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硅灰石比表面积测定
点击次数：1024 发布时间：2012/9/25 10:12:03
硅灰石为钙的偏硅酸盐矿物，是一种新兴的工业矿物原料。目前主要用于陶瓷工业，其次用作冶金保护渣和涂料，也可用作电焊条药皮、石棉代用品、磨料粘结剂、玻璃配料以及生产橡胶、塑料、绝缘材料、纸张的填料。有的硅灰石岩可作建筑饰面材料或生产白水泥的配料。
矿石矿物原料特点
硅灰石的化学分子式为CaSiO3，结构式为Ca3［Si3O9］，理论化学成分：CaO 48.25%、SiO2 51.75%。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，并混有少量的Al和微量K、Na。
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）。目前被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·℃）；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）。
石膏的用途：
石膏属于气硬性胶凝材料（只能在空气中硬化的胶结料）是传统的三大无机胶凝材料（水泥、石膏、石灰），是一种重要的无机非金属材料，在国民经济中占有重要的地位，广泛用于建筑、建材、工业模具和艺术模型、化学工业及农业、其它特殊行业等众多应用领域，是一种重要的工业原材料。
建筑石膏胶凝材料是一种古老的建材，具有悠久的发展史，早在公元前，中国、埃及、希腊、罗马等国家就已开始利用经煅烧的石膏和石灰作为胶结材料应用，著名的古埃及大金字塔等许多古代宏伟建筑，均采用了石灰石膏作为胶凝材料砌筑而成的。
硅灰石的加工科学：
（1）选矿
国内外硅灰石选矿的主要方法是手选、单一磁选、浮选、磁选-浮选（或电选）联合流程。选矿的主要目的是降低铁含量及分离方解石。
（a）、手选
采矿场人工拣选富矿块或破碎后在输送带上，人工选富硅灰石矿块。手选适用于质量较好的矿石。
（b）、单一磁选
硅灰石岩石中的主要伴生矿物如透辉石和石榴子石等属于弱磁性矿物，而硅灰石基本不显现出磁性，故可用干法或者湿法强磁选技术使硅灰石与之相互分离，即可分离出大量含铁矿物，提高产品纯度。
（c）、单一浮选
根据硅灰石与方解石矿物表面物理化学性质的差异，用浮选法可有效地使之相互分离，从而提高硅灰石产品的纯度。
（d）、磁选-浮选联合工艺
此法适用于低品位硅灰石的处理。首先用干式或湿式磁选，将弱磁性矿物分离出来。然后用浮选法将硅灰石与方解石、石英等矿物分开。浮选分离硅灰石与方解石。石英等矿物主要有两种工艺流程。
1、阴离子捕收剂反浮选方案
方解石为碳酸盐类矿物，硅灰石与石英同属硅酸盐类矿物，据此，根据二者表面电性差异，通过改变矿浆介质的ph值，采用调整剂来抑制硅灰石，浮选分离出方解石。然后再浮选分离石英和硅灰石。一般用氧化石蜡皂作方解石的捕收剂，硅酸钠作硅灰石和石英的抑制剂。
2、阳离子捕收剂正浮选方案
此法主要是通过调节硅灰石与方解石矿物表面电性，使其带异号电位，从而用阳离子捕收剂通过静电吸附作用，优先浮出硅灰石，而方解石则作为尾矿留于浮选槽中。浮选作业分为两段：段用胺类捕收剂将硅灰石与硅酸盐矿物作为泡沫产品一起浮出，方解石则留于槽中；第二段用胺离子与阴离子混合捕收剂进行浮选硅酸盐杂质，而硅灰石作为槽中产品回收。
（2）、粉碎与针状硅灰石的加工
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，则不仅对其粒度发现和粒度分布有要求，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高级增强填料等，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。
目前，400目以下的普通硅灰石粉大多采用雷蒙磨和球磨机进行加工，国内主要采用雷蒙磨。为了确保大颗粒的含量不超标，可增设分级或筛分设备。这种生产工艺大多采用干法。
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于生产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。上述两类设备对偶式干法生产。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）。
