硅灰石開(kāi)發(fā)利用及發(fā)展趨勢(shì)

汪先三（中國(guó)非金屬礦工業(yè)有限公司，北京　100142）

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硅灰石開(kāi)發(fā)利用及發(fā)展趨勢(shì)

汪先三
（中國(guó)非金屬礦工業(yè)有限公司，北京100142）

【摘 要】本文綜述了硅灰石的物理性能、化學(xué)成分以及主要用途，總結(jié)了當(dāng)前硅灰石的開(kāi)發(fā)利用狀況以及相關(guān)的生產(chǎn)工藝，分析了硅灰石市場(chǎng)銷(xiāo)售情況，并指出硅灰石產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的主要問(wèn)題及今后的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】硅灰石；開(kāi)發(fā)利用；生產(chǎn)工藝；發(fā)展趨勢(shì)

硅灰石是一種鈣硅酸鹽礦物，它是由英國(guó)礦物學(xué)家沃蘭斯頓（Wollston）的名字所命名。硅灰石屬于一種鏈狀偏硅酸鹽，呈纖維狀、針狀，其特點(diǎn)無(wú)毒、耐化學(xué)腐蝕、熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定良好、有玻璃和珍珠光澤、低吸水率和吸油值、力學(xué)性能及電性能優(yōu)良以及具有一定補(bǔ)強(qiáng)作用。硅灰石在地球上分布很廣，具有普遍的工業(yè)意義。

1　硅灰石物化性能及用途

1.1物理性能

硅灰石的晶體結(jié)構(gòu)式為Ca［Si3O9］。晶體多呈針狀、纖維狀或粒狀，集合體常呈束狀（扇形）或放射狀（菊花狀）及塊狀。自然界中的硅灰石常呈白—灰白色，有時(shí)略帶淺紅色，透明—半透明，玻璃光澤，解理面呈珍珠光澤。自然界天然產(chǎn)出的硅灰石多呈放射狀、纖維狀和塊狀，以纖維狀最為常見(jiàn)，纖維大小相差較大，長(zhǎng)可達(dá)60～7 0 c m，細(xì)小者僅為0 . 1～1mm，一般長(zhǎng)徑比為7∶1，經(jīng)過(guò)加工處理可達(dá)20∶1～30∶1，長(zhǎng)徑比是硅灰石最重要的技術(shù)參數(shù)之一，加工過(guò)程中要保持較高的長(zhǎng)徑比很不容易。硅灰石密度2.78～2.91g/cm3；硬度4.5～5，性脆，易研磨成極細(xì)的顆粒，但長(zhǎng)徑比可保持不變；膨脹系數(shù)較低，25～800℃時(shí)熱膨脹系數(shù)6.5×10-6/℃，膨脹系數(shù)變化也較小，呈線(xiàn)性均勻膨脹，1 125℃左右時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榧俟杌沂?；熔點(diǎn)1 540℃。

1.2化學(xué)成分

硅灰石的化學(xué)分子式為CaSiO3，理論化學(xué)成分CaO 48.3%，SiO251.7%，自然界中純的硅灰石少見(jiàn)，在其形成過(guò)程中，Ca2+有時(shí)被Fe2+、Mn2+、Ti2+等部分轉(zhuǎn)換而呈類(lèi)質(zhì)同象體，并混有少量的Al、K及Na。我國(guó)主要硅灰石礦山礦石化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1　我國(guó)主要硅灰石礦山礦石化學(xué)成分（%）

