3 硅灰石

第六章 硅灰石（wollastonite） 硅灰石（ ）
一、概述
1. 硅灰石是以英国化学家 W. H. Wollaston 的名字命名。 的名字命名。 2. 化学式： Ca3[Si3O9] 化学式： 3. 化学成分 B%) 化学成分(w CaO 48.3 SiO2 51.7
常有少量Fe 偶见K 常有少量 2+、Mn 2+、Mg 2+（偶见 +、 Na+）代替 代替Ca 2+。 偶度高，可用于白色颜料工业， 硅灰石白度高，可用于白色颜料工业，代 替昂贵的钛白粉，超细粉（ 替昂贵的钛白粉，超细粉（5~10µm）效果更佳。 ）效果更佳。
油漆涂料用硅灰石的质量要求（ 油漆涂料用硅灰石的质量要求（wB%）： ）： SiO2≥49，CaO≥45，Fe2O3≤0.2 ， ， 吸油量20~50，水溶物≤0.5； ，水溶物 吸油量 ； 水萃取pH值 水萃取 值7~9； ； 325目（0.036mm）粉末白度 目 ）粉末白度≥90%。 。
2. 硅灰石在陶瓷生产中的应用领域
1)生产釉面砖 生产釉面砖 坯料中加入硅灰石40~50%，坯体素烧温度 坯料中加入硅灰石 ， 为1020~1080℃，比普通釉面砖降低 ℃ 比普通釉面砖降低150 ~ 180 ℃； 釉烧温度1000~1400℃，比普通长石石灰 釉烧温度 ℃ 质釉降低110℃。 质釉降低 ℃ 釉面砖白度82~92%，吸水率 釉面砖白度 ，吸水率17~21%，吸 ， 湿膨胀0.01~0.02%，耐急冷急热性能好。 湿膨胀 ，耐急冷急热性能好。 对矿石质量的要求：硅灰石≥60%，石英 对矿石质量的要求：硅灰石 ， ≤20%，方解石 ，方解石≤13%，Fe2O3≤1.7%。 ， 。
（三）塑料、橡胶填料 塑料、
硅灰石具有绝缘性、化学惰性、颜色纯白、 硅灰石具有绝缘性、化学惰性、颜色纯白、 色泽光亮、易磨成细小纤维、 色泽光亮、易磨成细小纤维、与树脂相容性好 等特性——适于用作塑料、橡胶的填料。 适于用作塑料、 等特性 适于用作塑料 橡胶的填料。
几乎所有的塑料系统中均可使用硅灰石作 填料，产品具有质地均匀、光泽好、吸油性低、 填料，产品具有质地均匀、光泽好、吸油性低、 化学性质稳定、机械强度和硬度高等优点， 化学性质稳定、机械强度和硬度高等优点，并 具有明显的电、热绝缘性能。 具有明显的电、热绝缘性能。
（2） [CaO6]再由双四面体和单四面体交互 ） 再由双四面体和单四面体交互 排列的单链[Si-O]硅氧骨干相联接。 硅氧骨干相联接。 排列的单链 硅氧骨干相联接
[CaO6]八面体 八面体 [Si-O]单链 单链
几种不同类型的Si-O链
辉
硅
辉
灰
蔷
石
辉 斜 锰
三
石
石
石
薇
二、 硅灰石的工艺技术特性 1. 硬度 硬度:4.5~5.5。 。 2. 相对密度 相对密度:2.75~3.10。 。 3. 熔点1540℃，含杂质则熔点降低。 熔点 ℃ 含杂质则熔点降低。 4. 具有线性膨胀特点和低的膨胀系数， 具有线性膨胀特点和低的膨胀系数， 在25~650℃，[010]为6.23×10-6/℃。 ℃ 为 × ℃ 5. 绝缘性能好，低温变体的电阻值较大， 绝缘性能好，低温变体的电阻值较大， 为1.6~1.7×1014Ω· cm，适用于制造低损耗瓷。 × · ，适用于制造低损耗瓷。
