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中國硅灰石礦資源概述

  硅灰石為鈣的偏硅酸鹽礦物,是一種新興的工業礦物原料。目前主要用于陶瓷工業,其次用作冶金保護渣和涂料,也可用作電焊條藥皮、石棉代用品、磨料粘結劑、玻璃配料以及生產橡膠、塑料、絕緣材料、紙張的填料。有的硅灰石巖可作建筑飾面材料或生產白水泥的配料。
 
一、 礦石礦物原料特點
    硅灰石的化學分子式為CaSiO3,結構式為Ca3[Si3O9],理論化學成分:CaO 48.25%、SiO2 51.75%。自然界中純硅灰石罕見,在其形成過程中,Ca有時被Fe、Mn、Ti、Sr等離子部分置換而呈類質同象體,并混有少量的Al和微量K、Na。
    由于硅灰石形成時的溫度、壓力等條件不同,可能出現3種同質多象體:①三斜鏈狀結構的Tc型硅灰石,通稱低溫三斜硅灰石(α-CaSiO3);②單斜鏈狀結構的ZM型副硅灰石,通稱副硅灰石(α′- CaSiO3);③三斜三元環狀結構的假硅灰石,通稱假硅灰石(β-CaSiO3)。目前被廣泛用作工業礦物原料的主要是低溫三斜硅灰石。
    低溫三斜硅灰石為三斜晶系,大多呈針狀、纖維狀或片狀,常簇集呈扇形、輻射形集合體,有的呈細小的顆粒狀。白色微帶灰、紅色,玻璃光澤,解理面呈珍珠光澤,解理平行 {001}中等,兩組解理面交角為74°。密度2.78~2.91 g/cm3,硬度4.5~5,熔點1540℃。熱膨脹系數低,在25~800℃時熱膨脹系數為6.5×10-6 mm/(mm·℃);在1125℃左右時可轉化為假硅灰石,這時熱膨脹系數增加,并由于釋放出Fe、Sr等雜質,因此顏色由白色變為奶油色、紅色或褐色。
    硅灰石礦石自然類型通常有夕卡巖型礦石和硅灰石-石英-方解石型礦石兩類。前者主要產于夕卡巖型礦床中,礦物組分復雜,常伴生石英、方解石及透輝石、石榴子石等夕卡巖礦物;后者主要產于接觸變質和區域變質型礦床,礦物組分簡單,又可分為:硅灰石-石英、硅灰石-方解石和硅灰石-石英-方解石型3個亞類。硅灰石礦石的結構構造通常也有兩種:致密塊狀礦石具細粒花崗變晶或纖維變晶結構,致密塊狀構造,硅灰石呈細小粒狀、柱狀或纖維狀集合體,個別極細粒致密者呈玉狀;粗晶硅灰石礦石具纖維變晶結構,塊狀、似角礫狀、巨斑狀或條帶狀構造,硅灰石晶體粗大,呈板柱狀,束狀或放射狀(菊花狀)。
 
