硅灰石资源及加工应用现状分析.doc

硅灰石资源及加工应用现状分析 武汉理工大学资源与环境工程学院 林浩 管俊芳 杨文 高惠民 硅灰石是一种钙的偏硅酸盐类矿物，理论化学成分为CaO48.3％，SiO251.7％。1933年美国在纽约洲的威尔斯鲍罗Willsboro就已开采利用硅灰石矿，我国1975年在湖北大冶小箕铺首次发现硅灰石矿床[1]，并于1980年正式开采利用。我国硅灰石工业起步较晚，但发展迅速，已成为世界上第一大硅灰石生产国[2]。由于硅灰石具有针状、纤维状晶体形态和白度高等特性，所以广泛应用于陶瓷、化工、冶金、建筑、机械、电子、造纸、汽车、橡胶以及涂料和塑料等行业。 一、国外硅灰石资源及加工应用 （一）世界硅灰石资源量 世界硅灰石资源较丰富，资源总量在8亿t以上，但分布很不均衡[3]。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，探明储量34亿t[4]；芬兰、土耳其、纳米比亚、南非、苏丹、加拿大和南斯拉夫等也发现了硅灰石矿床。 美国的主要产地是纽约州和加利福尼亚州。纽约州的威尔斯博罗地区，硅灰石开采总量约为1100万t；芬兰也是世界著名的硅灰石产地。该国的南部和东南部有若干硅灰石矿床，其中以拉彭兰塔矿床规模最大。最近在拉彭兰塔西北新发现一个硅灰石矿床，储量约2200万t；墨西哥硅灰石矿床主要分布于恰帕斯州和萨卡特卡州，散布有许多中小型产地。主要矿床有两处一是位于恰帕斯州皮丘卡尔乎城附近的圣菲硅灰石矿床，储量100万t；二是拉布兰卡区硅灰石矿床，已探明的硅灰石储量为3000万t，远景储量约为5500万t；印度硅灰石矿床主要分布在拉贾坦邦焦特布尔区，即为贝尔卡帕哈尔硅灰石矿床，这是目前已知的最大的硅灰石矿床，已探明储量为5000万t，远景储量可能为2亿t；俄罗斯至今发现的硅灰石矿点已近百处，主要矿床有博萨金、科依塔什和斯留江卡矿床。肯尼亚、纳米比亚、苏丹、新西兰等国，虽有硅灰石矿床，但产量都很少。 （二）世界主要硅灰石生产国加工现状 硅灰石在工业中应用的历史较短，最早发现硅灰石是在中国大冶，最早开发硅灰石的是美国[8]，硅灰石矿产开发主要在中国、印度、美国、墨西哥和芬兰，在加拿大、摩洛哥、纳米比亚、朝鲜、巴基斯坦和土耳其也有少量硅灰石生产，世界硅灰石总生产能力超过60万t／年[3]。表1为近年全球主要产地国硅灰石产量。 由表1可知，亚洲各主要硅灰石生产国的产量近两年呈下降趋势，而美洲各主要硅灰石生产国产量近两年呈上升趋势。亚洲硅灰石生产产量下降而美洲生产产量上升的主要原因是因为近几年硅灰石深加工程度的提高。 图1和图2分别为全球硅灰石产量及深加工所占比例走势图，从图可以看出，全球硅灰石产量在稳步增加的同时，深加工的比率也逐年的增长，到2006年，已达到近68％，使产品销售的结构也发生了变化。硅灰石深加工技术最好的美国NYCO公司的深加工业务主要集中在美洲，所以也在一定程度上激发了美洲硅灰石需求的增长。 （三）NYCO公司硅灰石产品加工 NYCO公司是世界第一大硅灰石生产公司，该矿硅灰石含量大于60％，含有石榴子石和透辉石，化学成分％为CaO46.00－46.25，SiO249.00－52.00，Fe2O30.26－0.77，A12O30.16－0.40，MnO0.02－0.16，MgO0.38－0.55，TiO20．01－0.05，K2O0.05－0.10。矿石运到选矿厂，经强磁选除去石榴子石，也生产表面化学处理硅灰石产品。生产能力为25万t／a。 NYCO公司深加工产品涉及的领域有摩擦材料、工程塑料、陶瓷、建材及冶金等，用途极其广泛，硅灰石产品应用的针对性很强。 NYCO公司硅灰石质地优良，硅灰石含量在90％以上，含铁量低，再加上NYCO公司的先进技术和先进的设备，产品达到d508μm，LD19l，白度提高到90％以上的级别。 （四）世界硅灰石产品应用 硅灰石应用增长最快的领域是塑料工业。在塑料中添加硅灰石粉，可改善塑料产品的抗张强度和挠曲强度，减少树脂用量，可改善塑料在高温下的热稳定性和形状稳定性。针状硅灰石粉经表面处理可提高硅灰石与有机聚合物的吸附强度，改善成型产品性质，广泛应用于汽车塑料、PP、PV、PVC等塑料制品中，目前，汽车用塑料市场已成为硅灰石增长最快的消费领域。 1999年，硅灰石消费在塑料工业占37％、陶瓷28％、冶金10％、涂料10％、摩擦产品9％、其他6％。2001年，世界硅灰石消费在陶瓷业占40％－50％、聚合物20％－25％、涂料10％－15％，其他用于摩擦产品和冶金。2006年硅灰石有40％用于塑料，约20万t[7]。由于高长径比的产品增长，对于硅灰石的日用品市场，如冶金与陶瓷用硅灰石呈下降趋势[10]。 硅灰石作为短纤维石棉替代品的用量增长很快，每年有3.5－4万t高长径比硅灰石消费在建筑材料和绝缘体等行业上，其主要应用于防火墙板和摩擦材料。原来用石棉的摩擦材料改用高耐摩擦的针状硅灰石，主要包括刹车片、阀塞、汽车离合器。目前，这一市场在全球许多地区稳步增长。 日本利用硅灰石制成玻陶材料、骨料。德国已成功用硅灰石制作电绝缘陶瓷。美、日和欧洲一些发达国家已先后利用硅灰石粉作造纸填料和增强剂[1]。 二、我国硅灰石资源及加工应用 （一）硅灰石资源量 我国硅灰石资源丰富，储量居世界首位，约l亿t左右[2]，产量占世界的50％以上[11]。吉林、辽宁、湖北、浙江、江西、青海等处的硅灰石与世界驰名的印度硅灰石接近，我国主要省份储量见表2。 我国硅灰石资源分布广、相对集中，矿床规模较大，已探明储量中特大型和大型矿床占58％，矿石品位较高，整体质地优良。 （二）硅灰石加工 我国硅灰石加工采取择优勘探及择优扶持政策。从吉林梨树开始，先后形成了吉林盘石、辽宁铁法法库、湖北大冶、江苏浙江长兴一带，江西新余及上高，湖南广东东风连州一带，云南腾冲等八处生产基地，另在福建、广西、青海等地也在批量开采[9]。由于以前我国硅灰石的加工大部分处于起步阶段[13]，因而具有露天开矿，易开采、易搬迁、投资小的特点。根据不完全统计，此八处生产基地，有近百家矿山企业在开采及简易加工，其中只有少数企业，形成了一定生产规模。但随着改革开放、国有企业转制、政府激励等，已使一部分企业具有一定的实力。 现阶段我国硅灰石主要以精块矿和普通粉产品为主，另外有一小部分深加工产品[16]，该类产品具有高附加值且应用前景广阔[17]，而对于针状粉的加工比例还远远不够。在生产硅灰石方面，刘新海[13]提出，冲击式粉碎、振动磨只能制备低长径比的硅灰石粉体，流化床式气流粉碎可制备高长径比的硅灰石粉体；边妮［1］指出，目前我国生产效果较好的设备主要有机械冲击式粉碎机、气流粉碎机。气流粉碎机适合粉碎高长径比的产品。 （三）沈阳金岗硅灰石产品加工应用 沈阳金岗硅灰石矿业有限公司生产的硅灰石系列产品，是天然的非金属矿物，呈纤维状、针状结构、大长径比，颜色光亮洁白，天然低铁、微硫磷，不含结晶水、熔点高、耐腐蚀、耐老化、热膨胀系数小，折光率高，具有良好的补强性、密封性、耐热性、耐磨性、稳定性。主要用于建筑材料工业、摩擦材料工业和陶瓷工业，以及21世纪最具优势的环保型材料。其年产10万t。化学成分％为CaO46.00，SiO250.00，Fe2O30.30，A12O30.46，MnO0.02，MgO0.60，TiO20.02，LOI3.0。其中白度范围为88％－92％，长径比为201－301。 （四）我国硅灰石产品应用 我国硅灰石加工和应用的总体水平不高[13]。硅灰石产品的加工可分为高长径比硅灰石和磨细硅灰石两大类，前者广泛用于塑料、橡胶、石棉代用品、油漆、涂料等，是硅灰石最有前途的应用领域，后者主要用于陶瓷和冶金工业[16－18]。 目前我国硅灰石主要应用于陶瓷工业，约占总用量的40％－60％[19,20]。