硅灰石一般呈白色、灰白色,偶见黄、绿、棕等颜色。纯的硅灰石呈白色或亮白色,玻璃光泽。纯度在99%、粒度达到小于325目的硅灰石,其反射率可达92-96%,具有很高的白度或亮度。这些优点是在陶瓷产品和白色油漆与发亮涂料的生产中有重要价值的工艺特性。
目前世界上硅灰石消耗多的是陶瓷工业(≥50%),其次是作为填料在油漆、涂料、橡胶、塑料、造纸、树脂等领域的应用占30%左右。其它领域应用约为10-20%。硅灰石晶体在自然界中多呈针状纤维状或放射状集合体。纤维的长度与直径之比可由7~8:1至20~30:1。高长径比的超细硅灰石针状粉,可以取代其他的短纤维矿物材料以及其他合成晶体,用作功能性增强材料,且由于它价格低廉,在工业中具有高的应用价值和巨大的潜在市场。
高长径比硅灰石(≥10:1):
塑料、橡胶、石棉代用品、油漆涂料等领域
1、陶瓷行业应用
硅灰石作为陶瓷原料的主要作用有:可以提高坯体抗压强度、压型质量,增强坯体在快速焙烧中抗裂、抗挠曲的能力。硅灰石中不含化学结合水、不含碳酸盐,能减少焙烧中坯体的收缩性、并没有气泡排出,不产生产品中的气孔。硅灰石的针状外形提供了坯体中水分快速排出通道,加快干燥速度。也可减少气孔产生。大大缩短了预热期。硅灰石粉体还具有助熔性,在低温下易于硅、铝氧化物相熔。其线性热膨胀小,能使坯体处于均匀烧结状态,能很快达到烧制温度。硅灰石粉体还具高白度、亮度,能够显著增加陶瓷白度和亮度。
建筑陶瓷用硅灰石一般要求硅灰石含量大于或等于60%(如含透辉石也视为有用组分,其含量可折抵硅灰石含量),石英含量≤20%,方解石含量≤13%,Fe2O3≤1.7%。也可按矿石化学成分要求SiO238%-58%,CaO36%-55%,CO2≤6%,Fe2O3≤7%。
2、作为填料用于涂料、橡塑行业
硅灰石粉体在油漆、涂料行业作为填充剂,增量剂。同时由于其具有高白度和高亮度,可以用于高质量纯白油漆,纯白、发亮涂料。硅灰石粉体作为针状晶体,还是一种平光剂,油漆、涂料使用后变得光洁平滑。即美观,抗风化力也强。硅灰石的吸油、吸水率低可以减少用油量,降低生产成本。
油漆涂料对硅灰石矿的一般要求:SiO2≥49%,CaO≥45%,Fe2O3≤0.2%,325目矿粉吸油量20~25g/100g,水溶物≤0.5%,水萃取pH值为7-9,325目矿粉白度≥90%。
硅灰石粉体填充在高分子材料(橡胶、塑料等)中,能够提高电绝缘性、化学惰性,耐热性。作为一种加强性的填料,能够使得橡胶、塑料鞋底、轮胎等产品具有更强的性。
硅灰石具有折射率高、白度高等特性,做造纸填料,能增加纸张的不透明度和白度。硅灰石用于造纸,所形成的硅灰石—植物纤维网络具有更多微孔型结构,使纸张的吸墨性能提高,同时由于平滑度提高、透显降低,因而增加了纸张的适印性。硅灰石干扰植物纤维的结合,使之对湿度不敏感,降低其吸湿性和变形程度,增加了纸张的尺寸稳定性。
3、冶金工业应用
硅灰石在冶金行业可以作为助熔剂,主要用作生产颗粒板坯连铸、模铸保护渣和无碳保护渣的基料。它能在较低温度下(1060-1149℃)与SiO2,Al2O3等相熔,从而起到降低混合物熔融温度,并有利炉渣生成和排渣。
冶金保护渣对硅灰石精矿的质量要求:硅灰石≥50%,方解石≤50%,石英≤5%,S≤0.01%,P≤0.01%。
用硅灰石作电焊条药皮配料,能起助熔和造渣添加剂作用,抑制焊接时放电,减少飞溅,提高熔渣流动性,使焊缝成型整洁美观,增强机械强度。
电焊条对硅灰石精矿质量的一般要求:SiO2 45%~55%,CaO 35%~45%,MgO≤0.8%,S ≤0.03%,P小于0.03%。
4、替代石棉在建材行业应用
硅灰石粉体作为矿物棉加工后能成松散絮棉状态,是理想的石棉的代用品具备保温、绝热性、绝缘性。硅灰石粉体可以用于微晶玻璃原料,利用其针状、纤维状晶体特点,在微晶玻璃中形成针状、网状微晶结构,增加微晶玻璃制品的强度。硅灰石还是建筑行业常用的白水泥的原料之一。
玻璃纤维对硅灰石的要求:SiO2 50.5%~51.5%,CaO 44.5%~45.5%,MgO≤1.8%,Fe2O3≤0.35%,Al2O3≤0.8%,粒度325目≤5%,烧失量≤3.0%
5、其它领域的应用
用硅灰石作电焊条药皮配料,能起助熔和造渣添加剂作用,抑制焊接时放电,减少飞溅,提高熔渣流动性,使焊缝成型整洁美观,增强机械强度。生产各种磨削用砂轮时,利用硅灰石粉体的针状和助熔性质,在砂轮坯料中加入硅灰石可起到降低熔烧温度,增高坯料粘结强度,提高产品坚固性、性的作用。在造纸行业中硅灰石在纸张中呈针状、网状结构,从而增加了纸张的抗拉强度,是纸的填料和涂层。硅灰石粉体在汽车工业可作为离合器、制动器的填料,主要是利用其性和抗拉性。
