[科普中国]-硅灰石

命名

J. Léman在1818年命名，用以纪念William Hyde Wollaston[August 6, 1766 East Dereham, Norfolk, England, United Kingdom - December 22, 1828 London, England, United Kingdom, 英国化学家和矿物学家，1804年发现钯，1809年发现铑，1809年发明 反射测角计,1812年发明相机透镜]。1

基本性质硅灰石是一种三斜晶系，细板状晶体，集合体呈放射状或纤维状。颜色呈白色，有时带浅灰、浅红色调。玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽。硬度4.5～5.5,密度2.75～3.10g/cm3。完全溶于浓盐酸。一般情况下耐酸、耐碱、耐化学腐蚀。吸湿性小于4%。吸油性低、电导率低、绝缘性较好。硅灰石是一种典型的变质矿物,主要产于酸性岩与石灰岩的接触带,与符山石、石榴石共生。还见于深变质的钙质结晶片岩、火山喷出物及某些碱性岩中。硅灰石是一种无机针状矿物，其特点无毒、耐化学腐蚀、热稳定性及尺寸稳定良好，有玻璃和珍珠光泽，低吸水率和吸油值，力学性能及电性能优良以及具有一定补强作用。硅灰石产品，纤维长而易分离，含铁量低，白度高。该产品主要用作高聚物基复合材料的增强填料。如塑料、橡胶、陶瓷、涂料、建材等行业。

英文名

wollastonite

CAS号

1344-95-2；10101-39-0；13983-17-0

EINECS号

215-710-8;233-250-6;237-772-5

组成

CaSiO3或CaOSiO2，含SiO251.75%、CaO48.25%。常含铁、锰、镁。

主要特点硅灰石属于一种链状偏硅酸盐，又是一种呈纤维状、针状硅酸盐。由于其特殊的晶体形态结晶结构决定了其性质，硅灰石具有良好的绝缘性，同时具有很高的白度、良好的介电性能和较高的耐热、耐候性能。因硅灰石广泛地应用于陶瓷、化工、冶金、造纸、塑料、涂料 等领域。

硅灰石的化学分子式为CaSiO3，2结构式为Ca3[Si3O9]，理论化学成分：CaO 48.25%、SiO2 51.75%，玻璃质感或珍珠质感的透明脆性晶体。自然界中纯硅灰石罕见，在其形成过程中，Ca有时被Fe、Mn、Ti、Sr等离子部分置换而呈类质同象体，3并混有少量的Al和微量K、Na，因此具有白色，灰白色，浅绿色，粉红色，棕色，红色，黄色等多种颜色，夹杂白色条纹。由于硅灰石形成时的温度、压力等条件不同，可能出现3种同质多象体：

①三斜链状结构的Tc型硅灰石，通称低温三斜硅灰石(α-CaSiO3)；

②单斜链状结构的ZM型副硅灰石，通称副硅灰石(α′- CaSiO3)；

③三斜三元环状结构的假硅灰石，通称假硅灰石(β-CaSiO3)。4

广泛用作工业矿物原料的主要是低温三斜硅灰石。

低温三斜硅灰石为三斜晶系，大多呈针状、纤维状或片状，常簇集呈扇形、辐射形集合体，有的呈细小的颗粒状。白色微带灰、红色，玻璃光泽,解理面呈珍珠光泽，解理平行 中等，两组解理面交角为74°。密度2.78～2.91 g/cm3，硬度4.5～5，熔点1540℃。热膨胀系数低，在25～800℃时热膨胀系数为6.5×10-6 mm/(mm·℃)，PH值9.9，具有优良的耐热，耐腐蚀，耐候性。；在1125℃左右时可转化为假硅灰石，这时热膨胀系数增加，并由于释放出Fe、Sr等杂质，因此颜色由白色变为奶油色、红色或褐色。 硅灰石矿石自然类型通常有夕卡岩型矿石和硅灰石-石英-方解石型矿石两类。前者主要产于夕卡岩型矿床中，矿物组分复杂，常伴生石英、方解石及透辉石、石榴子石等夕卡岩矿物；后者主要产于接触变质和区域变质型矿床，矿物组分简单，又可分为：硅灰石-石英、硅灰石-方解石和硅灰石-石英-方解石型3个亚类。硅灰石矿石的结构构造通常也有两种：致密块状矿石具细粒花岗变晶或纤维变晶结构，致密块状构造，硅灰石呈细小粒状、柱状或纤维状集合体，个别极细粒致密者呈玉状；粗晶硅灰石矿石具纤维变晶结构，块状、似角砾状、巨斑状或条带状构造，硅灰石晶体粗大，呈板柱状，束状或放射状(菊花状)。5

