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中國石棉礦資源概況

  

  石棉是天然纖維狀礦物的集合體,可劈分成細而柔韌的纖維。按成分、結構的差異一般將石棉分為溫石棉(也稱蛇紋石石棉)、角閃石石棉(堿性角閃石石棉也統稱藍石棉)、水鎂石石棉等。其中溫石棉產量最大,分布最廣,占總產量98%以上;角閃石石棉、水鎂石石棉產量小。本章重點介紹溫石棉礦物原料。
  由于溫石棉具有多種物理、化學特性,決定了它在工業利用方面的多功能及廣闊的應用領域。用溫石棉生產的石棉制品達數千種,廣泛用于建筑、機械、石油、化工、冶金、電力、交通及軍工等現代工業中。隨著工業的發展,溫石棉的應用領域不斷拓寬,它與金屬、陶瓷纖維、石墨、玻璃纖維等制成各種復合材料,已用來制造航天器的部件。目前由于環境保護的要求,因此世界各國都在研究石棉的代用品。但由于技術、經濟上的制約,國內外尚未過關,預計短期內不會有重大突破,因而石棉礦產仍在國民經濟建設中占有重要位置。
一、 礦物原料特點
  “溫石棉”為蛇紋石石棉的統稱。
  蛇紋石{Mg6[Si4O10](OH)8}是由硅氧(SiO2)四面體和氫氧化鎂石[Mg(OH)2]八面體組成的雙層型結構的三八面體硅酸鹽礦物。由于四面體層和八面體層之間不協調,因此形成三種不同的基本結構,構成三種礦物,即具有平整結構的板狀蛇紋石;具有交替波狀結構的葉蛇紋石;具有卷曲狀圓柱形結構的纖蛇紋石。在自然界纖蛇紋石礦物產出廣泛,而且結晶程度高,可分性能良好;絲狀特征顯著的纖蛇紋石,為有用的工業礦物,也可稱為纖蛇紋石石棉。
  溫石棉塊體通常為不同色調的綠色及黃色,也有的為白色。劈分后的絲狀纖維為白色,絲絹光澤;硬度2~2.5;理論密度為2.56 g/cm3,化學成分中類質同象代替,決定實際密度值的大小,Fe、Ti、Mn、Ni等元素取代Mg時,密度偏大,Al、Ti取代Si時,密度偏小,與纖維管心有無充填物也有關系,實際密度為2.426~2.646 g/cm3。
  溫石棉的光學性質,折射率Ng為1.534~1.555,Np為1.522~1.549,Ng值隨Fe2O3及FeO含量增多而增大,Np值隨FeO及H2O+含量增多而增大;多色性,Ng為各種色調的綠色,Np為各種色調的黃色;平行消光,正延性為主。
  溫石棉的X射線衍射特征,有兩條強衍射線,d(002)為0.728~0.740nm和d(004)為0.369~0.366nm;另有四條中強衍射線,d(020)為0.437~0.459nm、d(201)為0.256~0.260nm、d(202)為0.243~0.248nm、d(402)為0.130~0.134nm。溫石棉在自然界產出以2Mc型纖蛇紋石最多,ZORc型正纖蛇紋石少見。
  溫石棉的熱效應,在670~730℃區間出現深而大的放熱效應(吸熱谷或脫羥谷);815~830℃區間出現矮而窄的放熱效應(熱放峰),原礦物結構被徹底破壞,形成新的物相,即鎂橄欖石和頑輝石的混合相。
  溫石棉的紅外光譜,不同結晶程度的溫石棉,主要表現在1 100~950cm-1三個方向的Si—O伸縮振動帶及3 700~3 600cm-1羥基吸收振動的差別。
  溫石棉的電子顯微像多為空心管狀,其內徑一般為6~8nm,外徑為20~50nm。
  溫石棉的理論化學成分:SiO2 43.36%、MgO 43.64%、H2O+13%。一般含有Fe2O3、FeO、TiO2、Al2O3、MnO、CaO、K2O、Na2O、Cr2O3、V2O5、NiO、F-、Cl等雜質。表明混有磁鐵礦、方解石、白云石、菱鎂礦、水滑石、石英、水鎂石、鉻尖晶石等雜質礦物或元素的類質同象取代。
  溫石棉具有多種物理化學性質,劈分性能優良,能最大限度地劈分為絲狀體,劈分直徑最小為1~2μm。工業利用以比表面積為衡量指標,一般在5~50 m2/g。機械強度高,抗張強度值為120~350(單位9.8×106Pa)。
  其中:高強度纖維大于350,正常強度纖維小于350、大于250,中等強度纖維小于250、大于150,低強度纖維小于150。溫石棉纖維強度優于角閃石類石棉及人造碳纖維,與硼纖維和玻璃纖維接近。耐熱性能良好,工業利用溫度可達500℃(熱失重率小于1%)。溫石棉耐堿腐蝕性強,堿蝕量為0.46%~0.74%,耐酸腐蝕性差,不如角閃石石棉,酸蝕量一般為55%~58%。隔熱性能和導熱性能好,導熱系數一般為0.121~0.227W/(m·K)。電絕緣性良好,電阻率ρ一般為0.6×108~4×108Ω·cm。
