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话说硅灰石

2009-09-30 13:05阅读:
话说硅灰石
刘继顺
2009-09-30
一、硅灰石资源
硅灰石,英文名为wollastonite,化学组成为Ca3〔Si3O9〕,链状偏硅酸盐矿物。
硅灰石属于三斜晶系,通常呈片状、放射状、针状或纤维状集合体,呈白色微带灰色。玻璃光泽,解理面上珍珠光泽。硬度4.5~5.0。解理平行{100}完全,平行{001}中等,两组解理面交角为74°。密度2.78~2.91克 /厘米3。
硅灰石是一种无机针状矿物。这种特殊的晶体形态与晶体结构,决定了硅灰石无毒、具良好的绝缘性,耐化学腐蚀、热稳定性及尺寸稳定性好,具玻璃和珍珠光泽,低吸水率和吸油值,力学性能及电性能优良以及有一定补强作用,同时具有很高的白度。
硅灰石的成因有两种:
其一:碳酸钙岩石(石灰石岩、灰岩)在花岗岩浆侵入条件下,发生接触变质交代,岩浆中的硅与碳酸钙发生反应形成偏硅酸钙,偏硅酸钙结晶后形成硅灰石。优质硅灰石的形成取决于灰岩的含钙量、花岗质岩浆的超酸性和晶体成核及结晶时间。
其二、灰岩经区域变质而成。区域变质形成的硅灰石往往质量较差。
工业指标:硅灰石矿物含量40-45%
其它工业指标为:可采厚度:露采≥1~2m,坑采≥1m;
夹石剔除厚度:露采≥1~2m,坑采≥1m;
剥采比:3
杂质含量:Fe2O3+TiO2≤2%,Cu≤0.3%.


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全球硅灰石资源比较丰富,资源总量估计在8亿吨以上,但分布很不均衡。目前仅有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3亿吨;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。
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2亿吨。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13265万吨,位居世界前列。保有储量最多的是吉林省,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%。
在全国保有储量的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7661万吨,占全国保有矿石储量的58%;可供近期利用的矿产地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,近期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%。 
二、硅灰石用途
决定硅灰石矿的品质有白度,纤维长度和硅灰石矿物的含量。
硅灰石广泛地应用于陶瓷、化工、冶金、造纸、塑料、涂料等领域。
涂料级硅灰石粉:具有一种良好的补强性,既可提高涂料的韧性和耐用性,又可保持涂料表面平整与及良好的光泽度,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,从而具抗腐蚀能力。由此可生产出高质量的、颜色明亮的涂料,并具良好的均涂性和抗老化性能,使涂料可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。
塑料橡胶级硅灰石:因硅灰石的独特的针状纤维,具良好的绝缘性、耐磨性及较高的折光率,是塑料、橡胶制品较好的填充材料。这种硅灰石粉可提高冲击强度、增强流动性,改善抗拉强度、冲击强度、线性拉伸及模收缩率。
摩擦级硅灰石粉:硅灰石特殊的针状结构和独有的物理机械性能,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。
造纸级硅灰石粉:经特殊加工工艺后仍能保持其独特的针状结构,使得添加了硅灰灰石粉的白板纸,大幅度提高白度、不透明度(面层遮盖度)、平整度、平滑度和适应性, 减少定量横差和纸板湿变形,提高印刷适应性,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。
建材级硅灰石粉:无毒、无味、无放射性等优点,使得硅灰石逐渐取代对人体健康有害的石棉,成为新世纪环保建材的新原料。经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。