1.3主要用途

硅灰石的用途比較廣泛，應(yīng)用于陶瓷、塑料、橡膠、造紙、油漆涂料、冶金等行業(yè)以及石棉的替代品。主要用途有以下幾個(gè)方面：①用作陶瓷原料，可實(shí)現(xiàn)低溫快速燒成，降低能耗、降低產(chǎn)品收縮率、減少產(chǎn)品變形和開(kāi)裂；②作為顏料或充填料，用于油漆、涂料、橡膠、塑料、樹(shù)脂等行業(yè)中；③作為隔熱材料和鑄鋼保護(hù)渣，直接用于鋼鐵的精煉；④用作板坯連鑄、模鑄保護(hù)渣和無(wú)碳保護(hù)渣的基料；⑤用作電焊條藥皮，可起到助熔、造渣作用，減少渣飛濺；⑥作為短纖維石棉替代品用于建筑材料、絕緣體材料、摩擦材料等領(lǐng)域。隨著科技的進(jìn)步，硅灰石潛在的新用途正陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。

2　開(kāi)發(fā)利用情況

2.1資源狀況

世界硅灰石資源較豐富，資源總量估計(jì)在8億t以上，但分布很不均衡。目前僅有20多個(gè)國(guó)家發(fā)現(xiàn)硅灰石礦床，主要分布于亞洲的中國(guó)、印度、哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、塔吉克斯坦和美洲的墨西哥、美國(guó)等國(guó)，探明儲(chǔ)量3億t；我國(guó)和印度是世界上硅灰石資源最豐富的國(guó)家。

2013年全國(guó)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量通報(bào)顯示，查明硅灰石資源儲(chǔ)量16009.95萬(wàn)t。我國(guó)保有儲(chǔ)量最多的是吉林省，占全國(guó)總保有礦石儲(chǔ)量的40%；其余依次為云南、江西、青海、遼寧4省，共占全國(guó)保有礦石儲(chǔ)量的49%；浙江、湖南、安徽、內(nèi)蒙古、廣東5省區(qū)共占全國(guó)保有儲(chǔ)量的10%；江蘇、廣西、湖北、黑龍江4省區(qū)共占全國(guó)保有礦石儲(chǔ)量的1%。

2.2生產(chǎn)現(xiàn)狀

我國(guó)硅灰石礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)利用始于20世紀(jì)80年代初，起步較晚，企業(yè)規(guī)模普遍較小。全行業(yè)在歷經(jīng)了初期的遍地開(kāi)花式開(kāi)采大戰(zhàn)及競(jìng)相壓價(jià)的價(jià)格戰(zhàn)、客戶(hù)爭(zhēng)奪戰(zhàn)、技術(shù)竊取戰(zhàn)之后，在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策、市場(chǎng)調(diào)節(jié)與專(zhuān)委會(huì)的大力引導(dǎo)下，業(yè)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始嘗試資源整合與聯(lián)合重組，開(kāi)展區(qū)域間的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品品種、經(jīng)濟(jì)效益都得到擴(kuò)大和提升。

目前，我國(guó)硅灰石行業(yè)年產(chǎn)量60萬(wàn)t左右，我國(guó)的硅灰石產(chǎn)量和出口量均位居世界第一，產(chǎn)品出口到日本、韓國(guó)及東南亞等亞洲國(guó)家和德國(guó)、西班牙等歐洲國(guó)家，出口量25萬(wàn)t左右，占國(guó)際市場(chǎng)的70%。

據(jù)硅灰石專(zhuān)委會(huì)介紹，我國(guó)現(xiàn)有硅灰石礦山加工企業(yè)約100家，分布在吉林、遼寧、浙江和江西等15個(gè)省區(qū)，原礦開(kāi)采能力超過(guò)5萬(wàn)t/年的礦山企業(yè)主要分布在吉林省梨樹(shù)縣和磐石縣、遼寧法庫(kù)和建平、江西新余和上高、云南騰沖、浙江長(zhǎng)興。我國(guó)規(guī)模比較大的礦山和加工企業(yè)列于表2。

表2　我國(guó)硅灰石主要生產(chǎn)企業(yè)及生產(chǎn)能力

2.3生產(chǎn)工藝

硅灰石的初加工工藝過(guò)程：①粒級(jí)準(zhǔn)備：主要是破碎、磨礦；②單體解離：整個(gè)過(guò)程中必須注意保護(hù)晶體結(jié)構(gòu)不受破壞；③分選：得到粒級(jí)、純度合格的有用礦物。