（3）表面改性
硅灰石粉体的针状结构使其可用作塑料、橡胶、尼龙等高聚物基复合材料的无机增强填料。但未经表面处理的硅灰石粉与有机高聚物的相容性差，难以在高聚物基料中均匀分散。必须对其进行适当的表面改性，以改善其与高聚物基料的相容性，提高填充增强效果。例如，用硅烷偶联剂处理的硅灰石填充聚碳酸酯后，其弹性模量是未填充时的3倍，强度增加约15%；填充到聚乙烯中，能改善其强度和电绝缘性能；填充聚丙烯，与未改性的硅灰石填料相比，在填充量相同条件下，拉伸强度、弯曲强度等显著提高。硅灰石粉体的表面积研究是非常重要的，硅灰石粉体的比表面积检测数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测，现在国内也被淘汰了。目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的，请参看我国国家标准（GB/T 19587-2004）-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积检测其实是比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪费测试人员很多的宝贵时间。北京金埃谱科技有限公司的F-Sorb 2400比表面积分析仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要北京金埃谱科技有限公司的F-Sorb 2400比表面积分析仪是迄今为止国内完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。
硅灰石粉体的表面改性主要采用化学方法。常用的表面改性剂有硅烷偶联剂、钛酸酯和铝酸酯偶联剂、表面活性剂及甲基丙烯酸甲酯等。
（a）、硅烷偶联剂改性
硅烷偶联改性是硅灰石粉体常用的表面改性方法。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，用量为硅灰石质量的0.5%左右；甲基丙稀含氧硅烷的用量为硅灰石质量的0.75%，这两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。
（b）、表面活性剂改性
用硅烷偶联剂处理硅灰石，可大大改善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）、季铵盐、聚乙二醇、高级脂肪醇聚氧乙烯醚（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极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。
（c）、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，这样既改不了硅灰石粉体的表面性质，又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。
硅灰石的应用科学：
由于硅灰石具有针状、纤维状晶体形态及较高的白度和独特的物理化学性能，广泛应用于陶瓷、涂料、橡胶、冶金保护渣、化工、造纸、电焊条以及作为石棉代用品、磨料黏结剂、玻璃和水泥的配料等。
油漆料工业 优等硅灰石粉用于油漆涂料一些产品中，取代立德粉及部分钛、进口Ｐ８２０做为充填剂，能改善涂层的流平性。硅灰石的粒子形状是涂料的很好悬浮剂，其沉淀物柔软分散，可做清洁型涂料的增强剂。由于它吸油量低。有很高的充填量，减少粘结物质的消耗，因而涂料的成本大幅度下降。硅灰石偏碱性，非常适用于聚乙酸乙烯涂料，使着颜色料分散均匀，它可以把适用酸性介质的颜料连接起来，也可以制成鲜艳的彩色涂料，表面有均匀分布的性能，喷涂性能良好。它做充填料，能改进钢涂层耐腐蚀能力。除用于水性涂料、聚乙烯醇缩甲醛外，还可用于底漆、中间涂层、油性涂料、路标涂料、隔音涂料、耐火涂料等。它在沥清涂料中可以取代石棉，在自净漆中，可用硅灰石作为一种加固剂。硅灰石粉用于油墨行业，代替部分钛、立德粉，也取得了理想的效果。