小结:硅灰石粉体在冶金浇铸、建筑陶瓷、涂料、塑料等领域中得到广泛应用。随着低温快速烧成技术的推广,硅灰石在陶瓷生产中的用量将不断增加,由于硅灰石的增强性能、低吸水性、热稳定性和传导性,以及化学纯净性等特点,因此使其作为填料在塑料、橡胶行业中的使用量在迅速增长。随着粉体技术的发展,其应用领域还将越来越广。硅灰石可在许多方面作滑石、石棉、粘土、硅藻土、长石等矿物材料的替代品,应用前景广阔。
硅灰石粉的粉碎加工
硅灰石粉的粉碎加工,是要将其加工到粒度,同时还要尽量保持晶体的长径比。硅灰石的长径比一般为7-8:1,有的可达15-20:1,高为30:1。由于粉碎方法的差异,所得硅灰石的长径比有所不同。
目前来讲,国内所用到的硅灰石粉碎设备可分为以下几类,工作原理和粉碎效果均有所不同。
影响硅灰石针状粉性能指标的主要因素有分散介质、机械粉碎作用力特性等,适量的助磨剂也有利于提高产品的长径比。
硅灰石粉是一种短纤维状的无机粉体。在某些应用领域,如陶瓷、微晶玻璃、冶金保护渣等只对其粒度有要求,对颗粒的长径比没有明确或具体的要求。但对于石棉代用品、造纸纸浆代用品、塑料和橡胶的增强填料以及部分涂料填料等,则不仅对其粒度大小和粒度分布有要求,而且还对其纤维状颗粒的长径比有要求。
高长径比(>10)硅灰石粉体可以代替石棉纤维、造纸纤维以及塑料和橡胶等高聚物基复合材料的增强填料等等,有较大的应用价值和经济价值。因此,高长径比硅灰石针状粉的加工技术是硅灰石的主要深加工技术之一。
高长径比硅灰石和超细硅灰石的主要生产设备有:机械冲击磨机、离心自磨机(如旋风或飓风超细自磨机、LFS离心式粉碎机)、流态化床式气流粉碎机等。
其中,机械冲击磨、离心自磨机等一般适用生产400~1000目左右的高长径比硅灰石针状粉;流态化床式气流粉碎机适用于生产1250目(d97≤10μm)超细针状硅灰石粉。
上述二类设备都是干法生产。如果硅灰石在湿法提纯(浮选或湿式强磁选)后再进行超细粉碎加工,可采用湿法工艺,湿法粉碎到要求的产品细度后,再进行脱水(过滤和干燥)。
硅灰石的表面改性方法一般有偶联剂表面改性、机械力表面化学改性和表面无机包覆法。
目前,硅灰石常用的表面改性剂主要有硅烷偶联剂、钛酸酯和铝酸酯偶联剂、表面活性剂及甲基丙烯酸甲脂等。
1、硅烷偶联改性
硅烷偶联改性是硅灰石粉体常用的表面改性方法之一。一般采用干法改性工艺,偶联剂的用量与要求的覆盖率及粉体的比表面积有关。用氨基硅烷处理硅灰石时,用量为硅灰石重量的0.5%左右;甲基丙烯含氧硅烷的用量为硅灰石重量的0.75%,这二种改性产品分别填充尼龙6和聚酯代替30%的玻璃纤维可显著提高制品的力学性能
2、表面活性剂改性
用硅烷偶联剂处理硅灰石,可大大其与聚合物的相容性,增强填充效果,但硅烷偶联剂改性生产成本较高。因此,在某些应用条件下,可用较便宜的表面活性剂,如硬脂酸(盐)、季胺盐、聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚(非离子型表面活性剂)等对硅灰石粉进行表面改性处理。这些表面活性剂通过性基团与颗粒表面的作用,覆盖于颗粒表面,可大大增强硅灰石填料的亲油性。
3、有机单体聚合反应改性
有机单体在硅灰石粉体/水悬浮液中的聚合反应试验结果表明,其聚合体可以吸附于颗粒表面,这样既改变了硅灰石粉体的表面性质,有不影响其粒径和白度。将此硅灰石粉体作涂料的填料,可降低涂料的沉降性和增强分散性。目前选择在硅灰石粉体/水悬浮液中进行聚合反应的单体是甲基丙烯酸甲酯。
中国硅灰石行业有着巨大的资源优势,主要分布在吉林大顶山、四平、磐石,江西上高、月光山,辽宁法库,黑龙江密山、龙江,河北武安、迁西,江苏江宁、溧阳,浙江长兴,福建漳州、南平,安徽铜陵,湖南长宁,云南腾冲,青海都兰,内蒙古巴林左旗,新疆哈密等地区。我国已在上述地区建厂投产
目前,我国硅灰石年产量达到30万t,约占世界总产量的54.7%,超过、印度,成为硅灰石资源和生产大国。我国生产的硅灰石大约50%用于国内,主要用于陶瓷、耐火材料涂料、塑料和橡胶。我国硅灰石主要出口日本、韩国以及狗周各国,占世界硅灰石贸易量的50%以上。我国硅灰石加工和应用的总体水平不高,出口产品以块矿和粗加工产品为主,创汇效益不高;加工设备和加工工艺研发不深入,深加工能力薄弱,成为国内生产的硅灰石在工程塑料、精细陶瓷、颜料等行业广泛利用的首要制约因素,造成硅灰石产品大量依赖。
由此可见,硅灰石作为非金属矿行业的一个缩影,深加工技术仍然亟待突破,谨以此文送给想了解硅灰石行业的朋友们,希望能让大家对硅灰石有更全面系统的认识。