5. 颜色：纯净的硅灰石为亮白色， 颜色：纯净的硅灰石为亮白色， 含杂质时呈灰色、褐色。 含杂质时呈灰色、褐色。 6. 晶体形态：针状-长柱状； 晶体形态：针状 长柱状； 长柱状 长/宽：7~8:1，最大 宽 ，最大30:1； ； 纤维状——最常见； 最常见； 纤维状 最常见 放射状、羽毛状。 放射状、羽毛状。 7. 晶体结构： 晶体结构： （1）[CaO6]八面体共棱联结成∥b轴的直链，构成 ） 八面体共棱联结成∥ 轴的直链， 八面体共棱联结成 直链 硅灰石结构中的枢轴——决定了硅灰石晶体呈纤维状、 决定了硅灰石晶体呈纤维状、 硅灰石结构中的枢轴 决定了硅灰石晶体呈纤维状 针状； 针状；
2)生产日用瓷、卫生瓷、艺术瓷 生产日用瓷、卫生瓷、 生产日用瓷
在原料中加入1~4%硅灰石，可提高泥浆稳 硅灰石， 在原料中加入 硅灰石 定性，防止分层，成型时充填性好； 定性，防止分层，成型时充填性好；可增加泥 料可塑性；可加速干燥速度；减小湿热膨胀； 料可塑性；可加速干燥速度；减小湿热膨胀； 烧成温度降低100℃以上；提高强度约 烧成温度降低 ℃以上； 2MPa；合格率＞90%。 ；合格率＞ 。 在生产过滤瓷时，加入硅灰石和石英可使 在生产过滤瓷时， 孔隙度达42~45%，制品强度高，适用于高压条 孔隙度达 ，制品强度高， 优于其它过滤陶瓷。 件，优于其它过滤陶瓷。
（五）其它应用
以硅灰石为主要原料（ 左右） 以硅灰石为主要原料（占60%左右）制作 左右 铸钢保护渣，钢坯的表面平滑、缺陷少， 铸钢保护渣，钢坯的表面平滑、缺陷少，裂纹 及结疤少，无夹杂物，可提高铸钢质量。 及结疤少，无夹杂物，可提高铸钢质量。 用作焊条配料，有助熔作用， 用作焊条配料，有助熔作用，使焊条熔渣 的流动性改善，可明显减少焊接时的飞溅， 的流动性改善，可明显减少焊接时的飞溅，焊 缝成型整洁美观、机械强度提高。 缝成型整洁美观、机械强度提高。 ），可加快熔 用作玻璃原料（ 用作玻璃原料（Fe2O3≤0.05），可加快熔 ）， 化速度，提高产量。 化速度，提高产量。 超细硅灰石粉可作为造纸填料。 超细硅灰石粉可作为造纸填料。
五、 硅灰石资源 1. 资源比较丰富，主要生产国： 资源比较丰富，主要生产国： 俄罗斯，美国，印度，墨西哥； 俄罗斯，美国，印度，墨西哥； 2. 我国资源丰富，质量优良，产品出口日本 我国资源丰富，质量优良， 和东欧。 和东欧。 分布:吉林，辽宁，湖北，湖南，江西，福建； 分布 吉林，辽宁，湖北，湖南，江西，福建； 3. 开采：露天开采； 开采：露天开采； 4. 选矿：磁选 选矿：
6. 具有良好的化学稳定性，在25℃的中性 具有良好的化学稳定性， ℃ 水中溶解度为0.095mg/L。 水中溶解度为 。 一般情况下耐酸、耐碱、耐化学腐蚀， 一般情况下耐酸、耐碱、耐化学腐蚀，但 在浓盐酸中分解，形成絮状物。 在浓盐酸中分解，形成絮状物。
三、硅灰石的应用
（一）陶瓷原料 1. 硅灰石作为陶瓷原料，具有如下作用 硅灰石作为陶瓷原料，
3)用于釉料 用于釉料
硅灰石的低膨胀系数和易熔性有利于制作 低胀低温釉，亦有利于快速烧成; 低胀低温釉，亦有利于快速烧成 其本身不含挥 发份，使釉面不产生凹坑、针眼， 发份，使釉面不产生凹坑、针眼，可提高釉面 光泽度。 光泽度。
4)用于绝缘、高频电瓷 用于绝缘、 用于绝缘