张凌燕[2]指出我国生产的硅灰石一半用于国内，其中陶瓷行业占50％，涂料、塑料、橡胶行业占30％；另一半硅灰石主要出口到日本、韩国、新加坡和西欧等国，出口仍以原矿为主，创汇效益不高。 近年来国内硅灰石产品也出现了一些新的应用方向。如复合材料方面[21,22]，利用硅灰石改善ABS和LDPE的力学性能；在陶瓷方面，用等离子喷涂技术，将硅灰石制作具有良好生活活性的涂层，可作为生物活性涂层的候选材料[23]；用溶胶一凝胶法制备超细白炭黑[24]；在环保材料应用方面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[25,26]；硅灰石还应用于制造稀土氧化抛光材料，用作植物肥料和改良土壤等领域[3]。 三、我国硅灰石在加工和应用上与国外的差距 （一）我国硅灰石加工企业主要是对硅灰石富矿进行人工手选，然后进行破碎或粉磨加工，出售块矿和100目、200目、－325目粉矿。对于细粉和针状粉的加工程度不够，造成优质资源流失。 （二）矿山企业以小规模居多。企业目光短浅，设备投入不够，加工技术落后，管理水平低下，市场竞争力不强。 （三）我国硅灰石的表面改性、超细粉碎、与材料复合等方面的研究还不够深入，深加工水平不高，导致产量大而利润低，产品的附加值还有待于进一步提高。硅灰石产品研究及其市场开发有待于进一步加强。 （四）在应用上，国外硅灰石向着附加值水平更高的塑料、摩擦材料和绝缘材料方向发展。我国应用最多的是陶瓷，对塑料和摩擦材料的应用还不够。 （五）科研水平落后，我国对于更高档次的塑料[27]和绝缘材料的研究并无优势，应用大多也仅仅是停留在实验室阶段。 四、未来我国硅灰石的发展方向 （一）在硅灰石加工上，我国应加强控制中小企业的发展，加速大型企业的建设，以生产细粉和针状粉为主。 （二）加大对硅灰石聚合物的研究，增加在塑料和摩擦材料等工业领域的应用，以大幅度提高硅灰石的附加值。 [参考文献] [1]李承元．国内外硅灰石开发应用现状[J]．中国非金属矿工业导刊，200l，214－l7． [2]张凌燕．我国硅灰石资源开发利用现状及发展趋向[J].矿产保护与利用，2003，445－47． [3]陈德良，杨华明．硅灰石深加工及应用进展[J]．中国粉体技术，2002，8238－41． [4]苑金生．硅灰石的开发利用及其市场动向[J]．中国非金属矿工业导刊，2007，656－57． [5]R T Virta．Wollastonite’strue dimension[J]．Industry Mineral．2006，975－77． [6]Robert L，Virta．Wollastonite[J].U.S.Geological Survey MineralsYearbook，2008，7821－822． [7]Paul Moore．Changingtracks[J]．industry Mineral，2003，969－73． [8]王焕磊．我国硅灰石的生产应用及深加工现状[J].中国非金属矿工业导刊，2005，514－16． [9]张梦显．中国硅灰石深加工现状及应用...中国非金属矿工业导刊，2006，增刊94－96． [10]刘新海，超细高长径比硅灰石制备技术研究[J].非金属矿，2005，28232－33． [11]Jack C．Annual mineralsreview[J]．The American CeramicSociety Bulletin，2007，745－48． [l2]中国非金属矿工业协会信息部．非金属矿物与人类社会[J]．非金属矿工业特刊，2007，466． [13]杨连城．浅谈我国硅灰石资源的开发及其在建材工业中的应用[J]．广东建材，1996，48－10． 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