近二十年來,硅灰石的消費量每年以10%的速度在遞增。它除用于陶瓷業外, 還用于涂料和造紙業, 其消費結溝也在變化。不斷開拓硅灰石的工業應用領域,有重要的經濟意義。
1、針狀結晶習性
天然硅灰石絕大多數呈針狀或纖維狀, 長度約是直徑的七倍。經破碎研磨, 仍具針狀結構。經研究, 硅灰石沿b軸延長成柱狀、纖維狀, 解理也平行b軸。鈣-氧八面體沿軸b延伸, 共棱連接。棱的方向是固定的, 因而八面體構造的內在傾向呈直線。合成硅灰石是環狀結構, 一般呈粒狀。集合體呈放射狀或平行柱狀, 加之其它共生礦物特有的顏色映襯, 富有裝飾性。
粉料和結合土粘土類混合壓制精陶素坯, 由于針狀晶體交織分布在其它原料中, 增加了顆粒間的結合力, 使素坯有較高的干燥強度和壓型質量。因為這不是最緊密堆積, 素坯吸水率較高(23-27%), 因此國外使用大噸位壓機來提高壓實程度。非緊密堆積能提供內部水份快速逸出的通道, 使其具有干燥速度快的特點, 以適應快速燒窯時對素坯含水量低于0.5%的要求。
用硅灰石和氧化鋁等原料制作的陶瓷鑄模強度高, 使用壽命比石膏模具要高數倍。用硅灰石做注漿成型的原料, 可增加泥漿穩定性把它用作涂料的填料, 也具有良好的穩定性。它還能代替25%的石棉作水泥石棉制品。這些都與其針狀形體和它形成的交織結構有關。據報導, 硅灰石同硅酸鹽水泥配制700-1000號特種混凝土, 極限抗彎強度可提高一倍。
2、亮度及發光性
純硅灰石呈亮白色, 當混有其它雜質時, 呈灰-灰褐色。純度為90%、粒度小于325目的硅灰石反射率為92-96%。
色澤白而光亮, 是它被用于涂料業的主要原因。它的良好熱穩定性和針狀結構, 可使涂料流平性提高。美國用于徐料業的硅灰石要占總消費量的30%。它特別適用于生產白色和淺色涂料。對于需要吸收-發射比低的熱控涂料來說, 顏填料的選擇是以色白、高發率和光學穩定性為前提的。絕大部分顏料經真空紫外輻照后都會嚴重變色, 而硅灰石卻有良好的穩定性。
國內用硅灰石代替乳膠漆中的鈦白粉(5%), 水性涂料中, 則可代替30-40%鈦白粉。美國制作的醋酸乙稀乳膠漆中, 硅灰石占9%。
硅灰石在紫外光照射下發黃一橙色螢光;用365微米激發可衍到藍色螢光。含有錳的硅灰石可激發出亮綠色。這一發光性質, 被用來制作發光彩色瓷漆。
3、化學性質
硅灰石的成分一般很接近純硅酸鈣, 它可代替合成硅酸鈣而被廣泛應用。在1比4的鹽酸中, 它能緩慢反應, 在濃鹽酸中, 能完全分解而成為絮狀物。絮狀物為超細度(<0.5微米), 有較高的化學活度。在加拿大進行的研究表明, 用酸處理后的硅灰石作造紙填料, 比用高嶺土好。10%濃度的懸浮液呈堿性, 不適宜作酸性介質的涂料填料, 但可中和部分酸度, 如聚醋酸乙稀脂中的醋酸, 從而有利于顏料的擴散及穩定。
在玻璃業中, 用硅灰石代替石灰石, 既減少逸氯現象, 又帶進二氧化硅。在陶瓷業中, 用它代替鈣釉中的方解石或白堊, 釉面光澤好, 但要解決好坯釉界面反應強烈及釉面玻璃相偏少等工藝問題。硅灰石可為焊條的焊劑提供氧化鈣, 同時帶進二氧化硅, 所獲得高堿性涪渣, 能減少接縫處灼氣孔和其他缺陷, 加入量為10-20%。
4、熱學性質
硅灰石在20-1000℃變溫范圍內, 沿b軸膨脹量為1.6*10-6度,含有雜質時, 可達6.7*10-6度。合成硅酸鈣在900℃以下的膨脹量為10.7*10-6度。
硅灰石的熱物理和熱化學穩定性都較高, 這有利于低溫快速燒制釉面磚。硅灰質釉面磚的結晶相, 都是一些熱膨脹率很低的礦物, 有利于快速冷卻。硅灰石的熱穩定性、抗沖擊性以及助熔作用, 使硅灰石被用來制作陶瓷砂輪和多孔過濾陶瓷。蘇聯制作的多孔過濾陶瓷, 總氣孔率達40-50%, 他們用硅灰石制作的耐熱纖維板,工作溫度在1000℃以上。
5、電學性質
硅灰石介電損耗低, 電阻率大, 因此用它配制高頻絕緣材料。美國用硅灰石制作真空電子管涂料。硅灰石還可用作聚丙稀的填料, 其絕緣效果比以石棉和滑石粉作填料為佳。
6、純度及可選性
硅灰石的用途與純度有極大的關系。國外要求精礦中Fe2O3小于1%,方解石的含量<10-12%,我國陶瓷業要求Fe2O3+TiO2小于2%, 方解石的含量小于10-15%,雜質含量>0.5%的不能用作涂料。
清除雜質要求進行選礦。礦石可選性評價的關鍵之點, 是雜質的性質和嵌布特征。湖北大冶硅灰石, 經手選即可用于建筑陶瓷, 湖北李家山和豐山洞矽卡巖型礦石, 經分級脫泥、兩段濕法強磁選后, 雜質大幅度下降, 效果明顯。為清除雜質, 國外還采取浮選、重選、光電選等選礦方法。
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