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硅灰石的加工及应用
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摘要



硅灰石是一种新兴非金属工业矿物、储量丰富,应用广泛。本文就选矿提纯及深加工两个方面简介了国内外近几年来的应用和发展情况。


关键词



硅灰石  提纯  深加工  应用

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概述





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硅灰石是从60年代起开发应用的一种含钙偏硅酸盐矿物,已探明矿物储量为2亿t,远景储量约为4亿t,主要生产国为美国、印度和墨西哥等国。我国己探明硅灰石储量3000多万t,远景储量为0.5-1.0亿 t,探明储量仅次于印度,居世界第二位。硅灰石储量以江西和吉林两省为丰富,且质量优良。世界硅灰石需求量将以每年10%的速度递增,其中非陶瓷领域增长率为14%,到 2000年的需求量将达到75万t。我国近年来硅灰石出口量每年接近2万t,预计到2000 年,国内市场需求量约15万t,出口量接近5 万t。按现有生产能力,己基本可以满足要求。1987年和1988年我国硅灰石出口离岸价每吨平均为84.67美元和74.84美元。

硅灰石的生产技术主要为选矿提纯和深加工两个方面。

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硅灰石选矿提纯





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目前,硅灰石选矿产品在发达国家主要为选产品,而在我国及不发达国家则主要为手选产品。硅灰石选矿理论和实际应用研究还不多,硅灰石选矿方法目前主要为强磁选、浮选和强磁选一浮选联合流程或配合光电选或静电选预选流程。现在典型的两个选矿厂是美国纽约福克斯诺(Fox Knoll)硅灰石选厂和芬兰Partek公司拉彭兰塔硅灰石矿选厂。前者采用高梯度磁选,从硅灰石品位55%~65%,含石榴子石(高达40 %)和其它杂质的原矿中,选出精矿品位75 %,含Fe2O3 0.55%硅灰石精矿;后者从单一浮选流程改为浮选一强磁选流程后,又改为光电选一浮选一强磁选联合流程,浮选精矿品位可达85%~90%,但选矿回收率平均只有60%。在芬兰,对于硅灰石平均品位18%~20%、脉石为方解石和透辉石的矿石,则采用光电选浮选工艺提纯。

我国已在十几个省发现了具有商业价值的硅灰石矿,并已建矿开采售矿,但主要为手选产品,目前尚无硅灰石选矿厂,但理论和应用研究相对活跃。

袁继祖等报道了硅灰石与透辉石浮选分离理论研究结果,指出采用十二烷基盐酸胺作捕收剂,单宁酸作抑制剂,能有效地浮选出硅灰石。

毛钜凡等用浮选试验、〈一电位测定和XPS能谱分析,研究硅灰石的可浮性和与方解石的分离,指出硅灰石表面主要是Si和 0,而ca则隐蔽在矿物内部,纯硅灰石不能被阴离子捕收剂浮选,需金属离子活化后才能浮选。同时用十二胺作捕收剂,六偏磷酸钠或淀粉作方解石抑制剂,可实现这两种矿物的有效分离。

张守祥等从硅灰石与石英浮选性质的差异和提高两者分离选择性出发,研究了十二胺和十二胺加油酸及硫酸、水玻璃、硅酸钠和六偏磷钠对脱硅指标的影响,指出在弱酸性介质中,十二胺与油酸钠混合使用,可加强对石英的捕收能力,提高浮选过程的选择性,两种矿物能够达到有效分离。

硅灰石的浮选提纯,在工艺上仍采用反浮选法。申余庆等对大顶山低品位硅灰石采用氧化石腊皂作方解石的捕收剂,水玻璃作硅灰石和石英抑制剂,在中性介质中可实现方解石与硅灰石和石英等矿物的分离;用w一50(以脂肪酸类捕收剂为主的混合药剂)作石英的捕收剂,硫酸作介质调整剂,能有效的分离硅灰石与石英,不仅硅灰石精矿能达到一级品要求,而且在二级品时,能实现无尾矿分选。

方和平等对富含石榴子石、透辉石和石英的矽卡岩型硅灰石矿的选矿提纯,进行了比较深人的研究。据报道,对原矿品位57% ~60%,Fe203含量大于2%的硅灰石矿石采用单一浮选新工艺,并在实验室连续选矿试验中获得成功,硅灰石精矿品位达到90%, Fe203含量小于0.25,选矿回收率为70%。