硅灰石在电性能方面优于有机绝缘材料— 硅灰石在电性能方面优于有机绝缘材料 —聚乙烯、聚四氯乙烯等，故适于低介电陶瓷。 聚乙烯、 聚乙烯 聚四氯乙烯等，故适于低介电陶瓷。
4. Ca3[Si3O9]有三种变体： 有三种变体： 有三种变体
（1） 硅灰石：低温变体，单链结构，三斜晶系， ） 硅灰石：低温变体，单链结构，三斜晶系， 自然界最常见。 自然界最常见。 硅灰石， （2）α-硅灰石，单斜晶系，自然界产出较少。 ） 硅灰石 单斜晶系，自然界产出较少。 （3）假硅灰石，高温变体，环状结构，三斜晶 ）假硅灰石，高温变体，环状结构， 自然界在火山喷出物中罕见。 系，自然界在火山喷出物中罕见。 （4）硅灰石与假硅灰石之间的转变温度为 ） 1126℃。 ℃
3)降低吸湿膨胀和热膨胀 降低吸湿膨胀和热膨胀
硅灰石有助于降低陶瓷坯体的吸湿膨胀。 硅灰石有助于降低陶瓷坯体的吸湿膨胀。 硅灰石的热膨胀系数小且呈线性， 硅灰石的热膨胀系数小且呈线性，因而可 降低坯体的热膨胀，避免产生裂纹。 降低坯体的热膨胀，避免产生裂纹。
4)改善制品的机械强度 改善制品的机械强度 硅灰石针状晶体杂乱无章的排列形成交织 硅灰石针状晶体杂乱无章的排列形成交织 结构，部分熔融产生的熔体予以固结， 结构，部分熔融产生的熔体予以固结，增强了 坯体的结合力，提高了机械强度——制品不易 坯体的结合力，提高了机械强度 制品不易 破碎，某些产品甚至可在高压下使用。 破碎，某些产品甚至可在高压下使用。 5)适于制造低介电陶瓷 适于制造低介电陶瓷 硅灰石的介电损耗低，绝缘电阻大， 硅灰石的介电损耗低，绝缘电阻大，适宜 制造低介电陶瓷。 制造低介电陶瓷。 与普通原料制成的高压电瓷瓶相比， 与普通原料制成的高压电瓷瓶相比，硅灰 石瓷瓶可降低耗电量10倍 石瓷瓶可降低耗电量 倍。
四、合成硅灰石
多采用烧结法。以石英粉和石灰石为原料， 多采用烧结法。以石英粉和石灰石为原料， 加入助熔剂白云石，经焙烧而成。 加入助熔剂白云石，经焙烧而成。 合成产品的成分、颜色、密度、硬度、 合成产品的成分、颜色、密度、硬度、熔 点均可与天然产者类比， 点均可与天然产者类比，但不具备天然硅灰石 的晶形。 的晶形。 硅灰石也见于高炉矿渣中。 硅灰石也见于高炉矿渣中。
1)降低烧成温度，缩短烧成周期 降低烧成温度， 降低烧成温度 传统陶瓷主要使用石英、长石、滑石、 传统陶瓷主要使用石英、长石、滑石、叶 蜡石、高岭石等Si－Al体系原料，生成物相主 蜡石、高岭石等 － 体系原料， 体系原料 要是莫来石。 要是莫来石。 引入硅灰石，构成Si－ － 低共熔体系 低共熔体系， 引入硅灰石，构成 －Al－Ca低共熔体系， 生成物相主要是钙长石， 生成物相主要是钙长石，在较低温度下就可烧 硅灰石起助熔和降低烧成温度的作用。 成。——硅灰石起助熔和降低烧成温度的作用。 硅灰石起助熔和降低烧成温度的作用 由于硅灰石晶形为针状，可提供通道，使 由于硅灰石晶形为针状，可提供通道， 湿气很快逸散，干燥快，可缩短陶瓷烧成周期， 湿气很快逸散，干燥快，可缩短陶瓷烧成周期， 提高生产效率。 提高生产效率。
5)用于轻质陶瓷模具 用于轻质陶瓷模具
硅灰石轻质陶瓷模具比石膏模具具有更强 硅灰石轻质陶瓷模具比石膏模具具有更强 石膏模具 的耐磨性，寿命延长7~8倍，且成模快，收缩小， 的耐磨性，寿命延长 倍 且成模快，收缩小， 变形小。 变形小。