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硅灰石行业新闻

中国硅灰石的行业应用及深加工现状

作者: tom123 时间:2022-05-17 09:19:40 阅读:105

硅灰石是一种钙的偏硅酸盐类矿物,硅灰石的化学组成为Ca3[Si3O9],其中Ca0 48.3%,Si02 51.7%。常类质元素FeMnMg等,当达到一定含量时,可形成铁硅灰石、锰硅灰石等变种。CaSi0,有三种同质多变体,硅灰石(低温变体)a一硅灰石、假硅灰石(高温变体)。其中低温变体的硅灰石最常见。天然产出的硅灰石通常是片状、针状、放射状、纤维状集合体,甚至微小颗粒仍保持纤维结构

 

硅灰石产品可以分为细磨硅灰石和针状硅灰石两大类。另外,还可以人工合成硅灰石,以弥补矿产资源的不足。本文将着重介绍硅灰石生产应用及深加工的现状,同时指出存在的问题和发展趋势。

 

硅灰石矿产资源及其生产应用现状

硅灰石的开发利用始于20世纪30年代,美国是最早开采和应用硅灰石的国家。我国硅灰石工业起步较晚.从1975年湖北大冶大箕铺首先发现硅灰石矿床并开发利用以来,80年代初我国硅灰石产量已占世界的9%,90年代初则达到30%左右,目前我国硅灰石产量约30万t,居世界首位。

 

据报道,现今世界上已查明的硅灰石储量约5亿t,远景储量达6亿t左右,其中我国达3.2亿t以上。主要生产国是美国、中国、芬兰、印度等。我国硅灰石资源分布广泛,储量集中。主要分布在湖北大冶吉林、江西、青海和辽宁。我国硅灰石成矿条件好,矿体规模大,成分简单,矿石富而不杂,硅灰石含矿率达50%~90%,易于露天开采。但是.国内对硅灰石的表面改性、超细粉碎、与材糈的复合等方面的研究还不够深入,产品的附加值还有待于进一步提高。目前。虽然国内硅灰石产量居世界首位,但是国内的企业还存在如下不足;企业分散经营,规模较小,市场竞争力不够;多以生产初级产品为主,深加工水平不高,导致产量大而利润低;硅灰石产品研究及其市场开发有待于进一步加强。

 

国际硅灰石市场趋势

随着世界经济的复苏,世界各国对硅灰石的需求不断增加。特别是北美生产厂家,极为重视高价针状和表面处理产品的销售。世界硅灰石最有发展前景的领域是塑料业;世界汽车工业制动产品和汽车用塑料制品消费的硅灰石也有小幅增加;另外,由于塑料在工业制成品中越来越多地替代金属部件。使用硅灰石作填料的塑料消费前景十分乐观;在冶金连铸、陶瓷、油漆涂料等方面,硅灰石的消费市场依然保持稳定。

 

当前,世界许多国家已经限制或部分禁止石棉的使用,而利用硅灰石作石棉代用品来生产保温建筑材料_及其他辅助材料,是人们可以接受的。同时,硅灰石还可在许多方面作某些传统矿物的替代品。因此,硅灰石的消费前景看好。

 

由于世界各国硅灰石生产和需求增长比较均衡,世界硅灰石市场价格将大体保持稳定;但由于中国等国家硅灰石生产成本增长较快,特别是中国通过宏观调控,电价运价提高,使世界市场中国硅灰石价格有小幅上扬。

 

由于硅灰石具有无毒、低的吸油性、低吸水性、较高的热稳定性、良好的介电性能、白度高等物化性能,被广泛应用于陶瓷、涂料、塑料、造纸、磨料、橡胶、绝缘材料和耐火材料等领域口。

近年来,随着对硅灰石产品的进一步开发,其应用领域逐步扩大,并出现了许多新的应用。

 

硅灰石在复合材料中的应用

硅灰石是一种无机针状矿物,具有良好稳定性、优良力学性能及电性能以及增强作用等优点,非常适合于用作高聚物基复合材料的增强填料。用它填充聚合物的实验表明,聚合物性能明显优于其他无机填料,并能降低成本。

以硅灰石为原料,进行了硅灰石超细粉碎与表面改性深加工粉体制备,研究了硅灰石粉体复配玻璃纤维对增强尼龙6的影响。研究表明,选择合理的硅灰石粉体细度、硅灰石与玻纤复配可以大大提高尼龙6的力学性能。