硅灰石深加工的目的是使經(jīng)過(guò)初加工硅灰石產(chǎn)品的物理性能得到提高，界面特性得到改善，可用來(lái)作為稀有礦物材料的替代品，從而使硅灰石深加工產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益大幅提高。如超細(xì)粉碎和表面改性。

硅灰石一般生產(chǎn)工藝流程如下圖。

生產(chǎn)工藝流程

（1） 用50C挖機(jī)裝錘頭把大塊礦石破至塊徑≤35cm，用水沖洗去礦石表面的粉塵，人工選出15cm以上不含硅灰石的廢石（特別是黑色、深色的廢石）和不含黑色雜質(zhì)的硅灰石精礦石。

（2） 選后的礦石用裝載機(jī)鏟入料倉(cāng)，由給料機(jī)喂入振動(dòng)篩篩分出≥15cm和≤15cm兩種規(guī)格，≥15cm的礦石入顎式破碎機(jī)破碎，≤15cm的礦石被傳動(dòng)帶輸出。

（3） 傳動(dòng)帶輸出和破碎后的礦石，一并輸入料倉(cāng)。由給料機(jī)輸入振動(dòng)篩，振動(dòng)篩分出三個(gè)規(guī)格礦料，即：塊徑≥5cm、2～5cm、≤2cm。

（4） 三種規(guī)格的礦塊分別輸送到選礦傳動(dòng)帶上，并在振動(dòng)篩出料口處，分別對(duì)≥5cm、2～5cm兩種塊料進(jìn)行噴水清洗。

（5） 選礦由人工手選出三種礦，即：硅灰石精礦、含有雜質(zhì)的硅灰石統(tǒng)礦、廢石。選礦傳動(dòng)帶設(shè)雙層，上層輸送待選礦石，下層輸送選出礦石的一個(gè)品種，每個(gè)選礦位置設(shè)一個(gè)小漏斗，選出的礦石由漏斗落入下層傳動(dòng)帶上運(yùn)走，另每人配人力車(chē)一部，將選出的廢石放入其中，選礦可正手選，也可反手選，雙層傳動(dòng)帶既可同向運(yùn)行，也可正反方向運(yùn)行，可視情而定。上層傳動(dòng)帶運(yùn)行速度用變頻控制。

（6） 選出的統(tǒng)礦由輸送帶輸入料倉(cāng)，用振動(dòng)給料機(jī)喂入錘式破碎機(jī)，加工成粒徑≤8mm粒礦，再用傳動(dòng)帶送至堆場(chǎng)。選出的精礦用輸送帶輸入粉磨車(chē)間原料庫(kù)。

（7） 將自選精礦和外購(gòu)精礦配礦后，經(jīng)破碎（粒徑≤30mm）后，由輸送帶輸入料倉(cāng)。

（8） 混合精礦經(jīng)輸送帶送至雷蒙磨粉磨，加工成粒徑325目釉料級(jí)粉狀硅灰石產(chǎn)品。

（9） 混合精礦經(jīng)輸送帶送至超細(xì)粉碎機(jī)超細(xì)改性，加工成1 250目造紙級(jí)、工程塑料級(jí)纖維狀硅灰石產(chǎn)品。

2.4主要產(chǎn)品價(jià)格

我國(guó)硅灰石產(chǎn)品附加價(jià)值低，2013年我國(guó)硅灰石出口均價(jià)為142.64美元/t，而進(jìn)口均價(jià)則為954.26美元/t，進(jìn)口均價(jià)是出口均價(jià)的6.7倍。目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的主要產(chǎn)品類(lèi)型有：