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。
  
三、硅灰石标准
中华人民共和国建材行业标准JC/T 535-1994
硅灰石
1994—10—01 实施
国家建筑材料工业局 发布
1 主题内容与适用范围
本标准规定了天然硅灰石(CaSiO3)产品的分类,技术要求,试验方法,检验规则及
其他要求。
本标准适用于天然硅灰石产品的质量检验和验收。
2 引用标准
GB 2007.1 散装矿产品取样制样通则 手工取样方法
GB 2007.2 散装矿产品取样制样通则 手工取样方法
GB 2007.7 散装矿产品取样制样通则 粒度测定方法 手工筛方法
GB 5211.2 颜料水溶物测定 热萃取法
GB 5211.3 颜料在105℃挥发物的测定
GB 5211.13 颜料水萃取液酸碱度的测定
GB 5211.15 颜料吸油量的测定
GB 5950 建筑材料与非金属矿产品白度试验方法通则
3 产品分类及等级
3.1 硅灰石产品按粒径分为5 类,见表1。
表1
________________________________________________________________________________
类别 块粒 普通粉 细粉 超细粉 针状粉
______________________________________________________________________________
粒径 1~250mm 38~1 000μm 10~38μm 0~10μm 长径比10∶1
(不包括1 000μm) (不包括38μm) (不包括10μm)
________________________________________________________________________________
3.2 各类硅灰石产品又按产品质量分为优等品、一级品、二级品、合格品。
4 技术要求
4.1 外观质量要求
块粒硅灰石产品中不允许夹杂木屑、铁屑、杂草等,不被其他杂物污染。
粉状硅灰石产品中不得有肉眼可见的杂质。
4.2 理化性能
硅灰石产品技术指标应符合表2 规定。
表2
________________________________________________________________________________
优等品 一级品 二级品 合格品
________________________________________________________________________________
硅灰石含量% ≥ 90 80 70 60
二氧化硅含量% 48~52 46~54 44~59 41~59
氧化钙含量% 45~48 42~50 40~50 38~50
三氧化二铁量% ≤ 0.2 0.4 0.8 1.5
烧失量% ≤ 2.5 4.0 6.0 9.0
白度% ≥ 90 85 75 -
吸油量% 18~30(粒径小于5μm,18~35) -
水萃液碱度 ≤ 46 -
105℃挥发物含量% ≤ 0.5
块粒,普通粉筛余量% ≤ 0.5
细度
细粉,超细粉大于粒径含量% ≤ 10.0
________________________________________________________________________________
注:水萃液碱度为46时,用精密试纸测试pH 值约为9。
5 试验方法
5.1 硅灰石含量的测定
5.1.1 方法概要
利用硅灰石化学稳定性差,易溶于酸的特点,使其溶于冷酸(20~30℃)中与其他硅酸盐矿物(包括钙铁石榴子石)分离。由于碳酸钙矿物也溶于冷酸,故选用硅酸钠作抑制剂,在20~30℃,2~3h 的条件下,用柠檬酸铵溶解方解石矿物,使硅灰石与碳酸钙矿物分离,过滤两溶液,分别滴定其氧化钙含量,差减求出硅灰石含量。
通过试验,硅灰石在柠檬酸铵中的溶解率在3%左右,故在计算中取3%作为硅灰石含量的校正系数。
5.1.2 试剂
a. 盐酸溶液:1+5;
b. 氟化钾(KF·2H2O)溶液3%(m/V),贮于塑料瓶中;
c. 氢氧化钾溶液:20%(m/V),贮于塑料瓶中;
d. 柠檬酸铵与硅酸钠混合液:称取分析纯柠檬酸铵244g 溶于1 000mL 水中。此为甲液。称取0.8g 分析纯二氧化硅置于银坩埚中,加粒状氢氧化钠4g,置于600℃电炉上熔融10min,取下,以沸水浸取,稀释至1 000mL,保存于塑料瓶中。也可用分析纯硅酸钠直接配成相当的溶液。用时取出所需体积的溶液,以少许甲基红为指示剂,用(1+1)硝
酸中和至恰变红色,再以(1+1)氨水调至恰变黄色。此为乙液。将甲乙丙液等体积混合,pH 值为7~7.5,即为柠檬酸铵与硅酸钠混合液;