工艺性能硅灰石还具有独特的工艺性能，如使用硅灰石原料后，可以有效的减少坯体收缩率。而且能够降低坯体的吸湿膨胀，防止陶瓷坯体的后期干裂等。含硅灰石的坯体还具有较高的机械强度和较低的介电损失。引入硅灰石的坯体，在烧结过程中成熟速度加快，可以在十几分钟至几十分钟内使坯体成熟，大大降低了单位制品的热损耗，其烧成周期也从过去的90小时，下降为仅仅50分钟。硅灰石最先引入到釉面砖坯料配方中，使面砖的烧成热能损耗由3600大卡/公斤，下降为1850大卡/公斤制品。除釉面砖外，硅灰石原料来已扩大了其应用范围。其节能降耗的效果，已为陶瓷业界人士有目共睹。

加工硅灰石的提纯任务是选出有害铁矿物，降低方解石，透灰石，石榴石，石英等限量矿物含量。提纯方法有手选，筛选，磁电选，浮选和联合选。

硅灰石作为工业关注的新兴原料来自于它特殊的针状结构。除与其他矿物粉体一样应该具有细粒化和表面活性化，还应该尽可能地保持长径比。天然硅灰石产品按照粒径可以分为块粒、普通粉、细粉、超细粉和针状粉五类，粉末的制备方法主要为机械粉碎。用于硅灰石抄袭加工的设备有砾磨机、气流磨、告诉机械冲击式魔机等。机械粉碎可以分为干法和湿法，湿法节能、保护纤维长径比；干法不同意团聚。以剪切力为主的机械粉碎能获得具有高长径比的硅灰石超细粉末。

应用领域造纸级硅灰石粉经过特殊加工工艺后仍能保持其独特的针状结构，使添加了硅灰灰石粉的白板纸，提高其白度,不透明度(面层遮盖度),平整度,平滑度,适应性， 减少定量横差和纸板湿变形,提高印刷适应性,并且可大幅度降低其他各种原材料的使 用量，从总体上降低纸制品成本。6

陶瓷级硅灰石粉在陶瓷原料中加入适量的硅灰石粉，可以大幅度降低烧成温度，缩短烧成时间，实现低温快速一次烧成。大量节约燃料，明显降低产品成本；同时提高产品的机械性能、减少产品的裂缝和翘曲、增加釉面光泽、提高胚体强度,进而提高产品的合格率。

硅灰石可制刹车片、陶瓷釉面等，广泛应用于汽车、冶金、陶瓷、塑料等工业生产中。其中，目前世界上硅灰石消费前景最看好的领域是工程塑料行业，硅灰石作为塑料橡胶工业的填料和补强剂，在工业制成品中越来越多地替代金属部件，市场对其需求增长迅速。7

由于加工方法的改进，超细粒物质的获得，潜在的新用途正陆续被发现，使硅灰石的用途日渐广泛。据国外专家预测，未来硅灰石应用领域所占比例如下：陶瓷工业及有关部门6%；涂料、塑料和装饰材料22%；石棉替代品5%；El常生活绝缘物品用绝缘陶瓷泡沫12%；建筑用绝缘陶瓷泡沫6%；耐火绝缘层陶瓷泡沫2%；铸造生产用陶瓷泡沫4%；矿渣混凝土砌块面层涂料3%；造纸生产40%。

涂料具有一种良好的补强性，既可以提高涂料的韧性和耐用性，又可以保持涂料表面平整与及良好的光泽度。而且提高了抗洗刷和抗风化性能，还可减少涂料与油墨的吸油量并保持碱性，具有抗腐蚀能力。可以得到高质量颜色明亮的涂料，并具有良好的均涂性和抗老化性能。使涂料可以得到更好的机械强度、增加耐久性、增强粘附力和抗腐蚀性能。还有良好的覆盖率、附着力。

塑料橡胶具有独特的针状纤维，具有良好的绝缘性、耐磨性，以及较高的折光率。是塑料、橡胶制品较好的填充材料。特点与性能：硅灰石粉可以提高冲击强度、增强流动性以及改善抗拉强度、冲击强度、线性拉伸及模收缩率。

摩擦是一种特殊的针状结构，同时硅灰石独有的物理机械效能。大大增强了成品的耐摩擦性、耐热性。当产品填充到里面，可以提高摩擦灵活性与及稳定性等特点。

造纸经过特殊加工工艺后仍能保持其独特的针状结构，使添加了硅灰灰石粉的白板纸，提高其白度，不透明度（面层遮盖度），平整度，平滑度，适应性，减少定量横差和纸板湿变形，提高印刷适应性，并且可大幅度降低其他各种原材料的使用量，从总体上降低纸制品成本。

建材是一种无毒、无味、无放射性等优点逐渐取代了对人体健康有害的石棉，成为新世纪环保建材的新原料。经过特殊加工工艺后仍能保持其独特的针状结构，使添加了硅灰石针状粉的硅钙板、防火板等材料的抗冲击性、抗弯折强度、耐磨强度均大大提高。在建筑材料领域，硅灰石将被更加广泛的应用。

