興硅灰石礦、云南非金屬礦產應用研究所都是從2000年才開始生產針狀硅灰石粉的。下面我們對硅灰石應用前景作一個分析。
1、陶瓷工業
陶瓷工業是當今世界硅灰石的主要用途,占總產量的40%—45%。由于硅灰石在陶瓷制造中的重要作用,有人預測,硅灰石在陶瓷工業中的應用量將以每年5%的速度遞增。這一領域主要使用磨細粉。
2、塑料工業
盡管陶瓷工業是當前硅灰石的最大消費市場,塑料工業卻是硅灰石未來最有發展潛力、增長最快的市場。對于針狀硅灰石產品來說,不僅市場以10%/年的速度擴展,而且也是硅灰石產品附加值最高的應用領域。硅灰石在許多塑料材料上都有應用,但主要增長領域為汽車工業用塑料。用金屬少的汽車相對重量輕,改進燃料效益,減少廢氣排放量;從汽車制造角度看塑料材料的加工成本要比金屬材料低得多,這樣會降低單車造價,因此,汽車、卡車制造越來越多地使用高性能的塑料材料,強度高、重量輕的塑料材料市場將會持續增長。作為汽車塑料材料用增強填料,硅灰石的主要應用是在汽車的儀表盤和殼體的增強反應注模部件。除汽車工業外,另一個大的要加入硅灰石的塑料應用是代替石棉在酚醛注塑中做增強填料。這種類型的材料廣泛地應用于火箭錐體、剎車片、廚房設施等。作為電子元件的環氧樹脂如PET/PBT、ABS、PPS等也用針狀硅灰石粉改進其電學性能、抗裂減少收縮。預計這一市場將以8%左右的速度增長。
隨著科學技術的發展,超細的、經過表面改性的針狀硅灰石粉作為一種更重要的功能填料,必將在這一領域發揮更加重要的作用。
3、石棉代用品
隨著人們環保意識的逐漸增強,石棉的使用將會受到更加嚴格的控制。這必將給針狀硅灰石的發展帶來新的機遇。世界上還有部分地區在使用石棉,這也是硅灰石的潛在目標市場。目前用做石棉代用品的針狀硅灰石粉占全部針狀硅灰石粉的50%以上。預計近年針狀硅灰石粉在這一領域的用量將以10%以上的速度增長。
4、冶金助溶劑
用做冶金助溶劑的硅灰石是品位較低的硅灰石磨細粉。中國和印度的產品打入這一市場是非常成功的,占據著歐洲和美國的大部分市場。由于鋼鐵工業近年的產量沒有太大的增加,預計硅灰石在這一領域的用量在近幾年不會有太大的變化。
綜上所述,硅灰石業在近幾年的發展趨勢是:一、有高附加值的針狀硅灰石粉、超細粉、經過表面改性的超細針狀硅灰石粉將會以很快的速度發展。有關專家在前幾年就已經指出,我國非金屬礦工業以量取勝的路已經走到了盡頭,必須發展非金屬礦的深加工,生產有高附加值的產品,才能使我國的非金屬礦業“由大變強”。硅灰石業應該也必將走它的深加工之路。提高產品的技術含量是硅灰石業發展的必由之路。從產品的價格可以說明這個問題,下表是我國兩家企業硅灰石產品的價格。
硅灰石產品的價格(單位:人民幣元)
生產廠家
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普通粉價格
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超細粉價格
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針 狀 粉 價 格
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梨樹硅灰石公司
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200—325目 400左右
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G60 2600左右
G10 2800左右
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浙江長興硅灰石公司
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325目 500
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2000—2400
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60—325目,900—1300;
1000目,2600左右
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應當指出的是:一、從表面上看,大多數硅灰石礦都可以加工成針狀硅灰石粉,但由于生產針狀硅灰石粉的技術難度較大,許多企業都沒有成功。因此,硅灰石企業必須充分注重“技術優先”的原則。二、硅灰石業在一段時間內將保持同20世紀80—90年代相近的年增長率。由于硅灰石的獨特的物理化學性能,它在石棉代用品等領域沒有別的礦物可以替代,另一方面,隨著科學技術的發展,硅灰石(尤其是針狀硅灰石粉)的新應用領域必將被開拓出來。因此,硅灰石業還將保持快速的增長。三、考慮我國加入WTO的影響,單一生產普通粉或原礦的硅灰石業企業將會受到嚴重沖擊,而生產針狀硅灰石粉、超細粉、表面改性硅灰石粉等有高附加值產品的企業則會有更加廣闊的發展空間。四、從長遠的角度看,由于我國硅灰石礦儲量很大,占世界硅灰石儲量的一半左右,我國的硅灰石業一定可以成為世界硅灰石業的中流砥柱的。
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