e. 乙二胺四乙酸二钠(EDTA)标准溶液(0.01mol/L):称取EDTA3.7g 溶于水中,过滤后稀释至1 000mL;
f. 氧化钙标准溶液:2.4mg/mL。准确称取约0.6g 已在105℃下烘干的碳酸钙(基准试剂)置于400mL 烧杯中,加水100mL 盖上表皿,沿杯口加(1+1)盐酸至碳酸钙全部溶解,加热煮沸数分钟,冷却。移入250mL 容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。
EDTA 标准溶液标定:吸取25mL 氧化钙标准溶液(f),置于400mL 烧杯中,加水150mL,然后加入钙指示剂约0.1g,以氢氧化钾溶液(c)调整溶液到酒红色出现,再过量2~3mL(pH在12 以上)。然后用EDTA 标准溶液(e)滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色。
EDTA 标准溶液对氧化钙的滴定度按式(1)计算:
m0
TCaO=----×0.560 3 ……………………………(1)
V0
式中:TCaO——EDTA 标准溶液对氧化钙的滴定度,mg/mL;
m0——称取碳酸钙的质量,mg;
V0——滴定时消耗的EDTA 标准溶液体积,mL;
0.560 3——氧化钙与碳酸钙分子量比值。
g. 钙黄绿素与麝香草酚酞混合指示剂;取钙黄绿素0.75g,麝香草酚酞(C23H30O4)0.5g,氯化钾100g,混匀,磨细。保存于磨口瓶中。
5.1.3 仪器
a. 磁力搅拌器;
b. 天平:感量0.1mg。
5.1.4 分析步骤
准确称取0.1~0.2g 已烘干的样品两份(粒度最好小于75μm),分别置于A、B 两个100mL 烧杯中。A 杯中加入50mL 柠檬酸铵与硅酸钠混合液(d),B 杯中加入盐酸(a)50mL。保持相同的温度(20~30℃),用磁力搅拌器轻微搅拌相同的时间(2~3h),取下过滤,水洗。并将滤液移入200mL 或250mL 容量瓶中,稀释至刻度、摇匀。吸取A、B 滤液各20~50mL,分别置于三角瓶中。同时加氟化钾溶液(b)2~3mL,放置片刻。然后用氢氧化钾溶液(c)调节pH 值大于12,加指标剂(g)少许,用EDTA 标准溶液(e)滴定至荧光消失,紫红色出现为终点。
5.1.5 结果计算
硅灰石含量按式(2)计算:
VB VA
X1=2.0714×TCaO·r×1.03(—-—)×100 …………………(2)
mB mA
式中:X1——硅灰石含量,%;
TCaO——EDTA 对氧化钙的滴定度,mg/mL;
r——试液总量与滴定时吸取的试液体积比;
VA、VB——滴定A、B 溶液消耗EDTA 溶液的体积,mL;
mA、mB——试样质量,mg;
2.0714——硅酸钙与氧化钙分子量比;
1.03——校正系数。
5.1.6 允许差
试验应进行平行测定,以其平均值为测试结果。结果保留两位小数。平行样间绝对误差不得超过3%,否则重新试验。
5.2 二氧化硅含量测定
5.2.1 方法概要
试样经碳酸钠熔融,盐酸提取后酸化,蒸至湿盐状,在盐酸介质中,加动物胶使硅酸凝聚,沉淀经过滤、灼烧、称量、恒重,经氢氟酸处理再灼烧,称量。滤液采用硅钼蓝比色测试硅量,二者之和为二氧化硅含量。
5.2.2 试剂
a. 无水碳酸钠;
b. 二氧化硅(优级纯试剂);
c. 盐酸(密度1.19g/cm[3]);
d. 氢氟酸;
e. 焦硫酸钾;
f. 硫酸溶液:1+1;
g. 盐酸溶液:1+1;
h. 盐酸溶液:1+5;
i. 盐酸溶液:2+98;
j. 动物胶溶液:1%(m/V)。将1g 动物胶溶于70℃的100mL 水中,过滤。用时现配;
k. 钼酸铵溶液:5%(m/V)。在塑料杯中钭5g 钼酸铵溶于100mL 热水中,过滤,贮于塑料瓶中。用时现配;
l. 硫酸亚铁铵溶液:5%(m/V)。用时现配,过滤;m. 混合酸:将3g 草酸溶于100mL(1+9)硫酸中;
n. 氢氧化钠溶液:20%(m/V);
p. 二氧化硅标准溶液:0.1mg/mL。称取0.100 0g 预先在1 000℃下灼烧30min 的二氧化硅(b)置于铂坩埚中。加2g 无水碳酸钠(a)混匀,再覆盖0.5g 碳酸钠(a)于1 000℃高温炉中熔融30min 取出,冷却。将坩埚置于盛有100mL 热水的聚四氟乙烯烧杯中,加热浸取熔块至溶液清亮。用热水洗出坩埚及盖,将溶液冷却至室温,移入1 000mL 容
量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。立即将溶液移入塑料瓶中;
q. 对硝基苯酚指示剂:0.5%(m/V),溶于乙醇。