 

 

旧以硅灰石和水玻璃为主要原料,制备出了Si02l@灰石复合颗粒。研究发现,复合颗粒的表面得到钝化,改善了其和聚丙烯的结合界面;对复合颗粒填充PP的力学性能的研究表明,复合颗粒显著提高了复合材料的屈服强度和弯曲强度。

 

硅灰石在陶瓷工业中的应用

陶瓷工业是硅灰石最主要的应用领域,约占总用量的40%-45%。在陶瓷工业中,硅灰石可以降低陶瓷的烧成温度和缩短点火时间,减少热膨胀,同时提高坯体的强度和压型质量,而且能大大改善陶瓷制品的机械性能,提高产品质量。釉料中加入硅灰石可以增加釉面表面光泽,而且在陶瓷的低温快烧中还可以减少变形和断裂。

 

近年来,陶瓷材料在医学领域的作用越来越大。生物陶瓷就是一种兼有医用性能的生物活性和高机械强度的复合材料。生物陶瓷材料可以用于制作人造牙齿、骨骼、关节等。刘宣勇等间采用等离子喷涂技术,在Ti一6AI一4V基体上制备了硅灰石涂层,将涂层试样浸泡于模拟体液中以评估其生物活性,显示硅灰石涂层表面能形成含有碳酸根的羟基磷灰石层,这表明硅灰石涂层会有良好的生物活性,可作为生物活性涂层的候选材料。

 

硅灰石制造白炭黑

白炭黑是人工合成的无定型二氧化硅超微粒子,可以用于补强剂、填充剂、新型催化剂载体等。硅灰石中偏硅酸钙纯度高,杂质少,能溶于盐酸,是制备白炭黑的理想原料。

 

使用盐酸和某种强酸为复合酸,PEG等为复合分散剂,以硅灰石为原料,用溶胶一凝胶法制备超细白炭黑。通过分析表明产品粒子为球状,产品粒径小于100nm,二氧化硅含量大于99%。该方法工业化生产二氧化硅粉体有明显优点。

 

硅灰石在环保材料中的应用

硅灰石的长径比高,可以作为石棉的替代品应用于摩擦材料领域,防止环境污染。沈上越等嘲以改性针状硅灰石作为复合增强体制备了多种刹车片试样,在综合分析各刹车片的冲击强度及定速摩擦试验数据的基础上,优选出了最佳刹车片配方,其刹车片试样的各项性能指标符合汽车刹车片材料国家标准。另外,硅灰石可以作为吸附剂除去废水中的有害杂质,达到净化水质的目的件。

 

硅灰石的深加工

硅灰石粉体制备的现状

硅灰石产品按粒径可以分为块粒、普通粉、细粉、超细粉和针状粉。硅灰石粉体的制备按原理可分为物理法和化学法,其中物理制备中最常用的是机械粉碎法,化学制备以烧结法和熔融法为主。

 

机械粉碎

机械粉碎依据环境介质的不同分为干法和湿法。在超细粉碎中物料的受力方式有挤压、冲击、研磨、剪切、摩擦等形式,不同的受力方式粉碎产物的形貌各异。制备高长径比的硅灰石是深加工的一个重要方面,硅灰石机械粉碎中一个很重要的问题是晶形保护,而实践表明,摩擦和剪切作用始终具有使颗粒沿着与力作用-245-方向平行的结晶解理面剥离的趋势,而廨理面往往是颗粒内部强度最弱的结合面,因此,能很好地保护硅灰石的针状晶形。

 

分别采用星式球磨机和圆盘式气流磨粉碎针状硅灰石,讨论了粉碎机理、择优破碎方位以及对长径比的影响,对比分析发现采用圆盘式气流磨粉碎可以较好地保护其针状结构i且能获得较细粒度的超细针状粉。

 

利用机械冲击、分级磨对制备硅灰石针抗粉的主要操作参数给料量、冲击速度、转速进行了试验研究,可制得长径比接近15的超细粉。

 

化学合成

高温焙烧法113J4]是利用含CaO、Si02的矿物原料或工业废料经干法混合、粉碎后直接高温焙烧合成。按原料种类又可分为石灰石/石英砂、板状硅藻土,白垩、硅石灰石(为蛋白石、方石英组合)、磷石膏,石英耪、硅石灰石/板状硅藻土、石英砂,白垩等组合的焙烧法,此法具有原料适用面广、工艺流程简单的特点,但其缺陷是产品纯度低、能耗高、设备投资较大等,且产品的性能和用途受原料品种影响轻大。