二、 用途與技術經濟指標
    根據全國礦產儲量委員會《硅灰石礦地質勘探規范(試行)》,工業應用對硅灰石礦石的質量要求如下:
(一) 建筑陶瓷用硅灰石
    由于硅灰石具有熱膨脹系數低,在低溫條件下易與氧化硅、氧化鋁共熔、不含化學結合水或碳酸鹽以及具有針狀晶形等特性,因此,用硅灰石作建筑陶瓷(主要是釉面磚)原料,能實現低溫快速燒成,降低產品的收縮率和減少出現翹曲、開裂現象,并能提高坯體強度和壓型質量,改善產品機械性能,從而達到節省能耗,提高產率,降低成本的目的。
    建筑陶瓷用硅灰石一般要求硅灰石含量大于或等于60%(如含透輝石也視為有用組分,其含量可折抵硅灰石含量),石英含量小于或等于20%,方解石含量小于或等于13%,Fe2O3小于或等于1.7%。也可按礦石化學成分要求SiO2 38%~58%,CaO 36%~55%,CO2小于或等于6%,Fe2O3小于或等于1.7%。
(二) 冶金保護渣用硅灰石
    主要用作生產顆粒板坯連鑄、模鑄保護渣和無碳保護渣的基料。由于硅灰石成分穩定,因此使鑄坯無缺陷,表面光潔;由于硅灰石中CaO和SiO2以化合狀態存在,其配比恰處于連鑄所需要的堿度范圍,可減少配渣的基料種類,簡化工藝,使保護渣具有良好的熱穩定性;由于硅灰石含Al2O3很低,因此可增強保護渣吸收Al2O3的性能。
    冶金保護渣對硅灰石精礦的質量要求:硅灰石大于或等于50%,方解石小于或等于50%,石英小于或等于5%,S小于或等于0.01%,P小于或等于0.01%。
(三) 油漆涂料用硅灰石
    由于硅灰石具有亮白色、針狀顆粒形態及低的吸油性等特性,可生產優質白色和柔和淺色調的涂料,提高涂料的韌性和耐用性,保持涂料表面平整與良好的光澤以及抗洗刷和抗風化性能,還可減少涂料的吸油量并保持堿性,具有抗腐蝕能力。
    油漆涂料對硅灰石礦的一般要求:SiO2大于或等于49%,CaO大于或等于45%,Fe2O3小于或等于0.2%,325目礦粉吸油量20~25g/100g,水溶物小于或等于0.5%,水萃取pH值為7~9,325目礦粉白度大于或等于90%。
(四) 電焊條用硅灰石
    用硅灰石作電焊條藥皮配料,能起助熔和造渣添加劑作用,抑制焊接時放電,減少飛濺,提高熔渣流動性,使焊縫成型整潔美觀,增強機械強度。
    電焊條對硅灰石精礦質量的一般要求:SiO2 45%~55%,CaO 35%~45%,MgO小于或等于0.8%,S小于或等于0.03%,P小于0.03%。
    根據中華人民共和國建材行業標準《硅灰石》(JC/T535-94),天然硅灰石產品按粒徑分為塊粒、普通粉、細粉、超細粉、針狀粉5類,各類產品按質量分為優等品、一級品、二級品、合格品。
 
三、 礦 業 簡 史
    硅灰石在工業中應用的歷史較短。最早開發硅灰石的是美國,1933年開采加利福尼亞州克恩縣柯德賽丁(Code  Siding)硅灰石礦。其后,芬蘭、墨西哥、前蘇聯、印度、土耳其等國也相繼開發硅灰石礦,用作礦棉、涂料及電焊條藥皮等。從20世紀60年代始,作為一種快速燒成的理想材料,硅灰石在釉面磚和其他陶瓷制品的生產中得到廣泛應用,世界硅灰石生產隨即而迅速發展,年產量由50年代的4萬t左右,至90年代已增長10倍。
    中國開發硅灰石礦始于1975年,湖北非金屬礦地質公司在大冶縣下馬林首次發現具有工業價值的小箕鋪硅灰石礦床,探明儲量9.5萬t,填補了中國硅灰石礦產資源儲量的空白。1978年中國建筑材料研究院、中國科學院地質研究所、唐山建筑陶瓷廠用小箕鋪礦石采用低溫快速燒成研制釉面磚取得了成功。于是,建筑材料工業部與中國科學院聯合投資,在唐山興建一條年產15萬m2硅灰石釉面磚生產線,引起了有關部門的重視,推動了硅灰石礦的勘查與開采。
    1978年吉林省地質局發現吉林磐石縣長崴子特大型礦后,又陸續發現數處大、中型甚至特大型礦,在其他省、自治區地質礦產部門也開展普查工作,在不少地方相繼發現硅灰石礦床,探明儲量躍居世界前列。1979年湖北省大冶縣硅灰石礦建成,中國開始生產硅灰石產品。1980年吉林省磐石縣硅灰石礦投產,梨樹縣大頂山礦也由停采有色金屬礦轉為開采硅灰石。其后,吉林省磐石縣南錯草礦、梨樹縣鐵汞山礦、龍井市細鱗河礦、遼寧省法庫縣城子山礦、浙江省長興縣李家巷礦等相繼投產,還有遍布各地的眾多小礦紛紛開采。十幾年來,中國硅灰石礦的開發已初具規模,產量迅速增長,1981年全國產量僅0.47萬t,1992年為11.08萬t,1995年達20萬t,為1981年產量的42倍,已成為世界上硅灰石重要的開采國家。


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