5.2.3 仪器
a. 分光光度计;
b. 天平:感量0.1mg;
c. 高温炉:温度范围0~1 300℃。
5.2.4 分析步骤
5.2.4.1 准确称取约0.5g 干燥的试样,置于加有4~5g 碳酸钠(a)的铂坩埚中,混匀,再覆盖1g 碳酸钠(a),加盖放入高温炉中,于950℃熔融1h,取出冷却,将坩埚及盖放入250mL 烧杯中,加入盐酸(g)50mL,盖上表皿,待熔块完全脱落后,用盐酸(i)洗出坩埚及盖,并用带胶皮头的玻璃棒擦洗干净。将溶液置于水浴上蒸至湿盐状,稍冷,加盐酸(c)20mL,加热至近沸,在溶液温度为70~80℃时,加入动物胶溶液(j)10mL,保温搅拌15min,用热水稀释至50mL,搅拌使盐类溶解后,稍冷,用中速定量滤纸过滤,以盐酸(i)洗净烧杯,洗滤纸及沉淀直至无铁离子的黄色,再用热水洗10~15 次,滤液收集于250mL 容量瓶中。
5.4.2.2 将滤纸和沉淀一起移入铂坩埚中,低温灰化后,置于高温炉内,从低温起升温,在950~1 000℃下灼烧1h,取出坩埚,在干燥器中冷却15~20min,称量,如此反复进行(每次灼烧改为0.5h)直至恒重。向坩埚中加水润湿沉淀,再滴加硫酸(f)4~5 滴,加氢氟酸(d)10mL,低温加热至冒三氧化硫白烟时将坩埚取下,稍冷再加氢氟酸(d)5mL,蒸至三氧化硫白烟冒尽。取下坩埚,置于高温炉中,在950~1 000℃下灼烧30min,取出冷却,称量。如此反复操作,直至恒重。
5.2.4.3 在上面坩埚中加2~3g 焦硫酸钾(e),加热熔融,用稀盐酸浸取,溶液合并于5.2.4.1 滤液中。用水稀释至250mL,摇匀。此为试样溶液A。
5.2.4.4 吸取试液A5mL 于50mL 容量瓶中,加1 滴对硝基苯酚指示剂(q),用氢氧化钠溶液(n)调至黄色,加几滴盐酸(g)使溶液由黄色刚变为无色。加水10mL,加盐酸(h)2.5mL,钼酸铵溶液(k)5mL,在20~40℃下放置20min。加入混合酸(m)15mL 混奖,30s 后加硫酸亚铁铵溶液(l)5mL,用水稀释至刻度,混匀,放置10min,用分光光度计于680mm 处测吸光度。
5.2.5 标准曲线绘制
准确吸取二氧化硅标准溶液(p)25mL 加入250mL 容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀(此溶液每毫升含二氧化硅10μg)。分别吸取0,1.0,2.0,4.0,6.0,8.0,10.0mL 置于50mL 容量瓶中,加盐酸(h)25mL,加水10mL,以下同5.2.4.4,绘制二氧化硅与吸光度的标准曲线。
5.2.6 结果计算
二氧化硅含量按式(3)计算:
m1-m2+m3r×10[-6]
X2=-------------------×100 ……………………(3)
m
式中:X2——二氧化硅含量,%;
m1——灼烧后沉淀与坩埚质量,g;
m2——经处理和灼烧后残渣与坩埚质量,g;
m3——从标准曲线上查得的试液二氧化硅量,μg;
m——试样质量,g;
r——试液A 总体积与比色时吸取试液的体积比。
5.2.7 允许差
试验应进行平行测定,以其平均值为测试结果。结果保留两位小数。平行样间绝对误差不得超过0.3%,否则重新试验。
5.3 氧化钙含量测定
5.3.1 方法概要
吸取5.2.4 制备的试样溶液A,以盐酸羟胺和三乙醇胺为掩蔽剂,在pH 值不小于12时,用钙指示剂作为指示剂,以EDTA 标准溶液滴定钙。
5.3.2 试剂
a. 盐酸羟胺:固体、分析纯;
b. 三乙醇胺溶液:1+1;
c. 氢氧化钠溶液:20%(m/V);
d. EDTA 标准溶液:0.015mol/L。称取EDTA5.55g 溶于水中,过滤后稀释至1 000mL。EDTA 标准溶液标定按5.1.2 中f 项进行;
e. 钙指示剂。
5.3.3 分析步骤
吸取5.2.4 制备的试样溶液A10~25mL 置于三角瓶中,加盐酸羟胺(a)少许,三乙醇胺溶液(b)3mL,稀释至约150mL,用氢氧化钠溶液(c)调节试液至pH 值为12,过量2mL,加入适量钙指标剂(e),用EDTA 标准溶液(d)滴定至溶液由酒红色变为亮蓝色为终点。
5.3.4 结果计算
氧化钙含量按式(4)计算:
TCaO·V1·r
X3=-------------×100 …………………………(4)
1 000m
式中:X3——氧化钙含量,%;
TCaO——EDTA 对氧化钙的滴定度,mg/mL;
V1——滴定钙时消耗EDTA 标准溶液的体积,mL;
r——试液A

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