磁选仍是硅灰石提纯的有效方法,陈凌等用磁选法提纯江西上高硅灰石矿。捷克有研究表明,采用湿式电磁选能使硅灰石和石榴子石达到有效分离。

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硅友石深加工及应用





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硅灰石深加工发展方向仍是超细粉碎、针状粉生产、表面改性和各种硅灰石为基料或充填料的产品配方研制及应用。目前硅灰石深加工产品分类、应用及国内市场需求预测见表1。

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超细粉碎和针状粉生产在发达国家已有成熟的生产工艺和设备,我国还处于研究阶段,国产设备还不过关。彭长琪等进行了大冶硅灰石立式搅拌磨细磨过程中粉体物性的变化规律和硅灰石微粉碎机械力化学研究。徐伟昌等利用特殊的粉碎机械和分离方法生产出超细粉和针状粉。华杰泰矿纤公司目前可生产各种规格的硅灰石粉和针状粉(L / D)8~15:1)。还有用辊磨加工和微细粉分级技术,生产出平均粒径为4~8μm,白度为94左右的硅灰石微细粉。对硅灰石,搅拌磨比振动磨和其他方法具有更高的磨矿效率。

用硅灰石或改性硅灰石作塑料制品添加剂,能增强其制品的强度和物化性能。硅灰石对聚脂浇铸、对聚乙烯溶胶、环氧树脂等复合材料都有很好的增强和改性效果,并用在 PP、PE、PVC等膜、管、铸件等中。国内己用硅灰石作填充剂制成性能优良的人参膜和聚丙烯复合制品。陈凌等报道用江西上高硅灰石作增白剂,部分取代钛白粉、立德粉应用于橡胶、塑料工业,效果良好。报道,含5%硅灰石的聚氯乙烯塑料溶胶,在140C下贴于钢材表面形成3mm薄膜,薄膜抗拉、抗扯,延展率可达215%;用润滑剂和硅灰石作填料,可制成象纸一样薄的聚乙烯薄膜。含硅灰石和碳酸盐的聚砜树脂用于铸膜印刷电路板,具有极好的电镀、机械和热性能。用硅灰石(30%)能制成高模量聚烯烃模制品。用含硅灰石热塑树脂铠装履盖光纤维电缆一光纤维芯线束,体积稳定性得到改善。

橡胶工业中,我国江西上高硅灰石粉可全部或部分代替钛白粉或立德粉。作为橡胶工业中的着色剂以及替代橡胶中的半补强炭黑,其制品具有明显的补强效果。大顶山RB 型硅灰石粉用于替代立德粉、部分钛白粉、白炭黑、轻钙、陶土等,其制品的各项性能多数得到改善。在国外用硅灰石增强聚酰胺、尼龙等制成复合制品,用于制作管子、杆子和汽车部件等。

硅灰石由于具有色白、针状、低吸油率和抗紫外等优点而被广泛应用于油漆工业。国内现已开发出高白涂料级硅灰石粉,可代替 30%~40%的钛白粉,应用于丙一苯无光乳胶漆及醇酸底漆等油漆中。国外在这方面很多,有专门评述了硅灰石在高性能涂料和油漆中的应用。报道用硅灰石、粘合剂和水可制成用于陶瓷制品的防水涂料。

硅灰石作陶瓷原料目前己占硅灰石用量的50%,它可使素烧温度降底200℃,素烧周期缩短一半以上。在釉面砖中使用硅灰石,可素烧节油30%,并可用作体质颜料。用硅灰石作原料可制成大号陶瓷板材、渗透性陶瓷材料、灯泡螺帽的陶瓷绝缘体、透水钠一钙玻璃基陶瓷制品、类似天然大理石的晶形玻璃和精细陶瓷等等。

硅灰石作为水泥的添加剂,现己广泛应用于制作特种水泥、建筑绝热材料和新型水泥制品,有用硅灰石制作大理石色调的水泥板、无石棉水泥制品的地板材料、具有防裂性能的水泥制模材料、硅灰石型硅钙板、墙面装饰材料等。

硅灰石在冶金工业和在耐火材料方面的应用已见成效,国内已能制作以硅灰石为基料的铸钢保护渣,取代价格昂贵的进口保护渣。硅灰石和萤石混用作熔炼铁矿石的矿渣具有更优越的特性,硅灰石还可作为大型烧结炉制造时水泥的填料和制成熔融金属的抗渗耐火材料。

硅灰石是石棉的优良代用品之一,国内已制成无石棉、无噪音摩擦片,并投人批量生产。用硅灰石制成吸附剂除Ni、处理酸性废水等。硅灰石还应用于制造稀土氧化抛光材料。近期江西上高华杰泰硅灰石公司还更进一步开发应用于焊接材料、土壤改良、植物肥料、造纸等领域。


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