熔融法旧是利用基钙、含硅的溶液进行反应,经干燥、焙烧所得,具有产品纯度高、焙烧温度低的特点。以正硅酸乙酯、硝酸钙为原料,采用溶胶一凝胶法制备了CaO-SiO2干凝胶粉末。在适当的条件下制备粒径为O.2-1.0um的硅灰石粉体。研究发现热处理温度、时间对粉体粒度有较大影响。李长生等师以分析纯硝酸钙和硅酸钠为原料,采用直接沉淀法制备了硅灰石超细粉体。讨论了反应物浓度和热处理制度对产物粒径的影响。

 

硅灰石的表面改性

硅灰石作为填料通过表面改性和复合技术.可以明显地改善高分子材料机械力学、电学等性能。粉体表面改性可用物理或化学的方法对粉体物料进行处理,主要采用表面化学包覆法和机械力化学改性法,都不同程度地受改性利用量、改性剂种类、改性时同等因素的影确。

 

改性剂用量对表面改性的影响

改性剂并不是越多越好,需要根据具体情况进行分析。一般认为,在物料表面基本包覆一层改性剂为好。过多地提高改性剂的用量,不仅浪费了改性剂,还有可能降低改性的效果。

 

科用气流磨对硅灰石进行机械力化学改性,并用m分析对改性效果进行了预评价;对比了用改性前后的硅灰石填充聚丙烯的性能。着重讨论了改性剂(硬脂酸)用量对硅灰石沉降体积、接触角、活化率的影响,表明硬脂酸质量分数为1.5%时,改性硅灰石,PP复合材料的拉伸强度和冲击强度最好。

 

改性剂类型对表面改性的影响

工业上常用的表面改性刑有偶联剂、高级脂肪酸及其盐类和不饱和有机酸等。其中,偶联剂包括硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类和铅酸酯类等。

硅灰石表面改性按照改性剂类型不同可以有偶联刺表面改性、有机表面改性、高分子(聚合物)表面改性、无机表面改性等。目前对无机表面改性的研究较少。

 

通过化学方法成功地实现了矿物粉体在Ca(0H):一H20-C0:体系中的表面纳米化修饰,即在微米级重质碳酸钙、硅灰石粉体表面形核生成粒径均匀的纳米碳酸钙颗粒层。研究表明,表面纳米化修饰后的矿物粉体表面的粗糙度大大增加.尖锐的棱角得以钝化,纳米化修饰后矿物粉体比表面积比原来提高至少200%以上。将经表面纳米化修饰后的硅灰石粉体在聚丙烯(PP)中填充应用,较未经表面纳米化修饰的硅灰石粉体填料。其抗冲击强度提高65%以上。延伸率提高200%以上。

 

其他元素对表面改性的影响

研究表明,改性时间、改性温度、pH值、改性设备参数的设定等对表面改性的影响也比较大

研究了改性时间对改性效果的影响,表明随着改性作用时间的延长,包覆复合粒子的活化指数先逐渐增大,到10min左右时,活化指数不再增加。表明此时活性荆的亲本基团已经和填料表面的羟基完全 发生了化学反应。

 

对硅灰石改性效果的表征

对硅灰石粉改性的程度,通常可以用表面接触角、悬浮液黏度、活化度、活化指数等参数来表征,也可用红外光谱、扫描电镜进行检测。袁世平脚1提出了。包覆指数”的概念,为粉体涂覆改性工艺参数的确定提供了一种简单、可靠的手段。包覆指数的大小可以表征粉体的改性效果。

 

结语

硅灰石是具有独特理化性能的矿物材料,获得超细化、纳米化、复合化、高长径比的硅灰石将是今后的发展方向。在今后的发展中,应该强调硅灰石的深加工,拓展硅灰石在塑料、摩擦以及生物活性材料、复合材料等领域的应用。当然,重视适合于高长径比硅灰石生产设备的研制和流程开发也是非常必要的。

 

近年来,随着纳米科技的发展,当离子尺寸处于纳米量级时会表现出表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等,吸引着我们对硅灰石进行纳米化研究和开发。为此,应该根据硅灰石的矿物学特征,加强对纳米硅灰石的研究,进一步揭示纳米硅灰石的性能,使其获得更加广泛的应用。

 


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