（2）在橡胶塑料中的应用 硅灰石粉已被应用在硫化橡胶，铺地沥清乙烯基砖、乙烯基树脂、聚乙醚环氧树脂乙烯塑板、苯酚模型中。生产环氧树脂时采用５０％的硅灰石粉做填充色剂，在非凝固状态时具有吸水率低的特点。硅灰石可以改进聚合物质的性质，做弹性物质的填充料，可降低价格。这种合成物质热稳定性高，介电指数和吸水性低、机械性能稳定。硅灰石广泛用于聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯基氯化物、聚乙烯中的填料，与其它填料相比，硅灰石具有优良的电学、机械和热力学的性质。在聚苯乙烯树脂合成物中加入硅灰石，可降低昂贵色料的用量，而不影响质量。在聚丙化合物中应用硅灰石亦可节省费用。由于硅灰石水份含量低，颜色浅具有光泽，形状稳定，有加固性质，所以常常又被应用在尼龙模压材料中。硅灰石粉应用在胶鞋行业的鞋底中，取代部分钛、白炭黑、陶土等，效果佳。用于胶管、胶带中、产品质量提高，而成本明显降低。（3）在冶金、耐火行业中应用 硅灰石的化学成分稳定，其碱度值近于１，正是冶金保护渣的理想原料。在８０年代初期，我国已开始利用硅灰石生产冶金保护渣，并逐渐扩大品种，现已广泛应用在模铸、连铸（板坯、方坯）、合成渣及不锈钢连铸等许多品种。保护渣用低档次硅灰石即可，因而成本低廉。近年来，硅灰石在冶金行业的应用又有新发展，在金属铸模涂料、喷吹精炼钢水、耐火砖、耐火绝缘器、陶瓷绝缘泡沫等行业都大量应用硅灰石，因此，国外有的专家认为，硅灰石应是耐火材料。（4）在陶瓷工业的应用 在陶瓷原料中加入适量的硅灰石（中、低档即可），可以大幅度地降低烧成温度，缩短制品的烧成时间，实现低温快速一次烧成，节约大量燃料，明显降低产品成本。由于硅灰石制品中不含碱金属，所以它具有良好的电绝缘性质，且高抗冲击强度和外形稳定性兼备，这种特性使得硅灰石在精密陶瓷业、工艺陶瓷业得到了应用。在釉泥原料中，用硅灰石代替白色颜料，可增加釉的光泽，减少釉泥的粘度，大大地降低成本。硅灰石在陶瓷制品中，可以防止瓷器的破裂、微裂、破损和瓷釉缺陷。由于硅灰石具有线性热膨胀性质。因而可以降低产品挠曲度程度。釉中加入１％的硅灰石所降低的热膨胀足以使得釉暴露于空气后不会产生裂纹。（5）在电器绝缘材料中应用 硅灰石形成不导电的结晶时，具有很高的绝缘率，这种性能在高质量的电力设备中是宝贵的材料。美国公司在制造电气陶瓷中，加入２０％硅灰石，使得该类产品价格下降２０倍。绝缘材料容许通过极少量的电，因此，硅灰石被用在无线电陶瓷、低介电损耗的绝缘体、日用绝缘器的陶瓷绝缘泡沫、建筑绝缘陶瓷等行业。对超高频专门电子仪器，如高温瓷元件，高压断路器，酚醛粘合电阻器，以及在制造温度５００℃ 以上的无机绝缘材料方面，硅灰石也是特别有用的。（6）在电焊条行业 硅灰石用于焊条涂层，加速熔融速度，在国外已有多年应用历史。硅灰石用于焊条涂层，具有节能，抗气孔，增强焊缝强度，促使焊缝表面光滑，改善熔滴过渡，加速涂层熔化速度等优点。特别是我公司硅灰石含杂低、质量优良，适一于做特种焊条、埋张焊剂。（7）硅灰石代替短纤维石棉及纤维滑石 由于石棉制品加工中极易导致人们产生癌症，这在美国、日本等工业发达国家已形成共识，所以目前他们开始淘汰石棉及其制品的使用，而以针状硅灰石代替短纤维石棉、玻璃纤维，投入工业化生产。我公司所产针状硅灰石，是加工针状硅灰石粉的理想原料，具有广阔的发展前途。（8）其它用途 （a）、硅灰石用于造纸，是非常有前途的行业，根据国外专家的预测，硅灰石远景需要量每年７５万吨，其中造纸用量占４０％。（b）、由于硅灰石烧失量低，使它成为几乎不产生气泡的天然玻璃原料，并能降低熔化温度、缩短熔烧时间，节约大量能源。（c）、硅灰石用在瓷粘结磨料和砂轮生产中会大大提高熔融速度和高温防震性能。有的也被用在细磨砂轮粘合材料填料中。（d）、玻璃钢行业，用硅灰石代替树脂中的填料，能大幅度降低产品成本。 （e）、硅灰石粉可做矿渣水泥块复层涂料。（f）、硅灰石可做石棉－水泥基质产品。 （g）、硅灰石还应用于粘结陶瓷制品、层压塑料、标记材料、火柴、虑油纸、胶合板、人造橡胶、壁板等。（h）、在国外用于陶瓷粘结的研磨工具、铸造产品、电器设备、舰船间墙壁、金属制品、珐琅涂层、钢筋混凝土块的涂层、白水泥、制动器结构的垫衬、压容器、油腻子、蓄电池的隔板等都是硅灰石的应用领域。
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原创作者：北京金埃谱科技有限公司