（1） 用于陶瓷制釉。質(zhì)量要求：規(guī)格200～325目，粉狀，主要化學(xué)成分SiO2≥49%、CaO≥44%、Fe2O3≤0.2%、LOI≤2%～3.5%（除鐵）。出廠(chǎng)價(jià)600～800元/t。

（2） 用于冶金保護(hù)渣。質(zhì)量要求：規(guī)格200目，粉狀，SiO2≥50%、CaO≥44%、LOI≤1.5%。出廠(chǎng)價(jià)550元/t。

（3） 用于硅酸鈣板增強(qiáng)。質(zhì)量要求：規(guī)格80～300目，纖維狀，長(zhǎng)徑比10∶1～20∶1。出廠(chǎng)價(jià)800～1 400元/t。

（4） 用于工程塑料、尼龍?zhí)畛淞?。質(zhì)量要求：800～1 250目，纖維狀，白度≥86%，長(zhǎng)徑比10∶1左右（有的要求除鐵）。出廠(chǎng)價(jià)900～1500元/t。

（5） 工程塑料、尼龍改性專(zhuān)用料。質(zhì)量要求：規(guī)格1 250目，長(zhǎng)徑比10∶1。出廠(chǎng)價(jià)1 600～2 500元/t。

（6） 用于造紙（改性）專(zhuān)用填充料。質(zhì)量要求：規(guī)格1 000目，纖維狀，長(zhǎng)徑比10∶1（無(wú)黑點(diǎn)），白度83%～88%。出廠(chǎng)價(jià)1 300～1 400元/t。

3　存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

（1） 我國(guó)硅灰石深加工水平太低。普通硅灰石產(chǎn)品產(chǎn)能過(guò)剩，而作工程塑料和橡膠用增強(qiáng)填料的具有補(bǔ)強(qiáng)功能的表面改性硅灰石產(chǎn)品不能滿(mǎn)足需求。

（2） 我國(guó)硅灰石產(chǎn)品單一且附加值低。主要以生產(chǎn)初級(jí)硅灰石產(chǎn)品為主，高端產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口，進(jìn)口價(jià)格一般是普通產(chǎn)品的6～7倍。

（3） 硅灰石生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量多，以中小規(guī)模為主。生產(chǎn)企業(yè)達(dá)100余家，產(chǎn)業(yè)集中度不高，應(yīng)加速大型企業(yè)集團(tuán)的建設(shè)，培養(yǎng)企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

硅灰石前景廣闊，國(guó)內(nèi)外硅灰石市場(chǎng)需求增長(zhǎng)勢(shì)頭不減，價(jià)格逐步提高。近兩年來(lái)，我國(guó)硅灰石企業(yè)的科研能力、采礦裝備、加工技術(shù)、檢測(cè)水平得到了改進(jìn)和提升，圍繞新產(chǎn)品和加工技術(shù)的研發(fā)，具備了針狀粉、超細(xì)粉及改性粉等高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)能力；生產(chǎn)企業(yè)與下游用戶(hù)的合作越來(lái)越緊密，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出系列硅灰石產(chǎn)品、精細(xì)化高端產(chǎn)品，從而滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)各行業(yè)、各領(lǐng)域的特殊需求，預(yù)計(jì)2020年國(guó)內(nèi)硅灰石需求量為80萬(wàn)t。

【參考文獻(xiàn)】

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【中圖分類(lèi)號(hào)】TB32

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1007-9386（2016）01-0013-03

【收稿日期】2015-12-28

Study on Exploitation and Development Trend of Wollastonite

WANG Xian-san
（China National Nonmetallic Industrial Corporation， Beijing 100142， China）

Abstract:This paper reviews the physical properties， chemical composition and the main application of wollastonite， summarizes the current development and utilization of wollastonite and related production processes， analyzes wollastonite market conditions，and noted the existence of wollastonite industry problems and development trend in the future.

Key words:wollastonite； development and utilization； production processes； development trend