陶瓷在陶瓷原料中加入适量的硅灰石粉，提高产品的合格率。

产量分布世界硅灰石资源较丰富，资源总量估计在8亿t以上，但分布很不均衡。仅有20多个国家发现硅灰石矿床，主要分布于亚洲的中国、印度、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦和美洲的墨西哥、美国等国，探明储量3亿t；此外，芬兰、土耳其、纳米比亚、南非、苏丹、加拿大和南斯拉夫等国也发现了硅灰石矿床。8

中国和印度是世界上硅灰石资源最丰富的国家。虽然中国硅灰石地质找矿工作起步较晚，但自1975年开始，20年来已取得很大进展，在17个省、自治区发现矿产地百余处，估计资源量近2亿t。截至1996年底止，在14个省、自治区中已有探明储量的矿产地31处，保有矿石储量13265万t，位居世界前列。保有储量最多的是吉林省梨树县霍家店，占全国总保有矿石储量的40%；其余依次为云南、江西、青海、辽宁4省，共占全国保有矿石储量的49%；浙江、湖南、安徽、内蒙古、广东5省区共占全国保有储量的10%；江苏、广西、湖北、黑龙江4省区共占全国保有矿石储量的1%。

我国保有储量的31个矿产地中，保有矿石储量据其品位换算成矿物储量后，按全国矿产储量委员会《硅灰石地质勘探规范》(试行)中硅灰石矿床规模划分标准，属于特大型矿的6处，大型矿12处，中型矿5处，小型矿8处。其中：已开采利用的矿产地18处，包括特大型矿4处、大型矿8处、中型矿2处、小型矿4处，共计占用保有矿石储量7661万t，占全国保有矿石储量的58%；可供利用的矿产地10处，包括特大型矿2处、大型矿3处、中型矿1处、小型矿4处，共计保有矿石储量4816万t，占全国保有矿石储量的36%；由于与其他矿产共生而难以采选及开采条件差等原因，难以利用的矿产地有3处，包括大型矿1处、中型矿2处，共计保有矿石储量788万t，占全国保有矿石储量的6%。

生产储运硅灰石的生产方法主要有以下几种：

第一，由氧化钙和二氧化硅在高温下煅烧熔融而成；

第二，在氢氧化钙与硅胶按摩尔比为1∶1的混合物150～200mg中，加入5mL的电导水，用银内衬高压釜，在200℃下处理10日或在180℃下处理14日后，过滤，用丙酮洗涤，风干，就可制得石硅钙石(CaO·SiO2·16H2O)。如果将此化合物加热至800℃以上，即脱水而转化为β-CaSiO3；

第三，利用α-CaSiO3的冷却进行制备，在纯固态下α-CaSiO3向β-CaSiO3转移是困难的，即使相当慢的冷却，也很难使转化进行。因此，往α-CaSiO3中加入其重量几分之一左右的偏钒酸钙Ca(VO3)2为助熔剂，在800～900℃时加热数日，用水和稀盐酸萃取除去钒酸盐，即可制得β-CaSiO3；

第四，将纯石英与碳酸钙按CaO/SiO2为1∶1(摩尔比)混合，放入铂坩埚中于1500℃以上充分熔融。

硅灰石的储藏条件主要是：要确保储藏器密封，工作间有良好的通风或排气装置，并置于阴凉、干燥处。

发展前景我国的硅灰石产量和出口量均居世界第一位。我国硅灰石行业年产量55万t，产品出口到日本、韩国及东南亚等亚洲国家和德国、西班牙等欧洲国家，出口量达20万t，占国际市场的70%。我国硅灰石产品出口的主要市场在欧洲，出口量约15万吨/年。出口日本及韩国的产品主要是超细针状粉。硅灰石行业实现了整体盈利，但利润仍很低，特别是人民币升值及出口退税率由8%降为0，压缩了企业的利润空间，加之采矿准人项目增多，费用增大，采矿与加工成本提高，这些给企业盈利带来了不小的压力。

从进口量方面来看，数据显示，2016年1-9月我国硅灰石进口量达1,645.12吨，与上年同期相比增长了18.53%。从出口量方面来看，数据显示，2016年1-9月我国硅灰石出口量达15.12万吨，与上年同期相比增长了2.86%。由于国内外硅灰石市场需求增长势头不减，价格逐步提高，一些国际大公司高度关注我国的市场和资源优势，试图以合资、并购等方式抢占我国的优质硅灰石资源，进而垄断市场。国内企业及资源所属地区的政策部门，要审慎对待外资的介入，合理、妥善地利用资源，确保行业和企业的健康发展。