  溫石棉纖維還具有過濾性[透過系數為15%~60%,阻力為0.4×9.8~13.9×9.8Pa]、成膜打漿性、磁性(雙磁化系數為6×10-6~10×10-6cm/g)、電動電位(一般e>20mV)等。
  中國部分產地溫石棉的化學成分見表4.16.1,溫石棉的物理化學性能見表4.16.2。
  中國藍石棉根據成分、結構、光性、密度,基本屬于鎂鈉閃石石棉,可以細分為鎂鈉閃石石棉(是中國最主要的藍石棉礦種);富亞鐵的鎂鈉閃石石棉;含鈣的鎂鈉閃石石棉。中國藍石棉的外觀呈灰藍色或藍灰色,含鈣高呈帶藍的灰白或黃白色。主要為塊狀、束狀集合體,強的絲絹光澤,劈分性好,密度2.87~3.21g/cm3,負延性,Ng為1.632~1.687。耐酸性強,一般酸蝕量為0.8%~7%,堿蝕量為3%~4%,具有特殊的過濾性能,尤其是藍石棉中的鎂鈉閃石石棉和鎂鈉鐵閃石石棉是凈化有毒氣體唯一的天然纖維材料,對于濾除穿透能力最強粒徑為0.1~1μm有毒粒子十分有效。因而許多國家都用藍石棉作為過濾有毒氣體的材料,獲得良好效果。
  藍石棉制成的空氣過濾紙除了用來制造軍事過濾器外,還廣泛用于半導體、集成電路、精密機械、光學器材、感光材料、制藥工業和化工工業所必需的氣體、液體凈化材料。藍石棉因用途特殊,應用廣泛,是重要的戰略礦產之一。
二、 用途與技術經濟指標
  (1) 用途 溫石棉由于具有耐摩擦、耐熱、抗腐蝕、隔音和質輕等特征而有廣泛的用途,隨著科學技術的發展,石棉的用途不斷擴大,不同種類和級別的溫石棉有特殊的用途。
  (2) 技術經濟指標 1993年以前在中國石棉地質勘探工作中,根據石棉纖維的長度將石棉纖維分為8個品級(稱為地質分級,舊標準)見表4.16.5。1993年12月實施的《溫石棉礦地質勘探規范》中,要求今后地質勘探石棉纖維分級與工業分級要求一致,按中華人民共和國國家標準GB8071-87《溫石棉》執行。
  中華人民共和國國家標準GB8071-87《溫石棉》中,溫石棉纖維的工業分級分為手選棉1、2級,機選棉3、4、5、6級。
三、 礦 業 簡 史
  中國石棉開發歷史悠久,是世界上最早利用石棉的國家之一,在古書記載中,石棉被稱為“不灰木”、“石絨”、“石麻”。以石棉纖維織成布稱“火烷”或“火毳”。早在晉朝時代,王弼(公元226~249年)等著作的《列子》卷五中就記載有周穆王(公元前1001~公元前947年)大征西戎,西戎獻錕之劍,火浣之布,浣必投于火,布則火色,垢則布色,出火而振之,皓然疑雪。可見早在2 000多年前,中國已有利用石棉的紡織性及耐火性織成火烷之布。到元代(公元1206~1136年)石棉已有少量開采。
  公元1913年,遼寧金州小株山石棉開始開采,長期以來中國石棉礦業落后,至1949年,只有遼寧金州、河北淶源、四川新康3個礦生產,當年生產石棉僅550t。石棉礦正規地質工作是在1949年中華人民共和國成立后才得到迅速發展的。到1996年底已探明礦產地45處,探明儲量為9 061萬t。
 自1949年以來,中國石棉礦業經歷了由小到大的發展過程,生產方式由原來土法生產到目前機械化、半機械化生產。石棉產量經歷了從50年代初到1960年的高速發展階段(年增長率為43%),60~70年代的快速增長階段(年增長率約為13%)和80年代及以后的穩定發展階段(年增長率為3.8%)。1996年全國石棉產量44.17萬t。
  迄今為止,中國石棉制品已達3 000多種,石棉已成為現代工業不可缺少的礦物原料,基本滿足了各工業部門的需要。但由于:資源地理分布不均衡;探明儲量中短纖維石棉比重較大,礦山開采資源浪費也大;石棉制品中紡織、摩擦、絕緣制品均需消費中長纖維,以消費短纖維為主的水泥制品不僅品種少,而且產量也低;選礦回收率不高;石棉制品質量欠佳等都影響石棉礦產的合理開發利用。上述問題應加以改進,以促進石棉工業更進一步發展。


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